CN109202721B - 研磨工艺的控制方法、研磨装置和机器人研磨*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种研磨工艺的控制方法、研磨装置和机器人研磨***，该控制方法具体为：研磨初始阶段，执行速度控制以控制磨具与被加工件相对靠近的速度；检测磨具与被加工件之间的压力，判断磨具与被加工件之间的接触压力与预设接触压力的大小，当所检测的接触压力大于或者等于预设接触压力时，则停止执行速度控制，并执行扭矩控制以控制驱动部件的输出扭矩使磨具与被加工件之间的压力由当前状态的接触压力逐渐增长至预定磨削压力范围，并维持接触压力处于预定磨削压力范围对被加工件进行研磨；控制方法可以起到很好的力缓冲作用，起到很好保护磨具，提高磨具使用寿命，以及增加被加工件表面加工精度的作用。

Description

研磨工艺的控制方法、研磨装置和机器人研磨***

技术领域

本发明涉及打磨技术领域，特别涉及一种研磨工艺的控制方法、研磨装置和机器人***。

背景技术

机器人研磨***是一种利用机器人实现产品研磨的自动化生产***。该***可以快速且有效地去除被加工零件表面的多余材料，故机器人研磨***现已广泛应用于各工业领域。

被加工零件表面的研磨质量是本领域内技术人员一直关注的焦点。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种研磨工艺的控制方法，

研磨初始阶段，执行速度控制策略以控制磨具与被加工件相对靠近的速度；

实时检测所述磨具与所述被加工件之间的压力，判断所述磨具与所述被加工件之间的接触压力与预设接触压力的大小，当所检测的接触压力大于或者等于所述预设接触压力时，则停止执行所述速度控制策略，并执行扭矩控制策略以控制驱动部件的输出扭矩使所述磨具与所述被加工件之间的压力由当前状态的接触压力逐渐增长至预定磨削压力范围，并维持所述接触压力处于所述预定磨削压力范围对所述被加工件进行研磨。

本发明的控制方法中设定了两个控制参数：预设接触压力F0和预定磨削压力F1，在磨具与被加工件磨削接触过程中，磨具与被加工件之间的压力先达到比较小的预设接触压力，然后再继续增加驱动部件的输出扭矩由预设接触压力F0增长值预定磨削压力范围，也就是说，磨具与被加工件之间压力的增长控制分为两个阶段：第一个阶段为由初始接触压力F’增长至预设接触压力F0，第二个阶段为由预设接触压力F0增长至预定磨削压力范围。此处，当在直至磨具与被加工件接触为止的期间都通过扭矩控制使磨具与被加工件相对靠近的情况下，磨具与被加工件接触时的冲击大。另一方面，当在直至磨具与被加工件接触为止的期间都通过速度控制使磨具与被加工件相对靠近的情况下，由于对速度进行控制，因此能够减小磨具与被加工件接触时的冲击。如上，本发明所提供的控制方法可以起到很好的力缓冲作用，起到很好保护磨具，提高磨具使用寿命，以及增加被加工件表面加工精度的作用。

可选的，在执行所述扭矩控制策略对所述被加工件进行研磨的同时，还进行以下步骤：实时检测当前研磨位置，并判断当前研磨位置是否到达研磨下限位置范围，如果当前研磨位置到达所述研磨下限位置范围，则停止执行所述扭矩控制策略，执行位置控制策略以使在机械臂移动过程中，保持所述磨具或所述被加工件处于所述研磨下限位置范围。

由此，通过实时控制磨削位置，避免对被加工件过量磨削。

可选的，在执行所述位置控制策略过程中还执行以下步骤：判断所述磨具与所述被加工件之间的接触压力是否大于所述预定磨削压力范围的上限值，如果大于，则停止执行所述位置控制策略，执行所述扭矩控制策略以控制所述驱动部件的输出扭矩使所述磨具与所述被加工件之间的接触压力调节至所述预定磨削压力范围。

