一种无编程的机器人在线恒力打磨控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种无编程的机器人在线恒力打磨控制系统，包括六自由度协作机器人及机器人控制器；六自由度协作机器人末端安装有沿切向打磨板材工件边缘的打磨工具及用于检测打磨工具受力的六维力传感器；机器人控制器接收来自六维力传感器的信号，其基于六自由度协作机器人末端的刚度自动辨识打磨工具与板材工件边缘的接触情况，并基于力导纳控制输出信号驱动六自由度协作机器人末端，使打磨工具的法向磨削力为恒力且切向磨削速度为恒速。本发明专利技术还公开了一种无编程的机器人在线恒力打磨控制方法。本发明专利技术能够对任意形状的零件的轮廓边缘实现不需编程、高效、高质量的打磨加工，并且在打磨过程中可以随时进行作业位置的迁移，使用十分灵活。使用十分灵活。使用十分灵活。

【技术实现步骤摘要】
一种无编程的机器人在线恒力打磨控制系统及方法


[0001]本专利技术涉及机器人打磨
，特别涉及一种无编程的机器人在线恒力打磨控制系统及方法。

技术介绍

[0002]目前，板材经过线切割、激光切割等加工之后往往会留下粗糙的切口、飞边和毛刺，因此需要对边缘进行打磨加工。为了使零件获得所需要的几何形状和表面质量，打磨的过程要同时控制位置和力。目前这一加工主要由工人手工进行，尤其是对于尺寸较小且形状复杂的零件。随之带来了生产效率低、质量差、作业环境恶劣以及影响工人健康等一系列问题，为企业增加了大量的成本。
[0003]随着自动控制技术的发展，机器人逐渐被广泛的应用在零件打磨、抛光和去毛刺等场合，因此可以利用机器人进行板材边缘打磨。这要求机器人运行符合工件轮廓的轨迹，同时在轮廓的法向进行恒力控制，以保证恒定的材料去除率，得到一致的表面质量。但是，随着产品日益定制化、多元化，产品的轮廓更加复杂多变，传统的基于CAD模型轨迹生成、拖动示教轨迹生成等机器人离线编程技术耗时耗力、效率低下，同时也很难保证加工轨迹的精度以及打磨力的稳定性，极大的影响了工件打磨的效率与质量。
[0004]为解决上述问题，近年来出现了一些使用无编程的机器人进行在线打磨作业的技术方案。例如，专利CN110281152A提出了一种基于在线试触的机器人恒力打磨路径规划方法及系统，其特点是通过在线试触的方式获取待打磨表面的离散点信息，并据此信息规划待打磨表面打磨路径，但是这种方法本质上仍然是离线编程再使用，而且为了消除定位、变形等误差，每个工件都需要重新规划路径，费时费力。专利CN110802415A提出了一种新型在线式轮毂自动打磨铣毛刺系统，其使用2D相机以及轮毂车削加工路径曲线得到轮毂边缘三维坐标，进而控制机器人运动，然后使用压力传感器实现打磨过程中接触力的实时监控与修正，但是使用多传感器成本高昂、通讯复杂，而且2D相机的精度低、误差大，会影响加工质量。

