CN105643399A - 基于柔顺控制的机器人复杂曲面自动研抛***及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于柔顺控制的机器人复杂曲面自动研抛***及加工方法，装置包括：工业机器人、工作台、力传感器、柔性研抛刀具、信号转换放大器、计算机以及机器人控制器；方法为：复杂曲面工件研抛前加工轨迹规划获取研抛刀具刀触点轨迹，得到加工曲面刀位点轨迹；将加工曲面刀位点轨迹转化为机器人控制器可识别的代码格式程序文件，输入机器人控制器；工件定位和夹紧，完成工艺***的坐标标定统一；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。本发明可以替代复杂曲面零件光整加工阶段的人工操作，尤其是大型复杂曲面工件，降低人工强度和加工成本，提高加工型面质量稳定性和一致性。

Description

基于柔顺控制的机器人复杂曲面自动研抛***及加工方法

技术领域

本发明涉及一种工业机器人加工应用技术领域，具体地说是一种基于柔顺控制的机器人复杂曲面自动研抛***及加工方法。

背景技术

复杂曲面加工过程中，一般都要先经过粗加工，半精和精加工，然后进行研抛高精(光整)加工，才能获得符合要求的工件表面。日前，随着高端智能自动化控制技术的飞速发展，以数控机床为平台的柔性加工已基本实现复杂曲面工件的自动化加工，但研抛加工主要还是依赖于工人手工操作。复杂曲面的手工研抛加工时间在美国等发达工业国家约占总时间的1/3，而在我国则达80％以上。造成生产效率低和加工质量不稳定，难以满足低成本、短周期和高质量的现代加工制造要求，所以复杂曲面光整加工的智能化和自动化，作为实现高质、高效、低成本的制造重要环节，日益受到产业和学术界的重视。工业机器人特有的柔性特征，使得它非常适合于复杂曲面的自动化研抛加工。

在研抛加工过程中，研抛刀具与工件表面之间的研抛压力是影响加工质量的主要因素，而非研抛力。研抛压力会随着复杂曲面的曲率半径、施加在曲面表面的研抛力、研抛刀具位姿(位姿和姿态)的变化而实时变化。要想获得高的曲面表面加工质量，要求自动抛光***平台中的研抛刀具除了具有很好的切削能力外，还应具有一定的柔顺性。柔顺性一般分为主动柔顺性和被动柔顺性两类。主动柔顺控制是力控制，根据力传感器的反馈信息采用一定的控制策略，自动调整研抛刀具的姿态和位置，去主动控制抛光压力，使得机器人能够对研抛压力产生实时的反馈并且对产生的压力进行调整，实现位置、姿态和力的混合控制，可以保证合理、稳定的接触力，从而使得机器人能够主动顺应外界环境的变化，达到加工任务的要求。被动柔顺控制是研磨刀具凭借一些辅助的柔顺机构(主要由能够吸收或储存能量的机械器件如弹簧、阻尼等构成)，使其在与环境接触时能够对外部作用力产生自然顺从，在加工过程中，根据曲面曲率的变化，磨具通过自身不同位置的弹性变化形成被动柔顺。

基于以前理论分析，工业机器人以其特有的柔性特征，非常适合于复杂曲面的自动化研抛加工。而目前基于柔顺控制的机器人复杂曲面实现自动研抛***及加工方法尚未见报道。

发明内容

针对现有技术中研抛加工依赖于工人手工操作，造成生产效率低和加工质量不稳定以及难以满足低成本、短周期和高质量的现代加工制造要求等不足，本发明要解决的技术问题是提供一种可保证加工去除量的均匀性和一致性，提高加工效率和加工质量，有效降低加工人工劳动强度和生产成本的基于柔顺控制的机器人复杂曲面自动研抛***及加工方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明基于柔顺控制的机器人复杂曲面自动研抛***，包括：工业机器人、工作台、力传感器、柔性研抛刀具、信号转换放大器、计算机以及机器人控制器，其中工业机器人上安装柔性研抛刀具，计算机通过机器人通讯接口与机器人控制器进行双向通讯连接，机器人控制器控制工业机器人动作，由柔性研抛刀具对固定于工作台上的工件实施研抛加工；力传感器将采集的研抛力数据做为闭环反馈信号送至计算机处理。

