工业机器人铣削加工误差补偿方法、系统、装置及介质制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种工业机器人铣削加工误差补偿方法、系统及介质，其中方法包括以下步骤：获取机器人加工过程中的铣削力F，获取机器人加工过程中的关节角度Q；构建机器人铣削力与变形误差补偿值之间的第一关系，构建机器人关节角度与定位误差补偿值之间的第二关系；根据铣削力F和第一关系计算机器人变形误差的补偿量δ

【技术实现步骤摘要】
工业机器人铣削加工误差补偿方法、系统、装置及介质
本专利技术涉及机器人
，尤其涉及一种工业机器人铣削加工误差补偿方法、系统、装置及介质。
技术介绍
机器人因为其柔性高、灵活性好、价格便宜、重复定位精度高等优势被广泛运用于码垛、喷漆、焊接等领域，但其刚度差、绝对定位精度低等劣势限制了在切削加工领域的应用，因此，为了提高加工精度，在机器人切削加工单元中引入补偿系统，可以显著降低生产成本，提高设备和加工空间的利用率，有效提升技术创新速度和企业竞争力。在机器人切削加工应用方面，误差的预测和补偿一直是研究的热点问题。机器人的误差包括机器人自身的定位误差和受力产生的变形误差，机器人受力变形包括机器人连杆变形和关节变形，对于绝大多数机器人来说，关节变形是引起机器人末端变形误差的主要原因。针对机器人定位误差的补偿，绝大多数研究者采用机器人几何参数标定的方法来进行补偿，具体分为建模、测量、辨识、补偿四个步骤，是一种离线的补偿方法。针对变形误差的补偿，现有研究的大多是基于视觉或光学测量系统对机器人末端位姿进行测量，再与理想位姿进行比较，计算出位姿的误差值从而进行补偿。视觉或光学测量系统的测量精度容易受到切屑的影响，并且测量范围有限，有一定的局限性。并且现有研究大多是将定位误差和变形误差单独进行补偿，同时对定位误差和变形误差进行在线补偿的研究目前少有学者涉及。
技术实现思路
为至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，本专利技术的目的在于提供一种基于测力反馈的工业机器人铣削加工误差在线补偿方法、系统、装置及介质。本专利技术所采用的技术方案是：一种工业机器人铣削加工误差补偿方法，包括以下步骤：获取机器人加工过程中的铣削力F，获取机器人加工过程中的关节角度Q；构建机器人铣削力与变形误差补偿值之间的第一关系，构建机器人关节角度与定位误差补偿值之间的第二关系；根据铣削力F和第一关系计算机器人变形误差的补偿量δ1，根据关节角度Q和第二关系计算机器人定位误差的补偿量δ2；将补偿量δ1和补偿量δ2叠加获得器人铣削加工误差的总补偿值δ，将总补偿值δ反馈给机器人。进一步，所述铣削力为三维的力：F＝(fx,fy,fz)T，所述关节角度为六自由度关节角：Q＝(q1,q2,q3,q4,q5,q6)T。进一步，所述第一关系的表达式为：当n＞2时：当n≤2时：其中，为机器人处于第n个刀位点对应的机器人关节刚度矩阵，Jn为机器人在第n个刀位点对应的速度雅可比矩阵的前三行，和Jn均与机器人的位姿有关；Fn为机器人在第n个刀位点对应的铣削力，分别为机器人在第n个刀位点对应的PID调节的比例系数、积分系数、微分系数。进一步，所述比例系数、积分系数及微分系数为自适应调节的参数，当n大于2时，自适应调节的方法如下：其中，γn为机器人在第n个刀位点对应的PID系数矩阵，通过第n-1个刀位点对应的PID系数矩阵和变形误差补偿值修正获得，E为单位矩阵，Xn为第n个刀位点对应的PID的输入矩阵，Xn为对应的变形误差矩阵。进一步，PID系数矩阵γn、输入矩阵Xn及Xn的计算方式如下：其中，γn是由比例系数，积分系数，微分系数组成的3x1的系数矩阵，γn的值一旦确定，比例系数，积分系数，微分系数也随之确定；Xn是一个与机器人关节刚度、速度雅可比矩阵和铣削力有关的3x3的输入矩阵，Xn是由机器人在前n个刀位点对应的输入矩阵Xn组成的行数为3n、列数为3的误差矩阵，Δn为3x1的矩阵。进一步，所述第二关系的表达式为：δ2＝f′(Q+ΔQ)-f(Q)其中，f′(Q)为经过运动学参数标定后的机器人正向运动学方程，f(Q)为未经过参数标定的机器人正向运动学方程，ΔQ为经过运动学参数标定后的关节角度误差，定位误差δ2为3x1的矩阵，表示xyz三个方向上的补偿值。进一步，所述获取机器人加工过程中的铣削力F，包括：采用力传感器在线测量获取机器人加工过程中的铣削力F；所述获取机器人加工过程中的关节角度Q，包括：采用机器人通讯接口在线获取机器人加工过程中的关节角度Q。本专利技术所采用的另一技术方案是：一种工业机器人铣削加工误差在线补偿系统，包括：信息采集模块，用于获取机器人加工过程中的铣削力F，获取机器人加工过程中的关节角度Q；关系构建模块，用于构建机器人铣削力与变形误差补偿值之间的第一关系，构建机器人关节角度与定位误差补偿值之间的第二关系；补偿求解模块，用于根据铣削力F和第一关系计算机器人变形误差的补偿量δ1，根据关节角度Q和第二关系计算机器人定位误差的补偿量δ2；补偿反馈模块，用于将补偿量δ1和补偿量δ2叠加获得器人铣削加工误差的总补偿值δ，将总补偿值δ反馈给机器人。本专利技术所采用的另一技术方案是：一种工业机器人铣削加工误差在线补偿装置，包括：至少一个处理器；至少一个存储器，用于存储至少一个程序；当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现上所述方法。本专利技术所采用的另一技术方案是：一种存储介质，其中存储有处理器可执行的程序，所述处理器可执行的程序在由处理器执行时用于执行如上所述方法。本专利技术的有益效果是：本专利技术同时考虑了机器人受铣削力作用的变形误差和机器人几何参数产生的定位误差，对两种误差同时进行补偿，不受加工角度、加工空间、加工切屑的影响，补偿效果稳定。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或者现有技术中的技术方案，下面对本专利技术实施例或者现有技术中的相关技术方案附图作以下介绍，应当理解的是，下面介绍中的附图仅仅为了方便清晰表述本专利技术的技术方案中的部分实施例，对于本领域的技术人员而言，在无需付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取到其他附图。图1是本专利技术实施例中一种基于测力反馈的工业机器人加工误差在线补偿方法的流程图；图2是本专利技术实施例中基于测力反馈的机器人加工误差在线补偿系统结构图；图3是本专利技术实施例中定位误差补偿前后位置误差对比图；图4是本专利技术实施例中补偿策略示意图；图5是本专利技术实施例中工业机器人补偿前后零件误差的示意图；图6是本专利技术实施例中工业机器人补偿曲面零件前后的效果示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。在本专利技术的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种工业机器人铣削加工误差补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：/n获取机器人加工过程中的铣削力F，获取机器人加工过程中的关节角度Q；/n构建机器人铣削力与变形误差补偿值之间的第一关系，构建机器人关节角度与定位误差补偿值之间的第二关系；/n根据铣削力F和第一关系计算机器人变形误差的补偿量δ

