一种抛光机器人的阻抗控制方法与流程

1.本发明属于机器人运动控制领域，涉及一种抛光机器人的阻抗控制方法。


背景技术：

2.随着人们对于物质需求的不断提高，电子产品和汽车等行业的产品更新速度加快，所以一款产品其相应的凹型曲面生产周期也越来越短。为了提高企业的市场竞争力，必须兼顾满足产品质量和缩短曲面生产周期。因此，研磨抛光技术作为提高曲面质量的主要方法，备受关注且应用广泛。目前，型腔曲面的研磨抛光主要由手工完成，其低效率难以满足曲面产品需求量大和更新速度快的要求；同时，又因为机器人作业环境的多变化，需要机器人末端抛光盘拥有自主调节和适应的能力，目前市场上还没有成熟的控制方法，满足以上加工的需求。


技术实现要素：

3.本部分的目的是在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
4.鉴于上述背景技术描述中存在的问题，提出了本发明，因此，本发明其中一个目的是提供一种抛光机器人的阻抗控制方法，可根据设定的接触刚度与阻尼自适应调节位置环与速度环的补偿信号，进而改善抛光质量，提高抛光效率。
5.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种抛光机器人的阻抗控制方法，包括以下步骤，
6.s1、计算控制输入信号；
7.测量出机器人末端执行器与被抛光工件间的六维接触力矢量，
8.f
a
＝(f
x f
y f
z τ
a τ
b τ
c
)
t
9.式中，f
x
、f
y
、f
z
分别表示沿机器人工具坐标系x、y、z轴方向的接触力，τ
a
、τ
b
、τ
c
分别表示绕x、y、z轴方向的接触力矩；
10.将根据工艺要求设定的期望力矢量f
d
与f
a
相比较，其差值δf为控制输入信号，
11.δf＝f
d
‑
f
a
12.s2、计算位置环补偿信号δθ；
13.将机器人末端执行器与被抛光工件间的接触模型等效为弹簧系统，根据控制输入信号δf计算末端执行器的位移补偿量δx，
14.δx＝k
p
·
δf
15.式中，δx＝(δx δy δz δa δb δc)
t
表示由沿/绕工具坐标系x、y、z轴方向的位移补偿量组成的向量，k
p
＝diag[k
x k
y k
z k
a k
b k
c
]表示由沿/绕工具坐标系x、y、z轴方向的接触刚度系数组成的刚度矩阵，
[0016]
计算位置环补偿信号δθ，
[0017]
δθ＝j
‑1·
δx
[0018]
式中，j
‑1表示混联抛光机器人的雅克比矩阵，δθ＝(δθ
1 δθ
2 δθ
3 δθ
4 δθ
5 δθ6)
t
表示各驱动关节位置环补偿信号；
[0019]
s3、计算速度环补偿信号
[0020]
将机器人末端执行器与被抛光工件间的接触模型等效为阻尼系统，根据控制输入信号δf计算末端执行器的速度补偿量
[0021][0022]
式中，表示由沿/绕工具坐标系x、y、z轴方向的速度补偿量组成的向量，b
v
＝diag[b
x b
y b
z b
a b
b b
c
]表示由沿/绕工具坐标系x、y、z轴方向的接触阻尼系数组成的阻尼矩阵，
[0023]
计算速度环补偿信号
[0024][0025]
式中，j
‑1表示混联抛光机器人的雅克比矩阵，表示各驱动关节速度环补偿信号。
[0026]
进一步的，在步骤s1中，机器人为混联抛光机器人，混联抛光机器人的末端执行器上设有力传感器测量，用于测量机器人末端执行器与被抛光工件间的六维接触力矢量。
[0027]
进一步的，将步骤2计算得到的补偿信号δθ补偿到各驱动关节控制系统位置环，与关节位置跟随误差相加，共同作为位置环控制器的输入指令，经控制输出后，作为期望速度发送至速度闭环，其中关节位置跟随误差是期望位置与实际位置的差值。
[0028]
进一步的，将步骤3计算得到的补偿信号补偿到各驱动关节控制系统速度环，与关节速度跟随误差相加，共同作为速度环控制器的输入指令，经控制输出后，作为期望力矩发送至被控对象，其中关节速度跟随误差是期望速度与实际速度的差值。
[0029]
与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果如下。
[0030]
1、本发明可以分别对位置环与速度环输入补偿信号，以此来提高抛光机器人的抛光质量，采用将伺服系统拆开表示的方法，将抛光作业时的接触刚度与阻尼力矩纳入考量，分别通过对位置环输入补偿信号δθ和对速度环输入补偿信号来控制抛光机器人的执行器与被抛光工件的接触状态；
[0031]
2、本发明可根据设定的接触刚度与阻尼自适应调节位置环与速度环的补偿信号，进而改善抛光质量，提高抛光效率。
附图说明
[0032]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0033]
图1是本发明一种抛光机器人的阻抗控制方法的结构布局示意图。
具体实施方式