所述柔性研抛刀具包括L型支架、研抛头、弹性锥度夹头以及马达，其中研抛头通过夹紧弹性橡胶盘安装于弹性锥度夹头上，弹性锥度夹头与马达的主轴连接，马达固装于L型支架上，L型支架再通过连接法兰与工业机器人的操作臂末端执行器连接。

所述柔性研抛刀具还具有直角梯型支架，直角梯型支架上底面支撑马达，下底面与力传感器的受力面抵接，力传感器底部固装于L型支架上。

所述夹紧弹性橡胶盘底面粘结背绒砂布或者砂纸。

本发明基于柔顺控制的机器人复杂曲面自动研抛***的加工方法，包括以下步骤：

针对复杂曲面工件进行研抛前的加工轨迹规划，以确定刀具加工轨迹和位姿参数，获取研抛刀具刀触点轨迹，进一步得到加工曲面刀位点轨迹；

将加工曲面刀位点轨迹转化为机器人控制器可识别的代码格式程序文件，输入机器人控制器；

把工件安装到工作台上，进行工件的定位和夹紧，完成工艺***的坐标标定统一；

机器人按照控制器输入的加工轨迹规划程序文件，驱动机器人按照轨迹规划形成的程序文件运动，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。

针对复杂曲面工件进行研抛前的加工轨迹规划，以确定刀具加工轨迹和位姿参数，获取研抛刀具刀位点轨迹，进一步得到加工曲面刀位点轨迹包括以下步骤：

机器人与工作台定位块对刀定位，完成机器人基坐标与工作台坐标标定，实现坐标标定统一；

将复杂曲面工件三维模型导入本***的路径生成软件，设定凹面进刀或者凸面进刀方式；在工件坐标系下，软件根据三维模型自动计算工件中心线并标定；然后应用对称行切加工走刀路径生成方法得到加工刀具行切路径；

根据Hilbert曲线的规则，将获取的加工刀具行切路径三维模型进行离散化，将曲面离散成一系列控制点集，点划分这些离散控制点为一系列的点集，并通过重组和删除操作对这些点集进行重排，通过参数映射，获得在实数域内的刀具接触路径点集；

根据研抛刀具刀位点轨迹获取方法获得加工曲面刀位点轨迹。

对称行切加工走刀路径生成方法为：在工件坐标系下采用行切走刀方式，对复杂曲面三维模型进行中心线选取，根据设定的行切走刀行间距，以工件中心线为对称轴，按照设定走刀行间距两侧对称外延，直至全部曲面完成加工刀具行切路径生成。

根据研抛刀具刀位点轨迹获取方法获得加工曲面刀位点轨迹为：

釆用矢量A和矢量O分别表示接触点和刀位点的位置矢量，刀轴矢量可以表达为刀具接触点到刀具刀位点之间的距离为R-W，用单位矢量v来表达从A点到O点的方向，则v表达为则刀位点的位置矢量O表达为O＝A+(R-W)v生成刀位轨迹矢量包括刀具

位置矢量O和刀轴矢量a，其表达为C_O＝(Oa)；

其中，a为研抛刀具的刀轴矢量方向，n为曲面法向矢量方向，u为刀具进给方向，θ为研抛刀具的刀轴矢量方向a相对于曲面法向矢量方向n在进给方向u的反向方向偏转角度值，a、n、u均为单位矢量。