可选的，所述驱动部件与包括磨具在内的磨具组件之间设置有压力传感器，其用于检测所述磨具与所述被加工件之间的压力；上述控制方法还对所检测的压力进行修正，具体修正方法为：考虑所述磨具组件的自身重力因素对所检测的压力进行修正，进而确定所述驱动部件需要输出的实际扭矩。

由此，可以提高驱动部件输出扭矩的精确性，以增加控制的准确性，可以进一步提高研磨表面的精度。

可选的，所述修正方法具体包括：

实时获取夹持所述磨具的机械臂的姿态信息及所述压力传感器的压力信号；

根据所述机械臂的姿态信息判断所述磨具组件的姿态位置，通过所述磨具组件的姿态位置计算所述磨具组件自身重力施加于所述被加工件上或所述压力传感器的压力，进而确定所述驱动部件需要输出的实际扭矩。

由此，机械臂的姿态信息可以直接从机器人的控制器内部获取，提高计算效率。

可选的，

预先使用所述压力传感器检测所述磨具组件的重力W，并将重力W存储于控制器；

研磨过程中，根据所述机械臂上设置的各角度传感器确定当前状态所述被加工件的研磨位置法向与竖直方向的夹角θ；根据公式F_实＝F_施±W*cosθ确定所述驱动部件需要输出的实际扭矩。

可选的，

所述研磨下限位置范围通过以下方式确定：研磨工作开始前，机械臂带动所述磨具朝所述被加工件的标准位置运动，并在运动过程中实时检测所述磨具与所述被加工件之间的接触压力，以所述接触压力达到预定压力为条件，将当前状态所述被加工件与所述磨具的接触位置定义为研磨下限位置，进而根据研磨下限位置确定所述研磨下限位置范围；

其中所述标准位置为所述被加工件的待研磨表面被研磨加工后所要形成表面的位置。

由此，通过机械臂带动磨具与标准位置接触一次即可确定研磨下限位置，并且可以精确、快速确定研磨下限位置，有利于后续研磨工艺对被加工件一次研磨成型，进一步提高研磨效率。

可选的，在确定所述研磨下限位置的同时，所述驱动部件的编码器向控制器反馈该位置信息以将该研磨下限位置记录于所述控制器的内部。

可选的，

所述扭矩控制策略包括预存于控制器内部的压力增长曲线，当所检测的接触压力大于或者等于所述预设接触压力时，根据所述压力增长曲线将所述接触压力增长至所述预定磨削压力范围；其中，所述压力增长曲线为压力值随时间变化的曲线；

或者，所述扭矩控制策略包括预设时间段，当所检测的接触压力大于或者等于所述预设接触压力时，所述接触压力在所述预设时间段内逐渐增长至所述预定磨削压力范围。

由此，可以简化控制逻辑，在控制压力增长加速度的同时提高加工效率。

另外，本发明还提供了一种研磨工艺的控制方法，具体步骤如下：

研磨加工开始前，执行速度控制策略以控制磨具与被加工件相对靠近的速度；

实时检测所述磨具与所述被加工件之间的压力以及当前研磨位置，当判断所述磨具与所述被加工件之间的接触压力小于预设接触压力，并且所述当前研磨位置处于所述研磨下限位置范围时，停止所述速度控制策略，并执行位置控制策略以使在机械臂移动过程中，保持所述磨具或所述被加工件处于所述研磨下限位置范围。

由此，在进行速度控制策略的同时检测是否到达研磨下限位置范围，如果到达则切换至位置控制策略，避免对被加工件表面过切削。

可选的，在执行所述位置控制策略过程中还执行以下步骤：判断所述磨具与所述被加工件之间的接触压力是否大于所述预定磨削压力范围的上限值，如果大于，则停止执行所述位置控制策略，并执行扭矩控制策略以控制所述驱动部件的输出扭矩使所述磨具与所述被加工件之间的接触压力调节至所述预定磨削压力范围。

