CN108107842A - 基于力控制的机器人打磨轨迹估算方法 - Google Patents

基于力控制的机器人打磨轨迹估算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于力控制的机器人打磨轨迹估算方法，包括S1、获取初始打磨点，得到打磨初始点位置；S2、对打磨初始点位置通过阻抗位置修正得到参考位置点；S3、判断是否接到停止信号，若否，获取参考位置点的近似切向向量，并控制机器人手臂沿切向方向进给一个单位位移量得到下一个打磨初始点，返回步骤S2；若是，停止下一个打磨初始点的获取，依据参考位置点获取的顺序将所有参考位置点连接形成打磨轨迹。本发明的优点在于：适用于复杂的工件自动生成粗磨轨迹，对复杂未知轮廓的估计较为准确，通过保持加工过程力恒定来修正打磨初始点，从而得到更为准确的轨迹点。

Description

基于力控制的机器人打磨轨迹估算方法
技术领域
本发明涉及机器人加工技术领域，特别涉及一种基于力控制的机器人打磨轨迹估算方法。
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。
采用机器人打磨加工时，对于待加工工件模型，可以采用示教轨迹规划和离线轨迹规划两种方法，示教轨迹规划时，为加工精度，需要试教大量的加工点；离线轨迹规划，需要工件的三维模型和对工件进行精确定位，采用离线轨迹规划算法，精度较高，但是过程复杂，代价较高。上述两种方法针对
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于力控制的机器人打磨轨迹估算方法，可以快速得到复杂工件的粗测打磨轨迹，满足机器人的对工件粗磨的需求。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：基于力控制的机器人打磨轨迹估算方法，
S1、获取初始打磨点，得到打磨初始点位置；
S2、对初始点位置通过阻抗位置修正得到参考位置点；
S3、判断是否接到停止信号，若否，获取参考位置点的近似切向向量，并控制机器人手臂沿切向方向进给一个单位位移量得到下一个打磨初始点，返回步骤S2；若是，停止下一个打磨初始点的获取，依据参考位置点获取的顺序将所有参考位置点连接形成打磨轨迹。
步骤S3中参考位置点的近似切相向量获取方法包括：上一个参考位置点与参考位置点的连线得到的方向线段即为参考位置点的近似切向向量。
阻抗位置修正采用力控制修正方法，具体包括通过：在机器人手臂末端设置力传感器获取打磨工具与工件的力，通过阻抗控制算法在初始点位置的法向方向上调节机器人末端位置，以满足预先建立的末端位置与接触力的动态关系。
步骤S1中，打磨初始点的位置获取采用示教器获得，通过示教器控制机器人的末端移动至打磨起始点，从而获取起始点位置。
本发明的优点在于：适用于复杂的工件自动生成轨迹，对复杂未知轮廓的估计较为准确，通过保持加工过程力恒定来修正打磨初始点，从而得到修正后的参考位置点即为打磨点，所有参考位置点的按时间顺序的集合即为形成的打磨轨迹。
附图说明
下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明轨迹估算方法的结构框图；
图2为本发明估算方法中求取参考位置点原理图；
图3围本发明估算方法与通过示教器得到的轨迹对比图。
具体实施方式
下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
如图1，力传感器用于采集机器人打磨手臂加持的打磨工具与工件之间的压力，机器人的运动由机器人控制器控制，机器人控制器与上位机控制器通信，控制***采用集中控制的方式，上位机控制器连接力传感器，接收实时力信息；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，并接收位姿信息修改当前的运动轨迹，控制机器人进行打磨加工。上位机控制器根据获取的机器人控制器得到的机器人末端数据以及机器人末端与工件的位置数据，并通过力控制来修正在法向方向的位置修正，得到修正后的位置点。
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。对于表面形状复杂多变的工件，进行机器人打磨加工时，需要大量的试教点，造成很大的工作量，故本发明提出在线估算打磨轨迹的方法，获取初始打磨点。
在起始时，通过示教的方式控制机器人的末端先确定其实的打磨初始点，从打磨初始点开始沿工件进行打磨轨迹获取。打磨初始点的位置即为机器人手臂末端位置，通过机器人控制器获取位置数据送入到上位机控制器中，上位机控制器采用力控制策略进行打磨加工时，通过力控制对打磨初始点进行修正，打磨初始点修正后的位置点比较精确，可作为参考位置点，参考点位置点即为打磨点，实时获取参考位置点，构成参考轨迹；
