一种打磨机器人及位置补偿方法技术

本发明专利技术公开了一种打磨机器人及位置补偿方法。所述打磨机器人包括：机械臂、多维力传感器、打磨工具以及控制装置。本申请所述的打磨机器人通过控制装置对打磨工具的受力信息的补偿来实现工件的法向贴合和恒力打磨，并且不需要对工件进行测量和建模，也不需要视觉系统，从而节省成本且提高了打磨效率。

A grinding robot and its position compensation method

【技术实现步骤摘要】
一种打磨机器人及位置补偿方法
本专利技术涉及机器人加工领域，特别涉及一种打磨机器人，以及一种打磨机器人的位置补偿方法。
技术介绍
传统打磨设备及机器人的优势在于其普及性，已经被国内众多工厂所采用过，操作流程固定，便于工人使用。不足之处在于功能固化，专机专用，功能局限，一台产品只能进行一种加工，代价高昂，且对可加工工件有要求，不适用于对差异性较大和结构复杂的工件加工，同时没有有效的保护措施，容易伤人。无视觉的建模式打磨机器人，能够较好的完成对复杂结构的工件重复性加工。缺点是重复作业时对待加工工件的一致性要求很高，如果更换打磨工件，需要重新测量、建模和设计打磨轨迹，变工艺复杂，需要专业的工作人员配合编程，时耗和成本较大。基于离线视觉的打磨机器人，能够基于视觉建模，替代测量的步骤，然后对不同的工件加工。基于实时视觉的打磨机器人，能够基于视觉实时的校正轨迹，打磨过程智能化，适合对精度要求较高的产品进行加工，同时能够较快适应对不同的对象加工，使用灵活。两者的不足之处是其对光学环境的要求将其限制在了特定的工作场景，同时需要根据工艺要求配备工业相机和配套的视觉算法，成本较高。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了打磨机器人及位置补偿方法，在不需要对待打磨工件进行测量和建模的条件下，实现应用于各类打磨场景中对打磨工件进行高精度的力控制打磨作业，并能在一定弧度范围内自主贴合曲面进行打磨。本申请的一个实施例提供了一种打磨机器人，包括：机械臂，所述机械臂包含若干个关节模组、并在末端装设有末端执行器；多维力传感器，所述多维力传感器装设于所述末端执行器；打磨工具，所述打磨工具装设于所述多维力传感器；控制装置，所述控制装置用于接收所述多维力传感器在所述打磨工具对工件实施打磨操作期间感测到的受力信息，并根据所述受力信息控制所述关节模组的位移以对所述末端执行器的运动轨迹施加位置补偿，所述位置补偿具有使所述打磨工具的受力信息趋向于期望受力状态的补偿趋势。可选地，所述控制装置以阻抗控制方式控制所述末端执行器的法向方向上的位置趋势、并以导纳控制方式控制所述末端执行器的切向方向上的位置趋势。可选地，所述控制装置进一步利用导纳控制方式对所述末端执行器的末端目标位置进行位置补偿以响应于所述末端执行器的外界拖拽力。可选地，所述控制装置在末端拖动模式下形成所述末端执行器在工件表面内的运动轨迹。可选地，所述控制装置将所述末端执行器的切向方向上的位置趋势分解为所述关节模组的位移分量、并分别对所述关节模组的所述位移分量实施位置补偿。可选地，所述机械臂的每个关节模组包含伺服电机和编码器，其中：所述编码器将所述关节模组的关节位置数据反馈到所述控制装置；所述控制装置根据所述末端执行器的末端目标位置分别计算所述关节模组的关节目标位置、并根据所述关节模组的关节目标位置以及关节位置数据分别计算所述关节模组的驱动电流；所述伺服电机根据控制装置确定的驱动电流来控制所述关节模组的位移分量。可选地，所述控制装置包括并联设置的PID控制单元和虚拟分解控制单元，其中：所述PID控制单元用于根据所述末端执行器的末端目标位置分别计算各关节模组的关节目标位置、并根据各关节模组的关节目标位置以及各关节模组的关节位置数据分别计算各关节模组的第一驱动电流；所述虚拟分解控制单元用于根据所述末端执行器的末端目标位置分别计算各关节模组的关节目标位置、并根据各关节模组的关节目标位置以及各关节模组的关节位置数据分别计算各关节模组的第二驱动电流；并且，所述PID控制单元和所述虚拟分解控制单元计算得到的每个关节模组的第一驱动电流和第二驱动电流叠加后输出至该关节模组的驱动电机。可选地，所述虚拟分解控制单元进一步用于对所述机械臂进行动力学补偿。可选地，所述动力学补偿包括对所述机械臂的动态力的补偿，其中，所述动态力包括惯性力、旋转引起的陀螺效应、负载重力，机械臂本体重力。本申请另一个实施例提供了一种打磨机器人的位置补偿方法，所述机械臂包含若干个关节模组、并在末端装设有末端执行器，所述末端执行器装设有多维力传感器，并且所述位置补偿方法包括：S110、接收所述多维力传感器在所述打磨工具对工件实施打磨操作期间感测到的受力信息；S120、根据所述受力信息控制所述关节模组的位移以对所述末端执行器的运动轨迹施加位置补偿，所述位置补偿具有使所述打磨工具的受力信息趋向于期望受力状态的补偿趋势。从而，本申请所述的打磨机器人通过控制装置对打磨工具的受力信息的补偿来实现工件的法向贴合和恒力打磨，并且不需要对工件进行测量和建模，也不需要视觉系统，从而节省成本且提高了打磨效率。附图说明以下附图仅对本专利技术做示意性说明和解释，并不限定本专利技术的范围。图1为本申请一个实施例中打磨机器人的结构示意图；图2为本申请一个实施例中的阻抗控制方式的原理流程图；图3为本申请一个实施例中的PID控制单元和虚拟分解控制单元的原理流程图；图4为本申请一个实施例中的导纳控制方式的原理流程图；图5为本申请另一个实施例中的打磨机器人的位置补偿方法。标号说明100机械臂110关节模组111编码器112伺服电机120末端执行器121多维力传感器122打磨工具130控制装置140工件具体实施方式为了对专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本专利技术的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部分。在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本专利技术相关部分，而并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“第一”、“第二”等仅用于彼此的区分，而非表示重要程度及顺序、以及互为存在的前提等。为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本专利技术进一步详细说明。图1为本申请一个实施例中打磨机器人的结构示意图。请参见图1，本申请的一个实施例提供了一种打磨机器人，包括：机械臂100、多维力传感器121、打磨工具122以及控制装置130。其中，机械臂100包含若干个关节模组110、并在末端装设有末端执行器120；多维力传感器121装设于末端执行器120；打磨工具122装设于多维力传感器121；控制装置130用于接收多维力传感器121在打磨工具122对工件140实施打磨操作期间感测到的受力信息，并根据受力信息控制关节模组110的位移以对末端执行器120的运动轨迹施加位置补偿，位置补偿具有使打磨工具122的受力信息趋向于期望受力状态的补偿趋势。其中，期望受力是控制装置130对各关节模组110受力信息的预估值。请参见图2并结合图1，控制装置130以阻抗控制方式控制末端执行器120的法向方向上的位置趋势。其中，法向方向为垂直于打磨工具122与工件140接触面的方向，切向方向为平行于打磨工具122与工件140接触面的方向。控制装置130基于多维力传感器121感测到的打磨工具122的受力信息，并通过预设的打磨过程中的打磨工具122的力、力矩的目标值调整末端执行器120的角度，使打磨工具122与工件140在法向本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种打磨机器人，其特征在于，包括：机械臂，所述机械臂包含若干个关节模组、并在末端装设有末端执行器；多维力传感器，所述多维力传感器装设于所述末端执行器；打磨工具，所述打磨工具装设于所述多维力传感器；控制装置，所述控制装置用于接收所述多维力传感器在所述打磨工具对工件实施打磨操作期间感测到的受力信息，并根据所述受力信息控制所述关节模组的位移以对所述末端执行器的运动轨迹施加位置补偿，所述位置补偿具有使所述打磨工具的受力信息趋向于期望受力状态的补偿趋势。