机器人按照控制器输入的加工轨迹规划程序文件，驱动机器人按照轨迹规划形成的程序文件运动，带动安装在末端执行器的研抛刀具与加工表面接触加工包括：

研抛刀具与被加工曲面相互接触加工时，通过力/力矩传感器采集测量应变信号，经信号转化与放大、滤波处理，输出可以识别的数字信号传递给计算机；

计算机将收集到的数字信号进行处理，按照重量补偿算法进行重量补偿计算，将测量结果转换为实际的研抛力F_c；

计算机将实际的研抛力F_c与设定的研抛力F_d进行比较计算，得到力补偿值ΔF；将力补偿值ΔF转换为位置补偿值ΔX，将调整补偿值ΔX与研抛轨迹规划值X_p进行补偿换算，得到实际研抛加工位置X_d的值，相同处理方法得到Y_d、Z_d的值，X_d、Y_d、Z_d分别为在基坐标系O_B下的X、Y、Z三个坐标方向的位置值。

计算机将反馈调整后的X_d，Y_d、Z_d和三处研抛工件姿态角数据传输给机器人控制器，机器人控制器控制机器人做反馈调整，机器人运动带的研抛工件做相应的位置和姿态的调整，实现加工过程中的研抛力的大小恒定和可控。

按照重量补偿算法进行重量补偿计算包括：

在***机器人基坐标系O_B下，研抛刀具重力表示为：^BF_g＝[00-G]，力/力矩传感器测量到研抛刀具负载重力的表达式为^SF_g＝[F_gXF_gYF_gZ]，二者之间的转换关系为式中，为末端执行器坐标系O_E到基坐标系O_B的变换矩阵，由机器人本体确定；为传感器坐标系O_S到末端执行器坐标系O_E的变换矩阵，由传感器与机器人的末端执行器安装方式确定，为传感器坐标系O_S到基坐标系O_B的变换矩，F_gX为刀具在传感器坐标系下X方向的重力大小值，F_gY为刀具在传感器坐标系下Y方向的重力大小值，F_gZ为刀具在传感器坐标系下Z方向的重力大小值。

通过坐标矩阵变换，得到***机器人基坐标系O_B下的研抛力 ${F_B}_m=R_S^B{F_S}_m;$

将力传感器坐标系下测量的数值转换到基坐标系，消除重力对研抛力的干扰，得到基坐标O_B下实际的研抛力^BF_c＝^BF_m-^BF_g；

其中，^BF_m为***机器人基坐标系下研抛力，^sF_m为传感器坐标系下的研抛力，^BF_g为基坐标系下研抛刀具本身的重力，^BF_i为进给移动产生的惯性力。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明可以替代复杂曲面零件光整加工阶段的人工操作，尤其是大型复杂曲面工件，可以降低人工强度，降低加工成本，提高加工型面质量稳定性和一致性。

2.本发明基于柔顺控制的机器人自动研抛加工***，可以控制研抛刀具与加工工件表面接触区域研抛力，有效补偿和调整研抛刀具的位置和姿态精度，根据复杂曲面曲率的变化对研抛压力施加相应的控制，保证了合理的研抛压力和恒力加工，实现工件去除量的均匀性和一致性，提高工件加工质量。

3.本发明***中的研抛刀具与工件曲面接触倾斜角度，可以获得高的加工效率，并避免零转速研抛加工，利于被加工区域的散热及排屑。

4.本发明***中设计选用的柔性研抛刀具，实现了与加工曲面的被动柔顺，保证接触加工区域研抛压强的一致性，实现去除量的可控性和连续性；可以模仿人工的操作，克服了机器人刚度与柔性之间的矛盾。

5.本发明方法中对称行切加工走刀路径生成和一侧进刀顺序加工方法，可以减小加工路径的空走行程，提高加工效率。

附图说明

图1为本发明***装置总体结构示意图；

图2为本发明***中柔性研抛刀具结构框图；

图3为本发明***中通讯方案图；

图4为本发明***中研抛刀具与加工曲面接触角度示意图；

图5为本发明***中传感器测量力分析示意图；

图6为本发明***中行切走刀路径示意图；

图7为本发明***中刀触点与刀位点对应的位置关系图；

图8为本发明方法中基于位置的力外环控制方法方案图；

图9为本发明方法中自动研抛加工过程示意图。

其中，1为工业机器人，2为定位块，3为六维力/力矩六维传感器，4为柔性研抛刀具，41为连接法兰，42为L型支架，43为马达，44为弹性锥度夹头，45为夹紧弹性橡胶盘，46为砂布，47为直角支架，5为工作台，6为信号转化放大器，7为计算机，8为机器人控制器，9为工件加工曲面。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。

