【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及气动控制装置，尤其涉及一种工业机器人磨抛用气动控制装置恒力感知驱动一体化方法。
技术介绍
1、由于具有柔顺性好、重量轻、成本低等特点，气动恒力控制装置在机器人去毛刺、砂光、抛光等领域受到大量关注。气动恒力控制装置作为机器人附加的未端恒力控制执行器，可主动保证工具和工件始终保持恒力接触状态，此方法相较于基于机器人伺服电机闭环控制的恒力控制方法，具备更广泛的适用性和使用上的灵活性；然而，气动恒力控制装置存在着复杂的迟滞问题，会严重影响力控精度，甚至会造成系统不稳定。
2、此迟滞行为受多种因素影响呈现出多重分支的滞环现象，如图1(a)所示，当输入电压信号u(t)为表达式(1)的衰减三角波且幅值a为2.5e-0.08t、偏移量e为2.5v、波形频率为0.2hz时,通过观察图1(b)可知，输入电压与输出打磨力的关系曲线表现为多个大小不一样、形状基本一致的迟滞环，由此可以看出，气动恒力控制系统输出打磨力的值不仅与当前输入电压值所处阶段(即电压上升阶段还是电压下降阶段)有关，还与气动恒力控制系统之前输入电压的极值有关，这种行为说明了气动恒力控制系统的迟滞行为具有记忆特性。由此可知，在输入电压与输出打磨力间关系上气动恒力控制装置表现出了多值映射即多重分支的迟滞行为，此行为主要源于记忆特性与频率相关特性，导致建立较为精确且方便应用于控制的数学模型，仍然是一项具有挑战性的工作。
3、
4、式中a为幅值；f为频率；t为时间；t为周期；e为偏移量(1)
5、目前针对存在迟滞问题的系统主要有开
6、基于复合控制方法，气动恒力控制装置实现恒力主动控制的基础是工具与工件间接触力的感知。就机器人附加的未端恒力控制装置的闭环反馈恒力控制而言，目前主要通过在装置中集成力传感器来实现打磨力的测量。然而，此方法存在诸多问题，一方面需要针对不同的打磨装置设计专门的力传感器集成方案，实施难度较大，另一方面打磨过程复杂，打磨力测量的精度和稳定性较难得到保证，为此我们提出了工业机器人磨抛用气动控制装置恒力感知驱动一体化方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在一方面需要针对不同的打磨装置设计专门的力传感器集成方案，实施难度较大，另一方面打磨过程复杂，打磨力测量的精度和稳定性较难得到保证的缺点，而提出的工业机器人磨抛用气动控制装置恒力感知驱动一体化方法。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
3、工业机器人磨抛用气动控制装置恒力感知驱动一体化方法，包括以下步骤：
4、s1：气动恒力控制系统包括气动恒力装置和气动恒力控制单元，气动恒力装置包括气动控制元件和执行元件，用于气动恒力的输出，选用电气比例阀作为气动恒力装置的气动控制元件，电气比例阀通过电信号控制气压力，不仅可实现气压力的连续、无级调节，还可以通过其内置压力传感器可实时检测出输出压力值并转化为模拟信号进行反馈，从而为系统主动输出恒力的感知与驱动一体化的实现奠定基础；
5、s2：选用滑台气缸作为气动恒力装置的气动执行元件，其结构为双气缸与循环式直线导轨的组合，交叉滚柱型直线导轨保证其具有良好的导向性，在滑台气缸上安装直流电机与直径为50mm的砂布盘，便可实现恒力打磨；
6、s3：气动恒力控制单元由计算机、数据采集、控制模块和软件构成，主要用于数据采集与输出和恒力控制算法的切换与上传，基于此单元构建控制架构，当pc设定需保持不变的输出力目标值，基于建立的气动恒力控制模型，电压控制模块输出相应的电压信号给电气比例阀，电气比例阀可将输入的电信号转化为气体压力，它也会将输出的气体压力对应的电信号反馈给电压采集模块。
7、优选的，所述s1中，基于gru模型的气动恒力装置恒力感知的方法，在集成力传感器的实验平台上，同步采集气动恒力装置中电气比例阀的反馈电压与输出力的数据，再采用gru方法建立反馈电压与输出力的模型。
8、优选的，所述s1中，通过gru力控逆模型获得补偿后的驱动电压，建立气动恒力控制装置的gru力控逆模型。
9、优选的，所述s1中，根据气动恒力控制装置的应用要求，设计数据据采集方案，在实验平台上采集多组数据构建：以电气比例阀的反馈电压为输入、相应输出力为输出的气动恒力控制装置自感知模型数据集；以输出力为输入、对应的激励电压为输出的气动恒力控制装置力控逆模型数据集。