在以上控制方法的基础上，本发明提供了一种研磨装置，其特征在于，包括以下部件：

磨具，用于研磨被加工件的表面；

控制器，存储有速度控制策略、扭矩控制策略和位置控制策略；所述控制器采用任一项所述研磨工艺的控制方法控制所述磨具对被加工件的表面进行研磨。

此外，本发明还提供了一种机器人研磨***，其特征在于，包括以下部件：

机器人，具有依次连接的多节机械臂；

研磨装置，设置于最末一节机械臂的自由端部；

控制器，存储有速度控制策略、扭矩控制策略和位置控制策略；所述控制器采用上述任一项所述研磨工艺的控制方法控制所述研磨装置对被加工件的表面进行研磨。

可选的，所述研磨装置包括磨具组件、伺服马达和伺服控制***，所述磨具组件与所述伺服马达之间设置有压力传感器，所述控制器根据所述压力传感器所检测的压力，发送指令于所述伺服控制***以控制所述伺服马达动作。

研磨装置和机器人研磨***具有设置有上述控制方法的控制器，故研磨装置和机器人研磨***也具有控制方法的上述技术效果

附图说明

图1为本发明一种具体实施例中研磨装置的结构示意图；

图2为本发明一种具体实施例中研磨工艺的控制方法的流程图；

图3为本发明一种具体实施例中被加工件研磨时，被加工件不同位置处磨具与被加工件之间接触压力的示意图；

图4为本发明中一种实施例中确定研磨下限位置范围的控制流程图；

图5为本发明一种实施例中修正研磨工艺中磨具与被加工件间压力的流程图；

图6为本发明某具体时刻磨具组件与被加工件的位置关系示意图；

图7为本发明一种具体实施例中控制***框图。

其中，图1中部件名称与附图标记之间的一一对应关系如下所示：

机械臂100、自由端部100a、工作台200；

伺服马达11、丝杠12、螺母13、压力传感器14；

安装架20、动力部件21、磨具22、主动带轮23、从动带轮24、传动带25；

被加工件30。

具体实施方式

机器人研磨***利用安装于机器人自由端部的磨具对待研磨产品的表面进行加工研磨。在产品研磨过程中，影响研磨产品成型表面品质的因素很多，例如磨具类型、工件材质、研磨力等，其中研磨力是影响最终研磨成型表面质量的重要因素之一。

作为一个例子，研磨力主要通过以下方式进行确定：操作人员根据待研磨表面的研磨精度要求选择合适的研磨力数值，结合操作经验调节磨具于待研磨表面的合适距离位置，以使磨具在研磨工作时，施加于待研磨表面的压力大致满足工作要求。

实践证明上述的一个例子中机器人研磨***虽然能够快速完成产品表面研磨，但是研磨表面精度却不统一，有时相差较大，即部分研磨表面的精度满足要求，部分研磨表面的精度却不满足要求。有时需要对研磨后的表面再进行局部研磨，费工费时。

在上述研究发现的基础上，本发明进行了进一步的研究探索，提出了一种解决上述研磨表面精度差异较大的技术问题。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合研磨装置、控制方法、机器人研磨***、附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1和图7，图1为本发明一种具体实施例中研磨装置的结构示意图；图7为本发明一种具体实施例中控制***框图。

机器人研磨***包括机器人和研磨装置，机器人具有多节机械臂100，各节机械臂100依次连接，研磨装置可以安装于最末一节机械臂100的端部100a，被加工件30例如通过夹具固定于工作台200上，机器人的端部100a沿预定路线移动完成被加工件30表面的研磨。当然，被加工件30也可以设置于机器人的端部100a，研磨装置固定于工作台200，机器人带动被加工件30沿预定路线运动，进而完成被加工件30表面的研磨。

研磨装置通常包括磨具组件，磨具组件包括安装架20、动力部件21、磨具22、主动带轮23、从动带轮24和传动带25。磨具22主要作用为与被加工件30待打磨表面接触并完成对其表面的打磨，根据被加工件30的不同选取合适的磨具22，对于磨具22的材料本文不做详述，可参考现有技术。动力部件21主要为磨具22提供研磨所需转动力，即驱动磨具22转动。动力部件21可以为电机，本文以动力部件21为电机为例介绍技术方案，当然，本领域内技术人员应当理解本文中磨具的动力部件不局限于电机，还可以为其他部件，只要能够提供磨具的转动动力即可。