本发明是基于柔顺控制的机器人复杂曲面自动研抛***装置和加工方法，用于实现复杂曲面自动化研抛加工过程中的恒研抛力加工，保证加工去除的均匀性和稳定性。本发明主要包括成套***装置的组成和基于柔顺加工的主、被动控制方式。进行了研抛刀具重力的补偿计算，消除研抛刀具重力对研抛力的干扰；进行了研抛刀具与工件加工时接触形式和状态的描述，保证加工接触区域的全接触和排屑散热；描述了刀具轨迹规划的过程和内容，实现了工件三维模型自动转换为机器人可识别加工程序文件；说明了基于位置控制的力控闭环控制方式，实现了加工过程中位置-姿态-力的解耦控制，说明了组成部分之间的通信方式与格式，实现***装置的控制与反馈的闭环控制。

如图1所示，本发明一种基于柔顺控制的机器人复杂曲面自动研抛***，包括：工业机器人1、工作台5、力传感器3、柔性研抛刀具4、信号转换放大器6、计算机7以及机器人控制器8，其中工业机器人1上安装柔性研抛刀具4，计算机7通过机器人通讯接口与机器人控制器8进行双向通讯连接，机器人控制器8控制工业机器人1动作，由柔性研抛刀具4对固定于工作台5上的工件实施研抛加工；力传感器3将采集的研抛接触力数据做为闭环反馈信号送至计算7。本实施例中工业机器人1为六轴，力传感器3为六维力/力矩六维传感器。

如图2所示，柔性研抛刀具4包括L型支架42、研抛头46、弹性锥度夹头44以及马达43，其中研抛头46通过夹紧弹性橡胶盘45安装于弹性锥度夹头44上，弹性锥度夹头44与马达43的主轴连接，马达43固装于L型支架42上，L型支架42再通过连接法兰41与工业机器人1的操作臂末端执行器连接；柔性研抛刀具4还具有直角梯型支架47，直角梯型支架47上底面支撑马达43，下底面与力传感器3的受力面抵接，力传感器3底部固装于L型支架42上。

本实施例中，柔性研抛刀具主要由7部分组成，其中连接法兰41用于L型支架与42机器人末端轴的连接，L型转接支架42用于连接法兰41与传感器3，直角支架47连接传感器3与气动马达43，气动马达43连接固定在直角支架47上(直角支架47上安装气动马达43的安装孔为十字长条孔，安装调整气动马达主轴中心线与机器人第六轴中心线重合)，气动马达主轴连接弹性锥度夹头44，夹头连接夹紧弹性橡胶盘45，橡胶盘底面可以粘结背绒砂布(或者砂纸)46。本实施例采用六轴工业机器人。

如图3所示为本发明采用的通讯方案图，本发明的控制通讯方案包含两部分工作线程：控制计算机-机器人运动控制器工作线程和控制计算机-传感器工作线程，用来实现三者之间的实时通讯连接，同时在线控制研抛力以及实现机器人离线路径规划。机器人控制器与计算机通过以太网形式进行通信，采用高可靠性的TCP/IP(TransmissionControlProtocol/InternetProtocol)通信协议，二者之间的通信实时性较高，采用数据流的方式进行通信，以xml文件进行通信，每12ms将研抛工件表面轨迹控制指令出输给机器人控制器，机器人按照上位机CAD/CAM***规划的轨迹指令执行相应的研抛加工。力传感器与计算机机之间的通信方式使用以太网通信，采用高速传输的UDP(UserDatagramProtocol)协议进行通信，可以提供高达7000Hz的传输频率。

