一种基于阻抗控制的陶瓷产品表面平整度检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于阻抗控制的陶瓷产品表面平整度检测方法，如下：构建力/姿态混合控制系统；系统包括：阻抗控制器、姿态顺应控制器、伺服驱动器和六维力传感器；通过六维力传感器测得的机器人Z轴力f

【技术实现步骤摘要】
一种基于阻抗控制的陶瓷产品表面平整度检测方法


[0001]本专利技术涉及缺陷检测领域，尤其涉及一种基于阻抗控制的陶瓷产品表面平整度检测方法。

技术介绍

[0002]陶瓷的表面质量检测领域在国内陶瓷机械行业至今还是一个空白。陶瓷的表面质量检测的是陶瓷生产行业的最重要环节之一，目前国内在这方面很大程度上还处于人工检测阶段，因此陶瓷检测的质量难以得到良好保证。
[0003]陶瓷质量因素检测中，平整度检测十分重要，陶瓷的平整度直接关系着装饰效果与使用效果。传统的陶瓷表面检测大多针对平面，而大多数卫浴陶瓷制品具有复杂曲面，难以精确建立模型，所以没有统一的检测方法。随着电子技术和计算机技术的飞速发展，机器人技术在近几十年里得到了大力的发展，并在许多领域得到了日益广泛的应用。基于机器人的自动化检测方法已经成为陶瓷制品高质量生产的必然趋势。
[0004]基于光学原理的非接触检测方法，将特征点信息转换为数字信号，根据特定的平面度算法获得陶瓷表面的平整度。但是这类方法是对于环境的灯光照射强度和照射角度等要求严格，而且由于陶瓷产品本身低纹理、光滑反光，故使用该类方法时，对陶瓷产品的摆放位置也有要求。综上所述，基于光学原理的非接触检测方法对于陶瓷产品的表面平整度检测适用性受限。主要针对瓷砖表面平整度的非接触式无损检测方法，该方法具有系统结构简单、实用性强、检测精度高和实现多个样品同时检查等优点，可以很好地解决瓷砖表面质量手工检测带来的不精确和效率低下等问题，并且该方法可以成为瓷砖产业生产中使用的一种检测新方法。
[0005]接触式检测通常用于钢铁和玻璃等行业的表面缺陷检测，通过观测传感器的力信息的变化来检测平面是否平整。这种方法通常是针对平面的平整度检测，对于形状复杂的陶瓷工件的检测并不适用。针对表面形状复杂的陶瓷工件，现有的机器人检测工艺一般都是先通过离线编程软件生成机器人检测程序。然而由于陶瓷工件定位误差和加工误差等因素，离线程序不能直接使用，需要由工人根据实际运行效果进行微调，调节过程占整个检测过程的大部分时间。
[0006]恒定接触力控制也常用于工业研磨和抛光过程，研磨和抛光过程需要严格遵循设定的参考轨迹。但是在陶瓷表面检测期间，由于三维重建精度的影响，预设的参考轨迹和陶瓷工件表面的实际轨迹之间一定存在误差，不能始终保证与工件的接触。
[0007]对于平面陶瓷检测，工件表面每个点的法向量的方向都是一致的，在机械臂末端六维力传感器探头的切向移动速度恒定的条件下，只需要控制传感器与工件之间的接触力恒定。对于曲面陶瓷检测，陶瓷曲面上各点的法线方向会随着曲率的变化而变化。相对速度的方向应保持在陶瓷工件表面各接触点的切平面上，因此，在曲面检测过程中，控制系统应在工件的接触点处将按法向施加期望接触力。这就需要控制器能够根据机器人检测的轨迹或者传感器的力信息计算出被检测的陶瓷工件表面法方向，调整力传感器探头方向与陶瓷
制品表面的法向一致。