一般地，磨具22、动力部件21、主动带轮23、从动带轮24和传动带25均安装于安装架20上，其中主动带轮23、从动带轮24和传动带25形成传动部件，动力部件21通过主动带轮23、从动带轮24和传动带25驱动磨具22转动，即动力部件21的动力经主动带轮23、从动带轮24和传动带25传递至磨具22。其中，安装架20、主动带轮23、从动带轮24和传动带25为组成磨具组件的非必要部件。

研磨装置还进一步包括驱动部件，驱动部件主要用于驱动磨具22和被加工件30的其中一者相对另一者运动，以调整磨具22与被加工件30之间的距离。也就是说，驱动部件可以驱动磨具22靠近或者远离被加工件30，也可以驱动被加工件30靠近或者远离磨具22，即改变磨具22与被加工件30被研磨表面之间的距离，相应可以改变磨具22与被研磨表面之间的研磨力。

需要说明的是，驱动部件可以直接驱动磨具22或被加工件30，也可以间接驱动磨具22或者被加工件30，即设置中间部件，驱动部件驱动中间部件实现对磨具22或者被加工件30的驱动。驱动部件可以为伸缩轴，也可以为伺服马达11，本文优选为伺服马达11，伺服马达11由伺服驱动***控制，控制器通过控制伺服驱动***控制伺服马达11动作。

本发明提供了一种研磨工艺的控制方法，具体步骤如下：

研磨初始阶段，执行速度控制策略以控制磨具22与被加工相对靠近的速度；并且，在执行速度控制策略的同时，还实时检测磨具22与被加工件30之间的压力，判断磨具22与被加工件30之间的接触压力F’与预设接触压力F0的大小，当接触压力F’大于或者等于预设接触压力F0时，则停止执行速度控制策略，并执行扭矩控制策略以控制驱动部件的输出扭矩使磨具与被加工件之间的压力由当前状态的接触压力F’逐渐增长至预定磨削压力范围，并维持接触压力处于预定磨削压力范围对被加工件30进行研磨。

也就是说，请参考图2，控制方法可以按以下流程进行：

S0、开始；

S1、执行速度控制策略以控制磨具22与被加工相对靠近的速度；

S2、判断F’与F0的大小，如果F’大于或者等于F0，则执行S3；否则执行S1；

S3、执行扭矩控制策略以控制驱动部件的输出扭矩使磨具与被加工件之间的压力由当前状态的接触压力F’逐渐增长至预定磨削压力范围，并维持接触压力处于预定磨削压力范围对被加工件30进行研磨。

如上所述，连接于机器人最末一节机械臂100端部100a的可以为磨具22，也可以为被加工件30，也就是说，机器人可以夹持磨具22靠近被加工件30，也可以是机器人夹持被加工件30靠近磨具22。为了描述技术方案的简洁，本文以磨具22安装于机器人的最末一节机械臂100的端部100a为例继续介绍技术方案和技术效果。

当然，本文所提供的控制方法也适用于被加工件30安装于机器人端部100a的研磨***。

调节磨具22与被加工件30之间距离的驱动部件可以包括伺服马达11和螺母丝杠组件，螺母丝杠组件包括丝杠12和螺母13，磨具组件安装于丝杠12，伺服马达11驱动螺母13转动，进而带动丝杠12前后运动，实现磨具22组件靠近或者远离被加工件30。当然，驱动部件不限于本文以上所描述的伺服马达11和螺母丝杠组件，只要能实现磨具22相对被加工件30的相对运动即可。