【技术特征摘要】
1.一种工业机器人铣削加工误差补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取机器人加工过程中的铣削力F，获取机器人加工过程中的关节角度Q；
构建机器人铣削力与变形误差补偿值之间的第一关系，构建机器人关节角度与定位误差补偿值之间的第二关系；
根据铣削力F和第一关系计算机器人变形误差的补偿量δ1，根据关节角度Q和第二关系计算机器人定位误差的补偿量δ2；
将补偿量δ1和补偿量δ2叠加获得器人铣削加工误差的总补偿值δ，将总补偿值δ反馈给机器人。


2.根据权利要求1所述的一种工业机器人铣削加工误差补偿方法，其特征在于，所述铣削力为三维的力：F＝(fx,fy,fz)T，所述关节角度为六自由度关节角：Q＝(q1,q2,q3，q4，q5，q6)T。


3.根据权利要求1所述的一种工业机器人铣削加工误差补偿方法，其特征在于，所述第一关系的表达式为：
当n＞2时：



当n≤2时：



其中，为机器人处于第n个刀位点对应的机器人关节刚度矩阵，Jn为机器人在第n个刀位点对应的速度雅可比矩阵的前三行，和Jn均与机器人的位姿有关；Fn为机器人在第n个刀位点对应的铣削力，分别为机器人在第n个刀位点对应的PID调节的比例系数、积分系数、微分系数。


4.根据权利要求3所述的一种工业机器人铣削加工误差补偿方法，其特征在于，所述比例系数、积分系数及微分系数为自适应调节的参数，当n大于2时，自适应调节的方法如下：



其中，γn为机器人在第n个刀位点对应的PID系数矩阵，通过第n-1个刀位点对应的PID系数矩阵和变形误差补偿值修正获得，E为单位矩阵，Xn为第n个刀位点对应的PID的输入矩阵，Xn为对应的变形误差矩阵。


5.根据权利要求4所述的一种工业机器人铣削加工误差补偿方法，其特征在于，PID系数矩阵γn、输入矩阵Xn及Xn的计算方式如下：



其中，γn是由比例系数，积分系数，微分系数组成的3x1的系数矩阵，γn的值一旦确定，比例系数，积分系数，微分系...

【专利技术属性】
技术研发人员：王清辉，潘田华，廖昭洋，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44