本发明专利技术涉及一种基于坐标系集成的机器人研磨抛光轨迹修正方法及系统，应用于飞机薄壁板等包含圆形、折线等加工方向多变的特征型面的内外边界的自适应研磨抛光工艺过程。该方法采用离线轨迹规划方法计算加工路径，经后置处理后可生成机器人可执行加工程序，加工过程中，为适应薄壁件的变形情况，根据工具与工件的接触力值，对规划轨迹进行实时修正，修正时根据加工点运动方向设定当前加工点的修正坐标系，在修正坐标系基准上调整机器人位姿。合理设定修正坐标系方向，能确保机器人打磨工具沿修正坐标系某一固定方向远离或靠近打磨位置，实现打磨工具中心与打磨特征边界平行运动的同时，避免了机器人姿态大范围变化和加工线速度不均的难题，达到连续均匀自适应加工方向多变的边界路径的目的。多变的边界路径的目的。多变的边界路径的目的。
【技术实现步骤摘要】
一种基于坐标系集成的机器人研磨抛光轨迹修正方法及系统
[0001]本专利技术涉及一种基于坐标系集成的机器人研磨抛光轨迹修正方法及系统，属于智能加工和打磨抛光
技术介绍
[0002]目前，飞机壁板等复杂薄壁结构件的边界抛光主要采用传统的手工抛光方式进行，抛光工序的任务量大、效率低，由于抛光质量由操作人员的熟练程度和操作技巧所决定，从而导致组件的型面精度、表面质量等关键指标产生了人为的误差，影响了组件的使用效果，手工抛光时产生大量粉尘，严重影响到了操作人员的健康。
[0003]目前，使用机器人的柔顺控制进行磨抛作业是常用的抛光方式和有效途径。名称为“基于柔顺控制的机器人复杂曲面自动研抛系统及加工方法”(CN105643399A)的专利，针对复杂曲面工件进行研抛前的加工轨迹规划，机器人按照加工轨迹规划程序文件驱动机器人运动，带动安装在机器人末端执行器的研抛刀具与加工表面接触加工。名称为“基于实时力控的复杂曲面恒定切除率的机器人打磨方法”(CN110524371B)的专利，采用上位机计算刀路轨迹，基于标准位置的重力补偿方法，通过自适应阻抗控制算法实时调整刀具的位置，实现对工件研磨压力的恒定切除率。
[0004]以上方法中，主要针对曲面等曲率变化较缓的加工情况，且均采用固定坐标系的形式进行加工轨迹规划和自适应调节，不适应折线、圆形等曲率变化大而产生机器人限位或被迫分段加工等问题的情况，同时机器人的大幅度变化还容易产生工具局部干涉等异常加工情况。因此，急需一种更加有效的机器人研磨抛光轨迹修正方法可有效解决上述问题。
技术实现思路
[0005]为实现上述复杂结构件边界的打磨抛光系统，本专利技术提出一种基于坐标系集成的机器人研磨抛光轨迹修正方法及系统，通过理论计算分析与自动化控制结合的方式达到工件自动化打磨抛光的目的。
[0006]本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：
[0007]一种基于坐标系集成的机器人研磨抛光轨迹修正方法，在机器人加工方向多变的特征型面内外边界过程中定义随动时变的机器人集成坐标系T
Adjust
并实时计算更新，基于力反馈修正加工姿态实现自适应研磨抛光；包括以下步骤：
[0008]离线路径生成：加载工件三维模型，选择待加工边界曲线特征，设置加工工艺参数，生成当前待加工曲线特征的工件基坐标系T
Base
下的加工路径；
[0009]后置处理：将加工路径处理为加工程序，用于加工时调用该路径程序；
[0010]坐标系计算：定义随动时变的机器人集成坐标系T
Adjust
，用于表征当前待加工曲线特征；控制机器人执行加工程序，并加工过程中根据轨迹加工方向和工具坐标系T
Tool
方向计算更新当前加工位置的随动时变坐标系T
Adjust
；
[0011]轨迹修正：基于力传感反馈，在随动时变坐标系T
Adjust
上修正机器人位姿，的调整
工业机器人加工位姿以适应薄壁件变形，从而连续加工边界路径。
[0012]所述加工边界曲线特征为给当前待加工边界曲线选择预设的基本加工轨迹：图形、直线段、平面或空间曲线。
[0013]是根据加工工具和加工工艺要求设置加工工艺参数；加工工艺参数包括行间距、加工步长、加工速度、工具进给方向、工具法线方向。
[0014]所述T
Adjust
各坐标轴定义如下：
[0015]X
Adjust
：工件基坐标系T
Base
下加工路径曲线在当前加工点的轨迹切线方向；
[0016]Y
Adjust
：由工件基坐标系T
Base
轨迹切线和工具坐标系T
Tool
的X+方向构成的平面法向量；
[0017]Z
Adjust
：由X
Adjust
和Y
Adjust
构成直角坐标系统的向量。
[0018]所述机器人集成坐标系T
Adjust
是随动时变更新的，当进行直线或圆弧运动时都会对其进行计算；
[0019]所述轨迹切线方向不与工具坐标系的X+方向平行，否则不能计算出T
Adjust
；
[0020]加工时调整坐标系T
Adjust