本发明基于柔顺控制的机器人复杂曲面自动研抛***的加工方法，包括以下步骤：

针对复杂曲面工件进行研抛前的加工轨迹规划，以确定刀具加工轨迹和位姿参数，获取研抛刀具刀触点轨迹，进一步得到加工曲面刀位点轨迹；

将加工曲面刀位点轨迹转化为机器人控制器可识别的代码格式程序文件，输入机器人控制器8；

把工件安装到工作台5上，进行工件的定位和夹紧，完成工艺***的坐标标定统一；

机器人按照控制器输入的加工轨迹规划程序文件，驱动机器人按照轨迹规划形成的程序文件运动，带动安装在机器人末端执行器的研抛刀具4与加工表面接触加工。

针对复杂曲面工件进行研抛前的加工轨迹规划，以确定刀具加工轨迹和位姿参数，获取研抛刀具刀位点轨迹，进一步得到加工曲面刀位点轨迹包括以下步骤：

A1.机器人第六轴末端中心孔与工作台定位块2对刀定位，完成机器人1基坐标与工作台5坐标标定，实现坐标标定统一；

A2.将复杂曲面工件三维模型导入本***的路径生成软件，设定凹面进刀或者凸面进刀方式；在工件坐标系下，软件根据三维模型自动计算工件中心线并标定；然后应用对称行切加工走刀路径生成方法得到加工刀具行切路径；

A3.根据Hilbert曲线的规则，将获取的加工刀具行切路径三维模型进行离散化，将曲面离散成一系列控制点集，点划分这些离散控制点为一系列的点集，并通过重组和删除操作对这些点集进行重排，通过参数映射，获得在实数域内的刀具接触路径点集；

骤A2中，对称行切加工走刀路径生成方法为：在工件坐标系下采用行切走刀方式，对复杂曲面三维模型进行中心线选取，根据设定的行切走刀行间距，以工件中心线为对称轴，按照设定走刀行间距两侧对称外延，直至全部曲面完成加工刀具行切路径生成。

如图6所示。实际加工时，从一侧(设定)的生成路径进刀，依照形成的走刀路径顺序加工。

本发明方法中涉及了研抛刀具与工件曲面接触角度方法。研抛加工时，研抛刀具的刀轴矢量方向a相对于曲面法向矢量方向n在进给方向u的反向方向偏转一个角度，a、n、u均为单位矢量。如图4所示，9为工件加工曲面。

根据研抛刀具刀位点轨迹获取方法获得加工曲面刀位点轨迹如图7所示，A点表示刀具的刀盘开始与加工面接触的接触点位置(刀触点)，O点为刀具刀位点位置，B点为刀盘最外侧点，R为刀盘半径，W为被动柔顺变形长度。为了描述的方便，釆用矢量A和矢量O分别表示接触点和刀位点的位置矢量。刀轴矢量可以表达为刀触点到刀位点之间的距离为R-W，用单位矢量v来表达从A点到O点的方向，a为研抛刀具的刀轴矢量方向，n为曲面法向矢量方向，u为刀具进给方向，θ为研抛刀具的刀轴矢量方向a相对于曲面法向矢量方向n在进给方向u的反向方向偏转一个角度，a、n、u均为单位矢量；

v可以表达为则刀位点的位置矢量O可表述为O＝A+(R-W)v，生成刀位轨迹矢量包括刀具位置矢量O和刀轴矢量a，其表达为C_O＝(Oa)。

按照设定要求，将刀具轨迹矢量转换为机器人控制器可识别点集数值代码(三个位移，三个角度)程序文件，这样，将加工工件三维模型加工路径上的所有刀触点转换为机器人自动研抛加工轨迹的矢量点集，形成加工程序文件，传输给机器人控制器，控制机器人运动，带动末端刀具与工件进行研抛加工。