【技术特征摘要】
1.一种打磨机器人，其特征在于，包括：机械臂，所述机械臂包含若干个关节模组、并在末端装设有末端执行器；多维力传感器，所述多维力传感器装设于所述末端执行器；打磨工具，所述打磨工具装设于所述多维力传感器；控制装置，所述控制装置用于接收所述多维力传感器在所述打磨工具对工件实施打磨操作期间感测到的受力信息，并根据所述受力信息控制所述关节模组的位移以对所述末端执行器的运动轨迹施加位置补偿，所述位置补偿具有使所述打磨工具的受力信息趋向于期望受力状态的补偿趋势。2.根据权利要求1所述的打磨机器人，其特征在于，所述控制装置以阻抗控制方式控制所述末端执行器的法向方向上的位置趋势、并以导纳控制方式控制所述末端执行器的切向方向上的位置趋势。3.根据权利要求2所述的打磨机器人，其特征在于，所述控制装置进一步利用导纳控制方式对所述末端执行器的末端目标位置进行位置补偿以响应于所述末端执行器的外界拖拽力。4.根据权利要求3所述的打磨机器人，其特征在于，所述控制装置在末端拖动模式下形成所述末端执行器在工件表面内的运动轨迹。5.根据权利要求2所述的打磨机器人，其特征在于，所述控制装置将所述末端执行器的切向方向上的位置趋势分解为所述关节模组的位移分量、并分别对所述关节模组的所述位移分量实施位置补偿。6.根据权利要求5所述的打磨机器人，其特征在于，所述机械臂的每个关节模组包含伺服电机和编码器，其中：所述编码器将所述关节模组的关节位置数据反馈到所述控制装置；所述控制装置根据所述末端执行器的末端目标位置分别计算所述关节模组的关节目标位置、并根据所述关节模组的关节目标位置以及关节位置数据分别计算所...

【专利技术属性】
技术研发人员：骆子豪，陈恺勋，杨立豪，刘立，白杰，
申请(专利权)人：前元运立北京机器人智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11