的原点始终位于已待加工工件的TCP上，改变T
Adjust
的姿态使得机器人位置与轨迹平行，且T
Adjust
的Y轴或Z轴方向总与轨迹垂直方向一致；
[0021]在轨迹修正时，以T
Adjust
的Y轴或Z轴为基准进行修正。
[0022]所述修正机器人位姿为：根据重力补偿后的工具受力情况调整机器人离线路径的位姿，进而控制打磨工具与工件之间的接触情况，达到自适应加工。
[0023]所述修正机器人位姿为：调整方向由加工点的垂直方向在集成坐标系T
Adjust
的表示来计算；接触力的计算由工具坐标系T
Tool
所受的合力方向在T
Adjust
的Y或Z坐标轴的固定方向来决定；对于绝对修正，用机器人或各个轴的当前额定位置以绝对值的形式计算传感器修正，新的位置为当前额定位置与修正值距离之和。
[0024]所述后置处理将轨迹处理为集成打磨工具启停、轨迹修正开始结束的控制节点信号。
[0025]一种基于坐标系修正的机器人自适应研磨抛光控制系统，包括：上位机、机器人控制器以及末端力传感器；所述上位机中存储有程序，当加载程序时执行如权上所述的方法步骤实现自适应研磨抛光；所述机器人控制器用于执行上位机发送的执行程序以及反馈执行数据；所述末端力传感器用于实时检测并反馈接触力值。
[0026]所述上位机分别与机器人控制器和末端力传感器之间通过以太网UDP/IP协议进行数据传输。
[0027]本专利技术具有以下优点：
[0028]1.本专利技术主要应用于飞机薄壁板等包含圆形、折线等加工方向多变的特征型面的内外边界的自适应研磨抛光工艺过程。
[0029]2.本专利技术加工过程中，为适应薄壁件的变形情况，根据工具与工件的接触力值，对规划轨迹进行实时修正，修正时根据加工点运动方向设定当前加工点的修正坐标系，在修正坐标系基准上调整机器人位姿。
[0030]3.本专利技术加工过程中，合理设定修正坐标系方向，能确保机器人打磨工具沿修正坐标系某一固定方向远离或靠近打磨位置，实现打磨工具中心与打磨特征边界平行运动的同时，避免了机器人姿态大范围变化和加工线速度不均的难题，达到连续均匀自适应加工
方向多变的边界路径的目的。
[0031]4.本专利技术实现了边界轨迹规划及自适应打磨抛光的调整过程。
[0032]5.本专利技术实现了复杂结构件多边形边界的自适应打磨抛光自动化流程，大大提高了加工效率和工件加工质量。
附图说明...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于坐标系集成的机器人研磨抛光轨迹修正方法，其特征在于，在机器人加工方向多变的特征型面内外边界过程中定义随动时变的机器人集成坐标系T
Adjust
并实时计算更新，基于力反馈修正加工姿态实现自适应研磨抛光；包括以下步骤：离线路径生成：加载工件三维模型，选择待加工边界曲线特征，设置加工工艺参数，生成当前待加工曲线特征的工件基坐标系T
Base
下的加工路径；后置处理：将加工路径处理为加工程序，用于加工时调用该路径程序；坐标系计算：定义随动时变的机器人集成坐标系T
Adjust
，用于表征当前待加工曲线特征；控制机器人执行加工程序，并加工过程中根据轨迹加工方向和工具坐标系T
Tool
方向计算更新当前加工位置的随动时变坐标系T
Adjust
；轨迹修正：基于力传感反馈，在随动时变坐标系T
Adjust
上修正机器人位姿，的调整工业机器人加工位姿以适应薄壁件变形，从而连续加工边界路径。2.根据权利要求1所述的一种基于坐标系集成的机器人研磨抛光轨迹修正方法，其特征在于,所述加工边界曲线特征为给当前待加工边界曲线选择预设的基本加工轨迹：图形、直线段、平面或空间曲线。3.根据权利要求1所述的一种基于坐标系集成的机器人研磨抛光轨迹修正方法，其特征在于,是根据加工工具和加工工艺要求设置加工工艺参数；加工工艺参数包括行间距、加工步长、加工速度、工具进给方向、工具法线方向。4.根据权利要求1所述的一种基于坐标系集成的机器人研磨抛光轨迹修正方法，其特征在于,所述T
Adjust
各坐标轴定义如下：X
Adjust
：工件基坐标系T
Base
下加工路径曲线在当前加工点的轨迹切线方向；Y
Adjust
：由工件基坐标系T
Base
轨迹切线和工具坐标系T
Tool
的X+方向构成的平面法向量；Z
Adjust
：由X
Adjust
和Y
Adjust
构成直角坐标系统的向量。5.根据权利要求4所述的一种基于坐标系集成...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵吉宾，李论，刘殿海，朱光，周波，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：
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