技术实现思路

[0008]为了解决复杂曲面上曲率不规则地变化而导致无法保证机器人是法向接触工件，进而使得平整度问题，本申请提供一种基于阻抗控制的陶瓷产品表面平整度检测方法，具体包括以下步骤：
[0009]S1、构建力/姿态混合控制系统；混合控制系统包括：阻抗控制器、姿态顺应控制器、伺服驱动器和六维力传感器；
[0010]S2、通过六维力传感器测得的机器人Z轴力f
z
，f
z
通过力滤波后得到通过力滤波后得到与期望力f
d
作差，得到Z轴力误差e
f
＝f
d
‑
f；其中e
f
作为阻抗控制器的输入，阻抗控制器用于控制机器人工具坐标系的Z方向；
[0011]S3、通过阻抗控制器得到，得到Z轴参考位置，通过逆运动学得到机器人各运动的关节角度θ；
[0012]S4、通过六维力传感器测得机器人X轴或Y轴得力矩M
xy
，并通过力矩滤波得到
[0013]S5、作为姿态顺应控制器得输入，由姿态顺应控制器调整到机器人个运动关节角θ
c
；所述姿态顺应控制器用于控制工具坐标系的X和Y轴的旋转方向；
[0014]S6、θ和θ
c
相加作为伺服驱动器的输入，最终得到机器人与环境的交互力f
s
和环境中的实际位置Θ。
[0015]本专利技术提供的有益效果是：能够适应曲面并调整机械臂姿态保证与工件保持法向接触的接触状态对于陶瓷制品的表面平整度检测适用性更广和更高精度。
附图说明
[0016]图1是本专利技术力/姿态混合控制系统架构图；
[0017]图2是预编程路径示意图；
[0018]图3是机械臂末端执行器打磨头不同姿态下受力简图。
具体实施方式
[0019]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地描述。
[0020]本专利技术提供了一种基于阻抗控制的陶瓷产品表面平整度检测方法，具体包括以下步骤：
[0021]S1、构建力/姿态混合控制系统；混合控制系统包括：阻抗控制器、姿态顺应控制器、伺服驱动器和六维力传感器；
[0022]S2、通过六维力传感器测得的机器人Z轴力f
z
，f
z
通过力滤波后得到通过力滤波后得到与期望力f
d
作差，得到Z轴力误差e
f
＝f
d
‑
f；其中e
f
作为阻抗控制器的输入，阻抗控制器用于控制机器人工具坐标系的Z方向；
[0023]S3、通过阻抗控制器得到，得到Z轴参考位置，通过逆运动学得到机器人各运动的关节角度θ；
[0024]S4、通过六维力传感器测得机器人X轴或Y轴得力矩M
xy
，并通过力矩滤波得到
[0025]S5、作为姿态顺应控制器得输入，由姿态顺应控制器调整到机器人个运动关节角θ
c
；所述姿态顺应控制器用于控制工具坐标系的X和Y轴的旋转方向；
[0026]S6、θ和θ
c
相加作为伺服驱动器的输入，最终得到机器人与环境的交互力f
s
和环境中的实际位置Θ。
[0027]步骤S1中，所述阻抗控制器采用接触力稳态误差为零的阻抗控制模型，如下式：
[0028][0029]其中，x、和分别为机械臂末端的实际位置、速度和加速度；x
d
、和分别为机械臂末端的期望位置、速度和加速度；f
d
为期望接触力；f为实际接触力；M为机械臂末端执行器质量，B为阻尼系数。
[0030]所述阻抗控制器中，采用PD控制法，增加阻尼项以调整阻尼系数B，进而平衡由机械臂末端执行器质量M所带来的系统振荡。
[0031]所述PD控制法的控制率如下：
[0032][0033]其中，b
kp
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于阻抗控制的陶瓷产品表面平整度检测方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、构建力/姿态混合控制系统；混合控制系统包括：阻抗控制器、姿态顺应控制器、伺服驱动器和六维力传感器；S2、通过六维力传感器测得的机器人Z轴力f
z
，f
z
通过力滤波后得到通过力滤波后得到与期望力f
d
作差，得到Z轴力误差e
f
＝f
d
‑
f；其中e
f
作为阻抗控制器的输入，阻抗控制器用于控制机器人工具坐标系的Z方向；S3、通过阻抗控制器得到Z轴参考位置，通过逆运动学得到机器人各运动的关节角度θ；S4、通过六维力传感器测得机器人X轴或Y轴得力矩M
xy
，并通过力矩滤波得到S5、作为姿态顺应控制器得输入，由姿态顺应控制器调整到机器人个运动关节角θ
c
；所述姿态顺应控制器用于控制工具坐标系的X和Y轴的旋转方向；S6、θ和θ
c
相加作为伺服驱动器的输入，最终得到机器人与环境的交互力f
s
和环境中的实际位置Θ。2.如权利要求1所述的一种基于阻抗控制的陶瓷产品表面平整度检测方法，其特征在于：步骤S1中，所述阻抗控制器采用接触力稳态误差为零的阻抗控制模型，如下式：其中，x、和分别为机械臂末端的实际位置、速度和...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈鑫，高旭，梅义胜，王行澳，秦朗，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：