CN107838920A - 一种机器人打磨力控制***和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种机器人打磨力控制***，***设有用于打磨物件的机器人单元，所述机器人单元将其实时位姿信息发送至机器人控制器，所述机器人单元上设有采集打磨力度的力传感器，所述力传感器输出实时力信息至上位机控制器，所述机器人单元输出实时位姿信息至上位机控制器，所述上位机控制器根据实时力信息和实时位姿信息输出修正位姿信号至机器人控制器，所述机器人控制器根据修正位姿信号驱动机器人单元修改当前的运动轨迹。本发明的优点在于机器人打磨过程中，力控制***实时调节打磨轨迹，能保持加工过程力恒定，工件表面加工质量较高，效果良好。

Description

一种机器人打磨力控制***和方法
技术领域
本发明涉及工业机器人的运动控制领域，并可扩展用到机床的运动控制领域。
背景技术
机器人技术的飞速发展，使得大量的机器人被应用到工业生产中，随着感知***的出现，人工打磨这类传统制造工艺，也在逐步被机器人自动打磨取代；
机器人打磨加工过程中，末端工具与工件的偏差产生接触力，较大的接触力易对机器人和工件造成损伤，接触力的大小影响着加工的精度，进而影响加工的质量，仅仅通过机器人位置控制***达不到任务要求。此外，工业机器人还没有加入力控制功能，只能进行位置控制和速度控制，且均采用封闭结构的控制器，导致底层控制***的二次开发困难，难以满足生产需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是实现一种方便二次开发，能够对工业机器人打磨力进行控制的***。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种机器人打磨力控制***，***设有用于打磨物件的机器人单元，所述机器人单元将其实时位姿信息发送至机器人控制器，所述机器人单元上设有采集打磨力度的力传感器，所述力传感器输出实时力信息至上位机控制器，所述机器人单元输出实时位姿信息至上位机控制器，所述上位机控制器根据实时力信息和实时位姿信息输出修正位姿信号至机器人控制器，所述机器人控制器根据修正位姿信号驱动机器人单元修改当前的运动轨迹。
所述力传感器安装在打磨工具与机器人单元上用于固定打磨工具的安装部之间，所述力传感器采集打磨工具施加在被打磨物件上的法向力。
所述上位机控制器与机器人控制器之间采用套接字通讯，所述上位机控制器与力传感器之间采用EtherCAT通讯。
基于所述机器人打磨力控制***的控制方法，机器人控制器根据预先设定程序执行初始轨迹，机器人单元运行过程中，上位机控制器根据获取的实时力信息和实时位姿信息，对物件打磨的每一个打磨点依次进行控制策略的调整。
所述控制策略的调整方法：
1)上位机控制器将获取的实时力信息与当前打磨点的预设力度比较获得法向偏差力△F；
2)若差值△F大于法向偏差力阈值h，则计算位置修正量，并将修正量输送至机器人控制器驱动机器人单元运行至修正点；
3)判断当前打磨点法向偏差力△F是否大于法向偏差力阈值h，若是返回1)，若否则执行下一步；
4)根据当前打磨点的修正量计算补偿量，并将补偿量补偿至下一打磨点的初始轨迹中。
所述控制策略的调整方法还包括：
1)上位机控制器将获取的实时位姿信息与当前打磨点的预设达到的姿态位置比较，获得姿态偏差值；
2)若当前姿态偏差值大于偏差阈值，则计算位置修正量，并将修正量输送至机器人控制器驱动机器人单元运行调整运行姿态。
本发明的优点在于机器人打磨过程中，力控制***实时调节打磨轨迹，能保持加工过程力恒定，工件表面加工质量较高，效果良好。
附图说明
下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容作简要说明：
图1为机器人打磨力控制***框图；
图2为打磨过程中修正、补偿线条图；
图3为机器人打磨力控制方法流程图。
具体实施方式