机器人按照控制器输入的加工轨迹规划程序文件，驱动机器人按照轨迹规划形成的程序文件运动，带动安装在末端执行器的研抛刀具与加工表面接触加工包括：

A7.研抛刀具与被加工曲面相互接触加工时，通过六维力/力矩传感器采集测量应变信号，信号为传感器坐标系下的，经由信号转化放大器(NetF/T)6进行信号转化与放大、滤波处理，输出可以识别的数字信号，通过以太网将信息传递给计算机；

A8.计算机将收集到的数字信号进行处理，按照重量补偿算法进行重量补偿计算，将测量结果转换为实际的研抛力F_c；

A9.计算机通过力控制器模块，将测量的研抛力F_c与设定的研抛力F_d进行比较计算，得到补偿值ΔF；通过位置控制器模块算法，将力补偿值ΔF转换为位置补偿值ΔX，将调整补偿值ΔX与研抛轨迹规划值Xp进行补偿换算，得到实际研抛加工位置X_d的值；(此处介绍的为X轴方向反馈调整方法，Y轴和Z轴方向相同)。

A10.计算机将反馈调整后的X_d，Y_d、Z_d和三处研抛工件姿态角数据传输给机器人控制器8，机器人控制器8控制机器人1做反馈调整，机器人1运动带的研抛工件4做相应的位置和姿态的调整，实现加工过程中的研抛力的大小恒定和可控。

按照重量补偿算法进行重量补偿计算包括：

在***装置基坐标系O_B(X_B，Y_B，Z_B)(X_B、Y_B、Z_B分别为基坐标系O_B的三个坐标轴)下，研抛力矢量^BF_m由三部分构成：研抛刀具与工件的研抛力^BF_c，研抛刀具本身的重力^BF_g和进给移动产生的惯性力^BF_i，^BF_m＝^BF_c+^BF_g+^BF_i，如图5所示。由于机器人按规划的连续路径运动，研抛刀具的进给速度变化很小，刀具本身质量也较轻，由运动引起的惯性力可忽略不计，研抛力矢量^BF_m表示为：^BF_m＝^BF_c+^BF_g。六维力/力矩传感器输出值是在传感器坐标系O_S(X_S，Y_S，Z_S)(X_S，Y_S，Z_S分别为传感器坐标系O_S的三个坐标轴)下的测量值。机器人末端研抛刀具姿态会随着工件表面形状而发生变化，传感器坐标系O_S(X_S，Y_S，Z_S)的姿态发生变化，使研抛刀具重力Fg在传感器坐标系O_S上的分量发生变化，对研抛刀具重力进行补偿。在基坐标系O_B下研抛刀具重力表示为：^BF_g＝[00-G]，力传感器测量到研抛刀具负载重力作用力的表达式为^SF_g＝[F_gXF_gYF_gZ]，它们之间的转换关系为式中，为末端感器坐标系O_E到基坐标系O_B的变换矩阵，由机器人本体确定；为传感器坐标系O_S到末端感器坐标系O_E的变换矩阵，由传感器与机器人的末端安装方式确定。通过坐标矩阵变换，可以得到基坐标系O_B下的数值 为传感器坐标系O_S到基坐标系O_B的变换矩阵。将力传感器测量的数值转换到基坐标系，消除重力对研抛力的干扰，得到基坐标下实际的研抛力矢量^BF_c＝^BF_m-^BF_g，其中，^BF_m为研抛力矢量，^sF_m为传感器坐标系下的研抛力测量值，^BF_g为研抛刀具本身的重力，^BF_i为进给移动产生的惯性力。

本发明方法是一种基于位置的力外环主动柔顺控制方法。如图8所示，根据工件曲面材质特性，按照工艺要求给定研抛力F_d，在主动柔顺控制***中，通过力传感器测量值^SF_c，补偿由于研抛刀具导致的重力干扰，得到当前研抛力F_c，与给定力F_d比较，通过力控制器得到位置修正量ΔX，位置控制器执行修正后的位置命令X_d，实现了基于主动柔顺结构的位置内环力外环研抛力控制。