磨具22与被加工件30之间压力的检测可以通过压力传感器14实现。

理论上预定磨削压力范围可以为一个具体数值，但是综合考虑被加工件的加工精度、加工效率以及其他因素，预定磨削压力范围通常可以为某一数值范围。预定磨削压力范围可以通过输入控制器的预定磨削压力F1进行确定范围。预设接触压力的大小可以根据被加工件30的材料以及磨具22材料适当选取。预设接触压力F0和预定磨削压力范围均是在进行磨削加工前储存于控制器内部。为了操作方便，预设接触压力F0和预定磨削压力F1可以由触摸面板输入控制器。控制器的信号输入端口连接压力传感器14的信号输出端口，控制器可以接收来自压力传感器14的检测信号，通过检测信号判断此时磨具22与被加工件30之间的压力的具体数值。

从以上描述可以看出，预设接触压力F0小于预定磨削压力范围中的具体数值。本发明的控制方法中设定了两种控制策略：速度控制策略和扭矩控制策略，在磨具22与被加工件30磨削接触过程中，磨具22与被加工件30之间的压力未达到预设接触压力F0之前，执行速度控制策略，控制磨具22以预定的速度向被加工件30靠近，当检测到磨具22与被加工件30之间的压力大于或者等于预设接触压力F0时，则由速度控制策略切换至扭矩控制策略，使磨具22与被加工件30之间的压力缓慢增长至预定磨削压力范围。也就是说，磨具22相对被加工件30的运动分为两个阶段：第一个阶段为由速度控制策略控制磨具22的运动速度，直至运动到磨具22与被加工件30之间的接触压力F’增长至预设接触压力F0，第二个阶段为由扭矩控制策略控制磨具22相对被加工件30运动，直至磨具22与被加工件30之间的压力由预设接触压力F0增长至预定磨削压力范围，第一阶段中通过速度控制策略可以控制磨具22按照预定的速度向被加工件30运动，可以缓和磨具22与被加工件30的接触冲击，第二阶段中扭矩控制策略易于精确控制磨具22与被加工件30之间的压力增长速度，避免压力增长过快超出预定磨削压力范围。

本发明所提供的控制方法中通过速度控制策略可以起到很好的力缓冲作用，起到很好保护磨具22，提高磨具22使用寿命，以及增加被加工件30表面加工精度的作用。

其中，磨具22和被加工件30之间的压力由预设接触压力F0逐渐增长至预定磨削压力范围可以依据以下方式：根据预存于控制器内部的压力增长曲线将预设接触压力F0增长至预定磨削压力范围；也就是说，扭矩控制策略包括预存于控制器内部的压力增长曲线。其中，压力增长曲线为压力值随时间变化的曲线，这样预设接触压力增长至预定磨削压力范围的过程中会按照预定速度进行增长，缓和增长过快导致的过冲(Overshoot)，进而可以进一步提高研磨表面精度。

扭矩控制策略也可以包括预设时间段，当所检测的接触压力大于或者等于所述预设接触压力时，所述接触压力在所述预设时间段内逐渐增长至所述预定磨削压力范围。预设时间段越长，速度增长的加速度越小，缓和速度突增导致的过冲(Overshoot)。即控制速度增长加速度，有利于提高研磨表面质量。

上述保持磨具22与被加工件30之间的压力处于预定磨削压力范围对被加工件进行研磨加工，即a≤F_当≤b，a为预定磨削压力范围的最小值，b为预定磨削压力范围的最大值，F_当为当前状态磨具22与被加工件30之间的压力。需要说明的是，本文中a和b可以不相等；a和b也可以相等。

这样可以使被加工件30的研磨表面大致处于相等研磨力下进行研磨加工，进而研磨后的表面精度基本相同，大大提高了被加工件30研磨表面的整体品质，提高研磨产品的合格率，进一步提高了生产效率。

在执行扭矩控制策略对被加工件进行研磨的同时，还进行以下步骤：实时检测当前研磨位置，并判断当前研磨位置是否到达研磨下限位置范围，如果当前研磨位置到达研磨下限位置范围，则停止执行所述扭矩控制策略，执行位置控制策略以使在机械臂100移动过程中，保持磨具22或被加工件30处于研磨下限位置范围。

