用于打磨机器人的控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于打磨机器人的控制方法及系统。控制方法包括：步骤S1：对打磨工具及激光测距仪进行安装定位；步骤S2：通过激光测距仪对待打磨件进行外形数据扫描，获得每一扫描点处机器人的位置数据、姿态数据及激光测距仪的距离数据，根据位置数据、姿态数据及距离数据获得扫描曲面的打磨轨迹曲线；步骤S3：根据打磨轨迹曲线进行位置控制模式下的曲面打磨工作，同时结合力控模式对待打磨件进行打磨位置的修正处理。

Control method and system for grinding robot

【技术实现步骤摘要】
用于打磨机器人的控制方法及系统
本专利技术涉及一种用于打磨机器人的控制方法及系统，特别涉及一种曲面拟合和力位混合修正的打磨机器人的控制方法及系统。
技术介绍
目前叶片等自由曲面类零件的打磨抛光方法分为人工手持作业和机器人打磨系统作业两种方式，其中，人工手持作业工具靠经验来完成，不仅耗费大量人力资源，难以保证叶片打磨的质量一致性及加工效率，严重阻碍了生产力发展，而且现场的磨削环境较差，打磨产生的有毒气体和粉尘对人员的健康有着较大的潜在威胁。自动化机器人打磨系统可以克服人工手持作业的一些弊端，不仅易于维护，同时结合CAM技术、各种传感器和控制策略可以很好的保证叶片的打磨精度和成品质量，使得产品具有很好的一致性。但是现有的机器人打磨系统中普遍存在系统复杂、因力位传感器自身零点漂移或扫描仪器精度低导致的系统误差以及整体设备成本高昂等问题。现有的机器人打磨系统通常以工业机器人作为载体，采用末端安装柔顺力控打磨设备或力传感器与打磨工具串联安装方式，在控制方法上通常结合CAM技术及相关软件或者扫描建立三维模型获得打磨轨迹，采用工业机器人力控制或者PI/PD控制策略来提高打磨轨迹的跟踪精度。专利文献CN106625153A公开的打磨方法中，其叶片加工轨迹程序是基于CAM软件应用机器人离线编程技术生成的，但是在实际应用过程中由于叶片三维模型结构复杂，CAM技术生成的打磨轨迹不能直接用于叶片打磨；专利文献CN103507070公开了使用三轴力传感器进行力控制的机器人控制装置，通过估算三轴力传感器不能检测的力以及力矩来进行力控制。此装置通过设定力估算点，然后对估算点进行力估算，进而对力估算点进行修正，完成力控制。但是存在如下问题：1)上述专利的力控制方法是通过估算三轴力传感器不能检测的力以及力矩来进行力控制，即对设定的估算点进行力估算，从而进行力估算点进行修正。(2)上述专利的力控制方法是估算力控制，因而力控制精度不高，无法保证打磨精度，无法应用与复杂曲面零件的加工。专利文献CN105538095A公开的打磨方法中，需要结合叶片CAD模型、CAM软件和三维扫描测量仪，不仅打磨系统复杂，应用受到CAD模型和CAM软件限制，而且扫描仪的使用大大的提高了设备成本。因此急需开发一种克服上述缺陷的用于打磨机器人的控制方法及系统。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术一种用于打磨机器人的控制方法，其中，包括：步骤S1：对打磨工具及激光测距仪进行安装定位；步骤S2：通过激光测距仪对待打磨件进行外形数据扫描，获得每一扫描点处机器人的位置数据、姿态数据及激光测距仪的距离数据，根据位置数据、姿态数据及距离数据获得扫描曲面的打磨轨迹曲线；步骤S3：根据打磨轨迹曲线进行位置控制模式下的曲面打磨工作，同时结合力控模式对待打磨件进行打磨位置的修正处理。上述的控制方法，其中，于所述步骤S1中包括：步骤S11：在机器人的末端依次安装六维力传感器、打磨工具和两个激光测距仪；步骤S12：建立机器人基座标系、末端坐标系和打磨工具中心点坐标系；步骤S13：通过测量或标定分别得到打磨工具中心点在末端坐标系下的位置坐标，以及两个激光测距仪在末端坐标系下的位置坐标，根据所建末端坐标系和打磨工具中心点坐标系之间的关系，得到打磨工具在末端坐标系下的姿态数据。