本发明方法涉及的整个研抛加工过程如图9所示。

基于柔顺控制的机器人可以模仿人工的操作，当研抛刀具与工件表面接触时，刀具始终与工件表面接触区域保持稳定的研抛压力，并能够实时测量并显示研抛刀具与工件之间的压力波动，不仅可以提高有效位置和姿态精度，还能根据复杂曲面曲率的变化对研抛压力施加相应的控制，保证了合理的研抛压力，通过控制研抛压力实现恒力加工，实现工件去除量的均匀性和一致性，用以提高工件加工质量。

Claims (10)

1.一种基于柔顺控制的机器人复杂曲面自动研抛***，其特征在于包括：工业机器人、工作台、力传感器、柔性研抛刀具、信号转换放大器、计算机以及机器人控制器，其中工业机器人上安装柔性研抛刀具，计算机通过机器人通讯接口与机器人控制器进行双向通讯连接，机器人控制器控制工业机器人动作，由柔性研抛刀具对固定于工作台上的工件实施研抛加工；力传感器将采集的研抛力数据做为闭环反馈信号送至计算机处理。

2.按权利要求1所述的基于柔顺控制的机器人复杂曲面自动研抛***，其特征在于：所述柔性研抛刀具包括L型支架、研抛头、弹性锥度夹头以及马达，其中研抛头通过夹紧弹性橡胶盘安装于弹性锥度夹头上，弹性锥度夹头与马达的主轴连接，马达固装于L型支架上，L型支架再通过连接法兰与工业机器人的操作臂末端执行器连接。

3.按权利要求2所述的基于柔顺控制的机器人复杂曲面自动研抛***，其特征在于：所述柔性研抛刀具还具有直角梯型支架，直角梯型支架上底面支撑马达，下底面与力传感器的受力面抵接，力传感器底部固装于L型支架上。

4.按权利要求2所述的基于柔顺控制的机器人复杂曲面自动研抛***，其特征在于：所述夹紧弹性橡胶盘底面粘结背绒砂布或者砂纸。

5.按权利要求1所述的基于柔顺控制的机器人复杂曲面自动研抛***的加工方法，其特征在于包括以下步骤：

针对复杂曲面工件进行研抛前的加工轨迹规划，以确定刀具加工轨迹和位姿参数，获取研抛刀具刀触点轨迹，进一步得到加工曲面刀位点轨迹；

将加工曲面刀位点轨迹转化为机器人控制器可识别的代码格式程序文件，输入机器人控制器；

把工件安装到工作台上，进行工件的定位和夹紧，完成工艺***的坐标标定统一；

机器人按照控制器输入的加工轨迹规划程序文件，驱动机器人按照轨迹规划形成的程序文件运动，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。

6.按权利要求5所述的基于柔顺控制的机器人复杂曲面自动研抛***的加工方法，其特征在于：针对复杂曲面工件进行研抛前的加工轨迹规划，以确定刀具加工轨迹和位姿参数，获取研抛刀具刀位点轨迹，进一步得到加工曲面刀位点轨迹包括以下步骤：

机器人与工作台定位块对刀定位，完成机器人基坐标与工作台坐标标定，实现坐标标定统一；

将复杂曲面工件三维模型导入本***的路径生成软件，设定凹面进刀或者凸面进刀方式；在工件坐标系下，软件根据三维模型自动计算工件中心线并标定；然后应用对称行切加工走刀路径生成方法得到加工刀具行切路径；

根据Hilbert曲线的规则，将获取的加工刀具行切路径三维模型进行离散化，将曲面离散成一系列控制点集，点划分这些离散控制点为一系列的点集，并通过重组和删除操作对这些点集进行重排，通过参数映射，获得在实数域内的刀具接触路径点集；

根据研抛刀具刀位点轨迹获取方法获得加工曲面刀位点轨迹。

7.按权利要求6所述的基于柔顺控制的机器人复杂曲面自动研抛***的加工方法，其特征在于对称行切加工走刀路径生成方法为：在工件坐标系下采用行切走刀方式，对复杂曲面三维模型进行中心线选取，根据设定的行切走刀行间距，以工件中心线为对称轴，按照设定走刀行间距两侧对称外延，直至全部曲面完成加工刀具行切路径生成。

