一种三自由度磨抛装置及其力位耦合控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于磨抛装置相关技术领域，并公开了一种三自由度磨抛装置及其力位耦合控制方法。该方法包括下列步骤：(a)获取达到预设期望接触正压力的速度控制量；(b)获取达到切平面内预设期望位移偏差的速度控制量；(c)将步骤(a)和(b)中获得的接触正压力和切平面的速度控制量分别解耦至世界坐标系的各个坐标轴方向，以此获得沿各个坐标轴方向的速度总控制量，利用该各个坐标轴方向的总速度控制量对三自由度磨抛装置的控制，使其达到设定的期望正压力和位移偏差，即实现对三自由度磨抛装置的力位耦合控制。通过本发明专利技术，提高了磨抛装置的可控性和控制精度，减小加工误差，提高加工精度。

【技术实现步骤摘要】
一种三自由度磨抛装置及其力位耦合控制方法
本专利技术属于磨抛装置相关
，更具体地，涉及一种三自由度磨抛装置及其力位耦合控制方法。
技术介绍
随着科学技术的发展，复杂曲面在航空航天、汽车、船舶等领域的应用日益广泛。复杂曲面零件的表面粗糙度直接影响其服役的气动性能、效率和疲劳寿命。因此，对复杂曲面零件进行表面精加工提高其表面质量，对于提高复杂曲面零件的服役性能具有重要影响。目前自由曲面的表面精加工主要有数控机床抛光技术和人工手工研磨的方式。其中，数控抛光机床价格昂贵、灵活性差，人工抛光存在劳动强度大，加工效率低，工作环境粉尘较大，严重影响工人身体健康，同时磨抛精度受工人技术熟练程度影响。与传统加工方式相比，机器人系统有着灵活性好、通用性强、易于拓展等优点，因此研究机器人夹持末端执行器的磨抛系统及方法很有必要。在力控磨抛方法和系统中需实现接触力的控制，主要包括单自由度接触力控制、二自由度接触力控制和三自由度接触力控制，单自由度的接触力控制方法存在耗时长和容易过抛的问题，二自由度接触力控制方法只能在一个面内控制接触力，无法在控制三本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三自由度磨抛装置的力位耦合控制方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：/n(a)获取达到预设期望接触正压力的速度控制量/n对于待控制的三自由度磨抛装置的磨头部分，由其三个自由度方向建立坐标系xyz，采集该磨头部分沿x、y和z方向分别受到的力，利用该磨头部分的重力对分别沿x、y和z方向受到的力进行补偿，以此获得磨头部分与被加工工件之间的实际接触正压力；计算该实际接触正压力与期望接触正压力之间的差值，采用PID控制算法结合所述差值计算获得期望接触正压力的速度控制量；/n(b)获取达到切平面内预设期望位移偏差的速度控制量/n将所述磨头部分的位移矢量投影至磨抛位置点处的切平面，以此获得在切平面内...

【技术特征摘要】
1.一种三自由度磨抛装置的力位耦合控制方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：
(a)获取达到预设期望接触正压力的速度控制量
对于待控制的三自由度磨抛装置的磨头部分，由其三个自由度方向建立坐标系xyz，采集该磨头部分沿x、y和z方向分别受到的力，利用该磨头部分的重力对分别沿x、y和z方向受到的力进行补偿，以此获得磨头部分与被加工工件之间的实际接触正压力；计算该实际接触正压力与期望接触正压力之间的差值，采用PID控制算法结合所述差值计算获得期望接触正压力的速度控制量；
(b)获取达到切平面内预设期望位移偏差的速度控制量
将所述磨头部分的位移矢量投影至磨抛位置点处的切平面，以此获得在切平面内的投影位移矢量，利用该投影位移矢量计算其在切平面内的位移偏差，将该位移偏差与预设期望位移偏差相比较获得位移偏差差值，采用PID控制算法结合所述位移偏差差值计算获得在切平面的速度控制量，其中，所述位移矢量包括位移量和该位移量的方向向量；
(c)将步骤(a)和(b)中获得的接触正压力和切平面的速度控制量分别解耦至各个坐标轴方向，以此获得沿各个坐标轴方向的速度总控制量，利用该各个坐标轴方向的总速度控制量对三自由度磨抛装置的控制，使其达到设定的期望正压力和位移偏差，即实现对三自由度磨抛装置的力位耦合控制。


2.如权利要求1所述的一种三自由度磨抛装置的力位耦合控制方法，其特征在于，在步骤(a)中，所述利用该磨头部分的重力对分别沿x、y和z方向受到的力进行补偿的方法按照下列步骤进行：
采集所述磨头部分在世界坐标系中的姿态；计算磨头部分重力在所述坐标系xyz中沿各个坐标轴方向的补偿量；利用该补偿量计算补偿后的磨头部分受到的实际接触正压力；
所述实际接触正压力按照下列表达式进行：
Fc＝Fx3+Fy3+Fy3



[Fx2Fy2Fz2]＝[00G0]T
其中，Fx3是Fx在接触正压力Fc方向上的分量，Fy3是Fy在接触正压力Fc方向上的分量，Fz3是Fz在接触正压力Fc方向上的分量，Fx，Fy和Fz分别是磨头部分的重力进行补偿后磨头部分x、y和z方向受到的力，Fx1，Fy1和Fz1分别是补偿前磨头部分x、y和z方向受到的力，Fx2、Fy2和Fz2分别是磨头部分重力沿x、y及z方向的分量，αx是Fx与Fc之间的夹角，αy是Fy与Fc之间的夹角,αz是Fz与Fc之间的夹角，T为从世界坐标系运动到坐标系xyz的旋转矩阵。


3.如权利要求1所述的一种三自由度磨抛装置的力位耦合控制方法，其特征在于，在步骤(a)中，所述期望接触正压力的速度控制量按照下列表达式进行：



e(t)＝Fe-Fc
其中，u1(t)是磨头部分在接触力方向的速度控制量，Kp1是比例系数，Ki1是积分系数，Kd1是微分项系数，e(t)是力误差，Fe是期望接触正压力，Fc是实际接触正压力，t是时间。


4.如权利要求2所述的一种三自由度磨抛装置的力位耦合控制方法，其特征在于，在步骤(b)中，所述投影位移矢量包括投影位移量和投影位移方向向量，投影位移量按照下列表达式计算获得：
px1＝pxsinαx
py1＝pysinαy
pz1＝pzsinαz
其中，px、py和pz分别是磨头部分沿x、y及z向的位移量，px1、py1和pz1分别是px、py和pz在切平面内的投影值；
投影位移方向向量按照下列表达是计算获得：
Px1＝nx-ux
Py1＝ny-uy
Pz1＝nz-uz









其中，ux、uy和uz分别是nx、ny和nz在mc上的投影向量，nx、ny和nz分别是x、y及z向的方向向量，mc是接触正压力Fc的方向向量，Px1、Py1和Pz1分别是nx、...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨吉祥，李鼎威，丁汉，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42