10、优选的，所述s1中，采用贝叶斯优化方法获得相应模型的最优超参数集，基于已训练的超参数，对模型进行训练，获得气动恒力装置的gru感知和力控逆模型。
11、本专利技术中，所述工业机器人磨抛用气动控制装置恒力感知驱动一体化方法的有益效果：本系统可在不依赖力传感器的情况下，间接获得打磨力的数据，实现打磨力实时感知；另一方面，针对复杂的迟滞问题，采用循环神经网络方法，建立较为精确且方便应用于控制的数学模型，实现打磨力实时可调，据此，在打磨力实时可调整的基础上，结合打磨力的实时感知，便可引入闭环反馈构建复合控制，最终实现打磨力精准可控；
12、本专利技术是不依懒力传感的气动恒力装置恒力感知的方法；
13、本专利技术是基于gru方法的气动恒力装置多重分支迟滞行为的控制；
14、本专利技术是基于贝叶斯优化的gru模型超参数获取方法。
15、本专利技术实施更加容易，能够精准控制打磨力的精度和稳定性。
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1.工业机器人磨抛用气动控制装置恒力感知驱动一体化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的工业机器人磨抛用气动控制装置恒力感知驱动一体化方法，其特征在于，所述S1中，气动恒力装置包括气动控制元件和执行元件，用于气动恒力的输出。
3.根据权利要求1所述的工业机器人磨抛用气动控制装置恒力感知驱动一体化方法，其特征在于，所述S2中，气动执行元件包括双气缸与循环式直线导轨。
4.根据权利要求1所述的工业机器人磨抛用气动控制装置恒力感知驱动一体化方法，其特征在于，所述S3中，气动恒力控制单元包括计算机、数据采集、控制模块和软件。
5.根据权利要求1所述的工业机器人磨抛用气动控制装置恒力感知驱动一体化方法，其特征在于，所述S1中，基于GRU模型的气动恒力装置恒力感知的方法，在集成力传感器的实验平台上，同步采集气动恒力装置中电气比例阀的反馈电压与输出力的数据，再采用GRU方法建立反馈电压与输出力的模型。
6.根据权利要求5所述的工业机器人磨抛用气动控制装置恒力感知驱动一体化方法，其特征在于，所述S1中，通过GRU力控
7.根据权利要求1所述的工业机器人磨抛用气动控制装置恒力感知驱动一体化方法，其特征在于，所述S1中，根据气动恒力控制装置的应用要求，设计数据据采集方案，在实验平台上采集多组数据构建：以电气比例阀的反馈电压为输入、相应输出力为输出的气动恒力控制装置自感知模型数据集；以输出力为输入、对应的激励电压为输出的气动恒力控制装置力控逆模型数据集。
8.根据权利要求1所述的工业机器人磨抛用气动控制装置恒力感知驱动一体化方法，其特征在于，所述S1中，采用贝叶斯优化方法获得相应模型的最优超参数集，基于已训练的超参数，对模型进行训练，获得气动恒力装置的GRU感知和力控逆模型。
...【技术特征摘要】
1.工业机器人磨抛用气动控制装置恒力感知驱动一体化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的工业机器人磨抛用气动控制装置恒力感知驱动一体化方法，其特征在于，所述s1中，气动恒力装置包括气动控制元件和执行元件，用于气动恒力的输出。
3.根据权利要求1所述的工业机器人磨抛用气动控制装置恒力感知驱动一体化方法，其特征在于，所述s2中，气动执行元件包括双气缸与循环式直线导轨。
4.根据权利要求1所述的工业机器人磨抛用气动控制装置恒力感知驱动一体化方法，其特征在于，所述s3中，气动恒力控制单元包括计算机、数据采集、控制模块和软件。
5.根据权利要求1所述的工业机器人磨抛用气动控制装置恒力感知驱动一体化方法，其特征在于，所述s1中，基于gru模型的气动恒力装置恒力感知的方法，在集成力传感器的实验平台上，同步采集气动恒力装置中电气比例阀的反馈电压与输出力的数据，再采...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈勇将，金宇杰，郭一凡，张岑阳，王姚丹，
申请(专利权)人：常州工学院，
类型：发明
国别省市：
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