8.按权利要求6所述的基于柔顺控制的机器人复杂曲面自动研抛***的加工方法，其特征在于根据研抛刀具刀位点轨迹获取方法获得加工曲面刀位点轨迹为：

釆用矢量A和矢量O分别表示接触点和刀位点的位置矢量，刀轴矢量可以表达为刀具接触点到刀具刀位点之间的距离为R-W，用单位矢量v来表达从A点到O点的方向，则v表达为则刀位点的位置矢量O表达为O＝A+(R-W)v，生成刀位轨迹矢量包括刀具位置矢量O和刀轴矢量a，其表达为Co＝(Oa)；

其中，a为研抛刀具的刀轴矢量方向，n为曲面法向矢量方向，u为刀具进给方向，θ为研抛刀具的刀轴矢量方向a相对于曲面法向矢量方向n在进给方向u的反向方向偏转角度值，a、n、u均为单位矢量。

9.按权利要求5所述的基于柔顺控制的机器人复杂曲面自动研抛***的加工方法，其特征在于机器人按照控制器输入的加工轨迹规划程序文件，驱动机器人按照轨迹规划形成的程序文件运动，带动安装在末端执行器的研抛刀具与加工表面接触加工包括：

研抛刀具与被加工曲面相互接触加工时，通过力/力矩传感器采集测量应变信号，经信号转化与放大、滤波处理，输出可以识别的数字信号传递给计算机；

计算机将收集到的数字信号进行处理，按照重量补偿算法进行重量补偿计算，将测量结果转换为实际的研抛力F_c；

计算机将实际的研抛力F_c与设定的研抛力F_d进行比较计算，得到力补偿值ΔF；将力补偿值ΔF转换为位置补偿值ΔX，将调整补偿值ΔX与研抛轨迹规划值X_p进行补偿换算，得到实际研抛加工位置X_d的值，相同处理方法得到Y_d、Z_d的值，X_d、Y_d、Z_d分别为在基坐标系O_B下的X、Y、Z三个坐标方向的位置值。

计算机将反馈调整后的X_d，Y_d、Z_d和三处研抛工件姿态角数据传输给机器人控制器，机器人控制器控制机器人做反馈调整，机器人运动带的研抛工件做相应的位置和姿态的调整，实现加工过程中的研抛力的大小恒定和可控。

10.按权利要求9所述的基于柔顺控制的机器人复杂曲面自动研抛***的加工方法，其特征在于按照重量补偿算法进行重量补偿计算包括：

在***机器人基坐标系O_B下，研抛刀具重力表示为：^BF_g＝[00-G]，力/力矩传感器测量到研抛刀具负载重力的表达式为^SF_g＝[F_gXF_gYF_gZ]，二者之间的转换关系为式中，为末端执行器坐标系O_E到基坐标系O_B的变换矩阵，由机器人本体确定；为传感器坐标系O_S到末端执行器坐标系O_E的变换矩阵，由传感器与机器人的末端执行器安装方式确定，为传感器坐标系O_S到基坐标系O_B的变换矩，F_gX为刀具在传感器坐标系下X方向的重力大小值，F_gY为刀具在传感器坐标系下Y方向的重力大小值，F_gZ为刀具在传感器坐标系下Z方向的重力大小值。

通过坐标矩阵变换，得到***机器人基坐标系O_B下的研抛力 ${F_B}_m={R_S^B}^S{F}_m;$

将力传感器坐标系下测量的数值转换到基坐标系，消除重力对研抛力的干扰，得到基坐标O_B下实际的研抛力^BF_c＝^BF_m-^BF_g；

其中，^BF_m为***机器人基坐标系下研抛力，^SF_m为传感器坐标系下的研抛力，^BF_g为基坐标系下研抛刀具本身的重力，^BF_i为进给移动产生的惯性力。