参考位置轨迹的切向方向，即是打磨轨迹的切向方向，打磨运动就是机器人末端打磨工具沿着打磨轨迹的切向向量进给运动。通过参考位置轨迹的切向向量，根据切向单位进给量，就可以计算出下一个打磨初始点，再通过阻抗控制算放估算出打磨参考位置点，进而估算整个打磨轨迹。参考位置轨迹的切线向量求取采用微小线段近似的方式，以近似切向方向代替：参考位置点是初始位置点在法向方向上修正得到的，连接各个参考位置点，生成无数个极小线段，将极小线段方向近似作为参考位置轨迹的切向方向，得到近似切向向量。
上述力控制策略采用阻抗控制算法，在法向方向上修正末端位置，得到参考位置点。是该过程中的法向力，额定法向力为5N，阻抗控制算法即建立机器人末端位置和接触力之间的动态关系式，分别对应机器人末端的位置、速度、加速度，设定相应的阻抗系数，通过调节系数大小控制反馈的接触力。
式中Md、Bd、Kd——期望惯性矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵；
——末端期望加速度、实际加速度(m/s2)；
——末端期望速度、实际速度(m/s)；
Xd、X——末端期望轨迹、实际轨迹(m)；
F——末端与环境接触时的作用力(N)。
轨迹估算的力控制是基于上述初始轨迹点的力控制进行的，由当前参考位置点和前一参考位置点计算得到当前参考位置点切向向量，再给机器人在切向方向上一个位移量，计算得到坐标值，即下一个要打磨的初始点，控制机器人运动到该点，进行控制策略修正在法向方向上修正得到参考位置点，记录参考点位置，为下次循环使用，完成整个打磨过程的全部轨迹，如图2所示即为循环求取下一个参考位置点的流程图，由本参考位置点通过该参考位置点的切向方向控制机器人末端进给一个单位进给量，得到下一个打磨初始点位置，然后在该切相向量的法相方向上修正该位置点，得到参考位置点的位置参数，然后循环求取下一个参考点，所有参考点按求取顺序得到轨迹。打磨加工过程，实时修正当前点位置，得到参考位置点，控制打磨力精度；实时估算下一打磨初始点，修正打磨初始点得到参考位置点生成打磨轨迹，实时过程中，看可以实现边估算轨迹边打磨加工或者通过控制机器人末端的一端先将轨迹求取完成后在再进行打磨，或者为了更高的精度，对该轨迹进行进一步修正得到更为精准的打磨轨迹。本申请中，打磨轨迹的开始由示教器获取初始位置点，并由认为控制给出触发控制信号，停止打磨轨迹的获取，停止上位机控制器控制机器人末端的移动。
本申请针对复杂未知工件自动获取打磨轨迹，通过控制机器人末端的移动获取末端位置以及末端与工件的力，通过力控制修正机器人末端位置，从而得到较为准确的打磨位置点，顺序的获取所有打磨的参考位置点，即可以得到打磨轨迹。通过这种方式可以快速的得到一条复杂位置工件的轨迹，可以作为工件的粗磨轨迹或者为进一步打磨加工获取数据，记录工件位置点，拟合工件模型，提高打磨加工的精度。
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，均在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.基于力控制的机器人打磨轨迹估算方法，其特征在于：
S1、获取初始打磨点，得到打磨初始点位置；
S2、对打磨初始点位置通过阻抗位置修正得到参考位置点；
S3、判断是否接到停止信号，若否，获取参考位置点的近似切向向量，并控制机器人手臂沿切向方向进给一个单位位移量得到下一个打磨初始点，返回步骤S2；若是，停止下一个打磨初始点的获取，依据参考位置点获取的顺序将所有参考位置点连接形成打磨轨迹。
2.如权利要求1所述的基于力控制的机器人打磨轨迹估算方法，其特征在于：步骤S3中参考位置点的近似切相向量获取方法包括：上一个参考位置点与参考位置点的连线得到的方向线段即为参考位置点的近似切向向量。
3.如权利要求1所述的基于力控制的机器人打磨轨迹估算方法，其特征在于：阻抗位置修正采用力控制修正方法，具体包括通过：在机器人手臂末端设置力传感器获取打磨工具与工件的力，通过阻抗控制算法在初始点位置的法向方向上调节机器人末端位置，以满足预先建立的末端位置与接触力的动态关系。
4.如权利要求1所述的基于力控制的机器人打磨轨迹估算方法，其特征在于：步骤S1中，打磨初始点的位置获取采用示教器获得，通过示教器控制机器人的末端移动至打磨起始点，从而获取起始点位置。
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