上述的控制方法，其中，于所述步骤S2中包括：步骤S21：设定打磨工具的工作范围和待打磨件的打磨区域；步骤S22：通过控制激光测距仪在随机械臂移动情况下对待打磨件进行外形数据扫描，读取两个激光测距仪的距离数据；步骤S23：对所采集距离数据进行信号处理；步骤S24：结合所建末端坐标系及激光测距仪安装位置，根据处理后每一扫描点的位置数据、姿态数据以及与该扫描点所对应的机器人的位置数据和姿态数据，通过计算获得打磨工具中心点所在平面在末端坐标系下表示的期望位置数据和姿态数据；步骤S25：将打磨工具中心点的期望位置和期望姿态转换到基座标系下，根据基座标系下的期望位置和期望姿态获得打磨轨迹曲线。上述的控制方法，其中，于所述步骤S23中采用数字信号处理方法对位于末端坐标系下的位置数据进行异常采样值剔除、滤波和平滑处理。上述的控制方法，其中，于所述步骤S24中包括：步骤S241：根据不同时刻每一扫描点与相邻扫描点的距离数据确定一个平面；步骤S242：根据平面和末端坐标系各轴方向构造第一辅助向量和第二辅助向量，根据第一辅助向量和第二辅助向量获得第一单位向量，根据末端坐标系设定第二单位向量，根据第一单位向量及第二单位向量得到第三单位向量，同时获得拟合平面在末端坐标系下的位置和姿态；步骤S243：根据拟合平面在末端坐标系下的位置和姿态，选取两个激光测距仪安装位置连线中垂面与扫描点连线交点作为打磨点，获得每一扫描时刻对应的打磨工具中心点在末端坐标系下的期望位置和期望姿态。上述的控制方法，其中，于所述步骤S25中根据以下公式将期望位置和期望姿态转换到基座标系下：其中，BTE为末端坐标系在基座标系下的位置和姿态矩阵；为打磨工具中心点在末端坐标系下的位置和姿态矩阵，其中ERP为3x3的姿态矩阵，EP为3x1的位置向量。上述的控制方法，其中，于所述步骤S3中根据打磨轨迹曲线，使打磨机器人在基于位置控制模式和力控模式下渐进至打磨起始点，在力位混合控制模式下对打磨的位置进行修正，完成叶片的打磨工作。本专利技术还公开了一种用于打磨机器人的控制系统，其中，打磨机器人的末端装设打磨工具，控制系统包括：两个激光测距仪，装设于打磨工具上；处理单元，电性连接于两个所述激光测距仪；控制单元，电性连接于所述处理单元及所述打磨机器人；其中，所述处理单元对安装好的所述打磨工具及所述激光测距仪进行定位后，通过所述激光测距仪对待打磨件进行外形数据扫描，获得每一扫描点的距离数据及对应的机器人的位置数据、姿态数据，所述处理单元根据距离数据、位置数据及姿态数据获得打磨轨迹曲线，所述处理单元输出所述打磨轨迹曲线至所述控制单元，所述控制单元根据所述打磨轨迹曲线结合力控模式控制所述打磨机器人对待打磨件进行打磨处理，并实时修正打磨位置和姿态。上述的控制系统，其中，所述处理单元包括：坐标系建立模块，建立机器人基座标系、末端坐标系和打磨工具中心点坐标系；位置坐标获得模块，通过测量或标定分别得到打磨工具中心点在末端坐标系下的位置坐标，以及两个激光测距仪在末端坐标系下的位置坐标。上述的控制系统，其中，所述处理单元包括：设定模块，设定打磨工作范围和待打磨件的打磨区域；处理模块，对位置数据、姿态数据及距离数据进行处理；期望位姿获得模块，根据处理后的位置数据、姿态数据及距离数据获得打磨工具中心点在末端坐标系下的期望位置和期望姿态；曲线获得模块，将期望位置和期望姿态转换到基座标系下，根据基座标系下的期望位置和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于打磨机器人的控制方法，其特征在于，包括：/n步骤S1：对打磨工具及激光测距仪进行安装定位；/n步骤S2：通过激光测距仪对待打磨件进行外形数据扫描，获得每一扫描点处机器人的位置数据、姿态数据及激光测距仪的距离数据，根据位置数据、姿态数据及距离数据获得扫描曲面的打磨轨迹曲线；/n步骤S3：根据打磨轨迹曲线进行位置控制模式下的曲面打磨工作，同时结合力控模式对待打磨件进行打磨位置的修正处理。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于打磨机器人的控制方法，其特征在于，包括：
步骤S1：对打磨工具及激光测距仪进行安装定位；
步骤S2：通过激光测距仪对待打磨件进行外形数据扫描，获得每一扫描点处机器人的位置数据、姿态数据及激光测距仪的距离数据，根据位置数据、姿态数据及距离数据获得扫描曲面的打磨轨迹曲线；
步骤S3：根据打磨轨迹曲线进行位置控制模式下的曲面打磨工作，同时结合力控模式对待打磨件进行打磨位置的修正处理。