技术实现思路

[0005]本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种无编程的机器人在线恒力打磨控制系统及方法。
[0006]本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：包括六自由度协作机器人及机器人控制器；六自由度协作机器人末端安装有沿切向打磨板材工件边缘的打磨工具及用于检测打磨工具受力的六维力传感器；机器人控制器接收来自六维力传感器的信号，其基于六自由度协作机器人末端的刚度自动辨识打磨工具与板材工件边缘的接触情况，并基于力导纳控制输出信号驱动六自由度协作机器人末端，使打磨工具的法向磨削力为恒力且切向磨削速度为恒速。
[0007]进一步地，机器人控制器包括基于自适应比例微分控制的法向恒力控制模块和基
于比例控制的切向恒速控制模块；法向恒力控制模块输出信号控制六自由度协作机器人末端的法向位移，从而控制法向磨削力；切向恒速控制模块输出信号控制六自由度协作机器人末端的切向位移，从而控制切向磨削速度。
[0008]进一步地，法向恒力控制模块设有基于力反馈的牛顿-拉夫森迭代算法子模块，牛顿-拉夫森迭代算法子模块用于消除稳态误差。
[0009]进一步地，还包括龙门式吊装支架，六自由度协作机器人的基座吊装在吊装支架上。
[0010]进一步地，还包括工作台，板材工件水平放置在工作台上。
[0011]本专利技术还提供了一种无编程的机器人在线恒力打磨控制方法，该方法为：采用六自由度协作机器人及机器人控制器；在六自由度协作机器人的末端安装有沿切向打磨板材工件边缘的打磨工具及用于检测打磨工具受力的六维力传感器；使机器人控制器接收来自六维力传感器的信号，使其基于六自由度协作机器人末端的刚度自动辨识打磨工具与板材工件边缘的接触情况，并基于力导纳控制输出信号驱动六自由度协作机器人的末端，使打磨工具的法向磨削力为恒力且切向磨削速度为恒速。
[0012]进一步地，机器人控制器设置基于自适应比例微分控制的法向恒力控制模块和基于比例控制的切向恒速控制模块；使法向恒力控制模块输出信号控制六自由度协作机器人末端的法向位移，从而控制法向磨削力；使切向恒速控制模块输出信号控制六自由度协作机器人末端的切向位移，从而控制切向磨削速度。
[0013]进一步地，法向恒力控制模块采用基于力反馈的牛顿-拉夫森迭代算法来消除稳态误差。
[0014]进一步地，根据自动辨识出的打磨工具与板材工件边缘的接触情况，在机器人打磨作业中切换拖动状态与打磨作业状态，进行作业位置的迁移。
[0015]进一步地，该方法包括如下步骤：
[0016]步骤一，启动机器人控制器，使安装在六自由度协作机器人末端的打磨工具至工件边缘附近；
[0017]步骤二，机器人控制器接收来自六维力传感器的信号；根据六维力传感器的反馈信号，基于刚度控制自动辨识打磨工具是否与工件边缘接触；如果辨识为未接触，则输出信号使六自由度协作机器人的末端开始进行半径逐渐扩大的水平螺旋线运动；如果辨识为接触，则停止水平螺旋线运动，进行下一步；
[0018]步骤三，机器人控制器将接收的六维力传感器的反馈信号进行转换，得到工件边缘对打磨工具施加的合力；并将该合力的反向力作为控制的恒力方向；将该合力的方向顺时针旋转90度的方向作为恒速控制方向；基于力导纳控制输出信号驱动六自由度协作机器人的末端，使打磨工具的法向磨削力为恒力且切向磨削速度为恒速。本专利技术具有的优点和积极效果是：
[0019]本专利技术采用了力导纳控制，根据采集的力信息调整机器人的位置，可便捷的拖动机器人至任意工作位置。
[0020]本专利技术使用了六维力传感器，根据精确的力信息同时进行切向的恒速控制与法向的恒力控制，不需要任何离线轨迹编程，非常适合要求恒力与恒速的打磨作业。
[0021]本专利技术设计了基于力反馈的牛顿迭代计算算法，用于消除恒力控制与恒速控制的
稳态误差，可将打磨力误差控制在1N以内。
[0022]本专利技术设计了基于刚度辨识的工作状态切换算法，可以在机器人打磨作业中随时切换拖动状态与打磨作业状态，进行作业位置的迁移，使用非常灵活。
附图说明
[0023]图1是本专利技术的一种无编程的机器人在线恒力打磨控制系统的结构示意图；
[0024]图2是本专利技术的一种无编程的机器人在线恒力打磨控制系统的工作流程图。
[0025]图中：1—吊装支架；2—六自由度协作机器人；3—六维力传感器；4—打磨工具；5—工件；6—工作台；7—机器人控制器。
具体实施方式
[0026]为能进一步了解本专利技术的
技术实现思路
、特点及功效，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
[0027]请参见图1至图2，一种无编程的机器人在线恒力打磨控制系统，包括六自由度协作机器人2及机器人控制器7；六自由度协作机器人2末端安装有沿切向打磨板材工件5边缘的打磨工具4及用于检测打磨工具4受力的六维力传感器3；机器人控制器7接收来自六维力传感器3的信号，其基于六自由度协作机器人2的末端的刚度自动辨识打磨工具4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无编程的机器人在线恒力打磨控制系统，其特征在于，包括六自由度协作机器人及机器人控制器；六自由度协作机器人末端安装有沿切向打磨板材工件边缘的打磨工具及用于检测打磨工具受力的六维力传感器；机器人控制器接收来自六维力传感器的信号，其基于六自由度协作机器人末端的刚度自动辨识打磨工具与板材工件边缘的接触情况，并基于力导纳控制输出信号驱动六自由度协作机器人末端，使打磨工具的法向磨削力为恒力且切向磨削速度为恒速。2.根据权利要求1所述的无编程的机器人在线恒力打磨控制系统，其特征在于，机器人控制器包括基于自适应比例微分控制的法向恒力控制模块和基于比例控制的切向恒速控制模块；法向恒力控制模块输出信号控制六自由度协作机器人末端的法向位移，从而控制法向磨削力；切向恒速控制模块输出信号控制六自由度协作机器人末端的切向位移，从而控制切向磨削速度。3.根据权利要求2所述的无编程的机器人在线恒力打磨控制系统，其特征在于，法向恒力控制模块设有基于力反馈的牛顿-拉夫森迭代算法子模块，牛顿-拉夫森迭代算法子模块用于消除稳态误差。4.根据权利要求1所述的无编程的机器人在线恒力打磨控制系统，其特征在于，还包括龙门式吊装支架，六自由度协作机器人的基座吊装在吊装支架上。5.根据权利要求1所述的无编程的机器人在线恒力打磨控制系统，其特征在于，还包括工作台，板材工件水平放置在工作台上。6.一种无编程的机器人在线恒力打磨控制方法，其特征在于，采用六自由度协作机器人及机器人控制器；在六自由度协作机器人的末端安装有沿切向打磨板材工件边缘的打磨工具及用于检测打磨工具受力的六维力传感器；使机器人控制器接收来自六维力传感器的信号，使其基于六自由度协作机器人末端的刚度自动辨识打磨工具与板材工件边缘的接触情况，并基于力导纳控制输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖聚亮，赵炜，窦赛雄，王铭礼，郑旭仓，刘思江，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：