The invention discloses a tracking method of nonlinear double loop control based on the method of constant surface profile, according to the surface contour tracking motion model, analyzes the stress of the contact force model of tool tip and workpiece, through the analysis of force and motion coordinate transformation equation, get the actual movement angle and method to the relationship between the contact force error and double closed-loop control method according to the nonlinear PID controller of double closed loop control method of PID control process and nonlinear equations, control three coordinate direction of movement of the movement through the motion controller, so as to realize the tool tip tracking unknown surface contour motion with constant contact force method. The invention also provides a device for realizing the method, including PC host, embedded motion controller, terminal board, signal amplifier, three-dimensional force sensor, servo driver and three axis driving and driving mechanism, and the installation work bench of X, y, Z axis motion mechanism, sensor clamping frame, machining tool the clamping surface and workpiece fixture.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于机器人加工应用
，涉及一种未知曲面轮廓跟踪技术，具体涉及一种基于非线性双闭环控制的曲面轮廓恒力跟踪方法及应用装置。
技术介绍
现有技术中，机器人的表面加工作业现场应用以示教再现或离线编程的方式为主，该作业方式过程中不能根据工件的形位误差、装夹误差、机器人定位误差等对运动轨迹进行调整，从而增加了示教再现及离线编程的工作量，也降低了机器人加工作业的自动化程度，限制了机器人加工的应用范围。在抛光、打磨、去毛刺等机器人应用中，机器人末端工具与工件之间应该保持期望的接触力。如果接触力过大会损坏工件或工具，相反，如果接触力过小则会脱离接触。为了实现恒力轮廓跟踪，AntonioLopes和FernandoAlmeida[1]设计了一种机器人主动辅助力-阻抗控制装置，该装置采用六自由度并联设计，可以实现插孔、轮廓跟踪等任务。采用辅助装置的方式虽然可以增加机器人的柔顺性，但其机械结构较复杂；KazuoKiguchi[2]在机器人跟踪未知曲面工件的任务中，提出了一种模糊力向量的方法，用来确定力/位置混合控制中的力控制方向。模糊向量法可以确定力控制方向的范围，但其精确程度受到传感器干扰或噪声的影响。
技术实现思路
为了克服以上现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种基于非线性双闭环控制的曲面轮廓恒力跟踪方法及实现这种控制方法的装置，其通过实时接触力反馈控制，使机器人末端与工件之间保持稳定的接触力。本专利技术所使用的方法简单有效，而且容易实施，不需要知道工件轮廓参数，可以使机器人末端完全自主的跟踪工件轮廓进行加工，并保持恒定的接触力，解决了现有技术存在的上述问题...
【技术保护点】
一种基于非线性双闭环控制的曲面轮廓恒力跟踪方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)根据曲面轮廓跟踪运动模型，对工具末端与工件的接触力模型进行受力分析，得到工具与工件之间的法向和切向接触力与三维传感器检测到的两个方向的接触力之间的关系，从而可以根据传感器数据得到实际法向接触力的大小，并通过将检测到的法向接触力进行反馈，根据控制算法产生一个法向调整速度，得到运动坐标转换方程；2)根据步骤1)的运动过程中受力分析以及步骤1)的运动坐标转换方程，得到实际运动倾角与法向接触力误差之间的关系，并设计双闭环力控制方法；3)根据步骤2)的双闭环力控制方法得到非线性PID力控制器的控制流程，及基于惯性滤波的非线性PID控制方程；4)运动控制器采用速度控制方式控制三个坐标方向上的运动，将步骤2)所述的双闭环力控制方法编写成运动控制程序，程序采用模块化设计，分别有运动控制模块、数据采集模块、软限位模块。
【技术特征摘要】
1.一种基于非线性双闭环控制的曲面轮廓恒力跟踪方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)根据曲面轮廓跟踪运动模型，对工具末端与工件的接触力模型进行受力分析，得到工具与工件之间的法向和切向接触力与三维传感器检测到的两个方向的接触力之间的关系，从而可以根据传感器数据得到实际法向接触力的大小，并通过将检测到的法向接触力进行反馈，根据控制算法产生一个法向调整速度，得到运动坐标转换方程；2)根据步骤1)的运动过程中受力分析以及步骤1)的运动坐标转换方程，得到实际运动倾角与法向接触力误差之间的关系，并设计...
【专利技术属性】
技术研发人员：张铁，胡广，邹焱飚，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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