2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，于所述步骤S1中包括：
步骤S11：在机器人的末端依次安装六维力传感器、打磨工具和两个激光测距仪；
步骤S12：建立机器人基座标系、末端坐标系和打磨工具中心点坐标系；
步骤S13：通过测量或标定分别得到打磨工具中心点在末端坐标系下的位置坐标，以及两个激光测距仪在末端坐标系下的位置坐标，根据所建末端坐标系和打磨工具中心点坐标系之间的关系，得到打磨工具在末端坐标系下的姿态数据。


3.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，于所述步骤S2中包括：
步骤S21：设定打磨工具的工作范围和待打磨件的打磨区域；
步骤S22：通过控制激光测距仪在随机械臂移动情况下对待打磨件进行外形数据扫描，读取两个激光测距仪的距离数据；
步骤S23：对所采集距离数据进行信号处理；
步骤S24：结合所建末端坐标系及激光测距仪安装位置，根据处理后每一扫描点的位置数据、姿态数据以及与该扫描点所对应的机器人的位置数据和姿态数据，通过计算获得打磨工具中心点所在平面在末端坐标系下表示的期望位置数据和姿态数据；
步骤S25：将打磨工具中心点的期望位置和期望姿态转换到基座标系下，根据基座标系下的期望位置和期望姿态获得打磨轨迹曲线。


4.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，于所述步骤S23中采用数字信号处理方法对位于末端坐标系下的位置数据进行异常采样值剔除、滤波和平滑处理。


5.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，于所述步骤S24中包括：
步骤S241：根据不同时刻每一扫描点与相邻扫描点的距离数据确定一个平面；
步骤S242：根据平面和末端坐标系各轴方向构造第一辅助向量和第二辅助向量，根据第一辅助向量和第二辅助向量获得第一单位向量，根据末端坐标系设定第二单位向量，根据第一单位向量及第二单位向量得到第三单位向量，同时获得拟合平面在末端坐标系下的位置和姿态；
步骤S243：根据拟合平面在末端坐标系下的位置和姿态，选取两个激光测距仪安装位置连线中垂面与扫描点连线交点作为打磨点，获得每一扫描时刻对应的打磨工具中心点在末端坐标系下的期望位置和期望姿态。


6.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，于所述步骤S25中根据以下公式将期望位置和期望姿态转换到基座标系下：



其中，BTE为末端坐标系在基座标系下的位置和姿态矩阵；

为打磨工具中心点在末端坐标系下的位置和姿态矩阵，其中ERP为3x3的姿态矩阵，EP为3x1的位置向量。


7.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，于所述步骤S3中根据打磨轨迹曲线，使打磨机器人...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑旭，吴天宇，奚子洋，王红伟，唐强，朱志斌，张和平，
申请(专利权)人：北京轩宇智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11