机器人打磨力控制***将嵌入式控制器作为上位机控制器，其软件集成在PC机上，可进行整个软件***的编写。如图1所示，上位机控制器连接力传感器，接收实时力信息，经力控制方法计算出修正量；机器人控制器作为下位机向上位机控制器发送实时位姿信息，并接收修正的位姿信息修改当前的运动轨迹，控制机器人进行法向力恒定打磨加工。上位机控制器与机器人控制器之间采用套接字通讯，上位机控制器与力传感器之间采用EtherCAT通讯。
如图2所示，机器人打磨加工过程，工件表面的加工质量取决与打磨的轨迹，打磨是一个连续的磨削加工过程，是对工件表面的不间断处理过程，故需要对打磨轨迹进行动态规划。通过机器人示教器在线编程获得初始轨迹，得到待处理的打磨加工初始点，对每一个点依次进行控制策略的调整，得到需要法向偏置的位移，进而得到坐标修正量，控制机器人运动到修正后的点，该点为较精确的轨迹位置点；求取下一点的补偿量，对下一初始点进行位置补偿，控制机器人到达下一补偿后的点，根据反馈的法向力信息，再进行控制策略的运算，对该点进行精确修正，依次类推，直到打磨结束。
在机器人打磨***中，提出单点循环的打磨轨迹规划，如图3所示。设置法向偏差力阈值h，检测偏差力误差，作为循环打磨的条件。实时采集力信息并处理，得到法向偏差力△F，判断△F是否大于给定的精度值，如果是，则说明法向力精度不够，需要对该点再次进行位置修正，计算位置修正量，传递给机器人控制器运行到修点，并采集新的力信息处理得到新的法向偏差力△F，进行精度判断；如果否，则跳出循环，该修正点的位置精度较高，将该修正点与初始点的偏移量，作为下一点的补偿量，对下一初始点进行法向位置补偿，再对补偿的初始点进行位置循环修正过程。采用这种控制方案能保证末端位置精度，且精度值大小可以自己调节，控制算法简洁有效
对打磨轨迹的调整过程，只是对末端位置的调整，可以增加姿态的调整方式，实时调节末端打磨工具姿态垂直表面加工，应用于复杂曲面的打磨。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种机器人打磨力控制***，***设有用于打磨物件的机器人单元，所述机器人单元将其实时位姿信息发送至机器人控制器，其特征在于：所述机器人单元上设有采集打磨力度的力传感器，所述力传感器输出实时力信息至上位机控制器，所述机器人单元输出实时位姿信息至上位机控制器，所述上位机控制器根据实时力信息和实时位姿信息输出修正位姿信号至机器人控制器，所述机器人控制器根据修正位姿信号驱动机器人单元修改当前的运动轨迹。
2.根据权利要求1所述的机器人打磨力控制***，其特征在于：所述力传感器安装在打磨工具与机器人单元上用于固定打磨工具的安装部之间，所述力传感器采集打磨工具施加在被打磨物件上的法向力。
3.根据权利要求1或2所述的机器人打磨力控制***，其特征在于：所述上位机控制器与机器人控制器之间采用套接字通讯，所述上位机控制器与力传感器之间采用EtherCAT通讯。
4.基于权利要求1-3所述机器人打磨力控制***的控制方法，其特征在于：机器人控制器根据预先设定程序执行初始轨迹，机器人单元运行过程中，上位机控制器根据获取的实时力信息和实时位姿信息，对物件打磨的每一个打磨点依次进行控制策略的调整。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于：所述控制策略的调整方法：
1)上位机控制器将获取的实时力信息与当前打磨点的预设力度比较获得法向偏差力△F；
2)若差值△F大于法向偏差力阈值h，则计算位置修正量，并将修正量输送至机器人控制器驱动机器人单元运行至修正点；
3)判断当前打磨点法向偏差力△F是否大于法向偏差力阈值h，若是返回1)，若否则执行下一步；
4)根据当前打磨点的修正量计算补偿量，并将补偿量补偿至下一打磨点的初始轨迹中。
6.根据权利要求4或5所述的控制方法，其特征在于：所述控制策略的调整方法：
1)上位机控制器将获取的实时位姿信息与当前打磨点的预设达到的姿态位置比较，获得姿态偏差值；
2)若当前姿态偏差值大于偏差阈值，则计算位置修正量，并将修正量输送至机器人控制器驱动机器人单元运行调整运行姿态。
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