[0034]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
[0035]
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0036]
其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸
[0037]
再次，需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0038]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0039]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0040]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细说明。
[0041]
如图1所示，一种抛光机器人的阻抗控制方法，包括以下步骤，
[0042]
s1、计算控制输入信号；
[0043]
测量出机器人末端执行器与被抛光工件间的六维接触力矢量，
[0044]
f
a
＝(f
x f
y f
z τ
a τ
b τ
c
)
t
[0045]
式中，f
x
、f
y
、f
z
分别表示沿机器人工具坐标系x、y、z轴方向的接触力，τ
a
、τ
b
、τ
c
分别表示绕x、y、z轴方向的接触力矩；
[0046]
将根据工艺要求设定的期望力矢量f
d
与f
a
相比较，其差值δf为控制输入信号，
[0047]
δf＝f
d
‑
f
a
[0048]
s2、计算位置环补偿信号δθ；
[0049]
将机器人末端执行器与被抛光工件间的接触模型等效为弹簧系统，根据控制输入信号δf计算末端执行器的位移补偿量δx，
[0050]
δx＝k
p
·
δf
[0051]
式中，δx＝(δx δy δz δa δb δc)
t
表示由沿/绕工具坐标系x、y、z轴方向
的位移补偿量组成的向量，k
p
＝diag[k
x k
y k
z k
a k
b k
c
]表示由沿/绕工具坐标系x、y、z轴方向的接触刚度系数组成的刚度矩阵。
[0052]
计算位置环补偿信号δθ，
[0053]
δθ＝j
‑1·
δx
[0054]
式中，j
‑1表示混联抛光机器人的雅克比矩阵，δθ＝(δθ
1 δθ
2 δθ
3 δθ
4 δθ
5 δθ6)
t
表示各驱动关节位置环补偿信号；
[0055]
s3、计算速度环补偿信号
[0056]
将机器人末端执行器与被抛光工件间的接触模型等效为阻尼系统，根据控制输入信号δf计算末端执行器的速度补偿量
[0057][0058]
式中，表示由沿/绕工具坐标系x、y、z轴方向的速度补偿量组成的向量，b
v
＝diag[b
x b
y b
z b
a b
b b
c
]表示由沿/绕工具坐标系x、y、z轴方向的接触阻尼系数组成的阻尼矩阵，
[0059]
计算速度环补偿信号
[0060][0061]
式中，j
‑1表示混联抛光机器人的雅克比矩阵，表示各驱动关节速度环补偿信号。
[0062]
优选地，在步骤s1中，机器人为混联抛光机器人，混联抛光机器人的末端执行器上设有力传感器测量，用于测量机器人末端执行器与被抛光工件间的六维接触力矢量。
[0063]
在图1中，θ
d
表示为根据工艺要求设定的期望位置,θ
a
表示为经过控制器参数整定后输出的实际位置,b
v
表示由沿/绕工具坐标系x、y、z轴方向的接触阻尼系数组成的阻尼矩阵,k
p
表示由沿/绕工具坐标系x、y、z轴方向的接触刚度系数组成的刚度矩阵。
[0064]
优选地，将步骤2计算得到的补偿信号δθ补偿到各驱动关节控制系统位置环，与关节位置跟随误差相加，共同作为位置环控制器的输入指令，经控制输出后，作为期望速度发送至速度闭环，其中关节位置跟随误差是期望位置与实际位置的差值。
[0065]
优选地，将步骤3计算得到的补偿信号补偿到各驱动关节控制系统速度环，与关节速度跟随误差相加，共同作为速度环控制器的输入指令，经控制输出后，作为期望力矩发送至被控对象，其中关节速度跟随误差是期望速度与实际速度的差值。
[0066]
本技术采用将伺服系统拆开表示的方法，将抛光作业时的接触刚度与阻尼力矩纳入考量，首先通过力传感器采集输入信号δf，然后通过将机器人末端执行器与被抛光工件间的接触模型等效成为弹簧阻尼模型，得出位移补偿量δx和速度补偿量再通过公式δθ＝j
‑1·
δx和分别算出位置环补偿信号δθ和速度环补偿信号最后通过计算得到的δθ补偿到各驱动关节控制系统位置环，经控制输出后，作为期望速度发送至速度闭环；计算得到的补偿到各驱动关节控制系统速度环，也经控制输出后，作为期望力矩发送至被控对象。
[0067]
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。