也就是说，在执行扭矩控制策略过程中，当检测到磨具22的位置到达研磨下限位置范围时，使磨具22保持于该位置随机械臂100沿预定路径继续运动。此时磨具22与被加工件30之间的接触压力小于预定磨削压力范围的最小值。即，当检测到磨具22的位置到达研磨下限位置范围时，由扭矩控制策略切换至位置控制策略对磨具22的位置进行控制。

在执行位置控制策略过程中还同时执行以下步骤：判断磨具22与被加工件30之间的接触压力是否大于预定磨削压力范围的上限值a，如果大于，则停止执行位置控制策略，执行扭矩控制策略以控制驱动部件的输出扭矩使磨具22与被加工件30之间的接触压力调节至预定磨削压力范围。

即，在执行位置控制策略时，如果检测的磨具22与被加工件30之间的接触压力大于a，则由位置控制策略切换至扭矩控制策略，驱动马达11驱动螺母13转动，调节丝杠11的上下位置，进而实现磨具22位置的调节，使磨具22与被加工件30之间的接触压力调节至预定磨削压力范围，对被加工件30表面维持恒定的研磨力进行研磨。

请参考图3，图3为本发明一种具体实施例中被加工件研磨时，被加工件不同位置处磨具与被加工件之间接触压力的示意图；图3中仅示出了开始研磨的部分时间段内的控制方法。图3中横坐标表示时间，纵坐标表示力。

本文以研磨凹凸不同的平面焊缝为例，具体描述了上述控制方法。

如图3中所示，被加工件30的表面凹凸不平，研磨过程具体为：

研磨初始的0至t1阶段：执行速度控制策略控制驱动马达11转动，丝杆12带动磨具22按照一定的速度朝被加工件30运动。

t1至t2阶段：当磨具22运动至A位置时，磨具22与被加工件30之间的接触压力达到F0，此时切换驱动部件的控制策略为扭矩控制策略，根据扭矩控制策略将磨具22与被加工件30之间的接触压力由F0逐渐增长至F1，并维持二者之间的接触压力处于预定研磨压力范围。

t2至t3阶段：当磨具22运动至B位置时，磨具22到达研磨下限位置范围(其中P1为研磨下限位置)，则切换为位置控制策略，使在机械臂移动过程中，保持磨具22处于研磨下限位置范围。

t3至t4阶段：当磨具22超过C位置时，磨具22与被加工件30之间的接触压力大于F1，则由位置控制策略切换至扭矩控制策略，伺服马达11驱动丝杆12向上运动调节磨具22与被加工件30之间接触压力处于F1。

后续时间阶段研磨控制可参考以上描述，在此不做赘述。

以上仅是以控制方法应用于研磨平面为例进行的详细介绍，当然本发明所提供的控制方法不限于平面研磨，还可以应用于曲面或者斜面等，研磨控制原理相同，本文不做详细介绍。

由于本发明所提供的研磨工艺的控制方法设置有速度控制策略、扭矩控制策略和位置控制策略三种控制策略，并在对被加工件30表面研磨时，根据不同条件选择相应的控制策略，大大避免了磨具在随机械臂沿预定轨迹横向移动过程中，研磨力过大损伤磨具以及降低研磨表面精度，提高了磨具的使用寿命和研磨表面的精度。

请参考4，图4为本发明中一种实施例中确定研磨下限位置范围的控制流程图。

上述实施方式中的研磨下限位置范围可以为一个具***置，也可以为一个位置范围。具体可以通过以下方法确定：研磨下限位置通过以下方式确定：研磨工作开始前，机械臂100带动磨具22朝被加工件30的标准位置运动，并在运动过程中实时检测磨具22与被加工件30之间的接触压力，以接触压力达到预定压力为条件，将当前状态被加工件与磨具22的接触位置定义为研磨下限位置。研磨工作开始前，按照以下步骤进行：

S01、机械臂带动磨具22朝被加工件30的标准位置运动，并在运动过程中实时检测磨具22与被加工件30之间的接触压力；

S02、判断当前状态磨具22与被加工件30之间的接触压力与预定压力的大小；当接触压力大于或者等于预定压力时，将执行步骤S03；否则，继续执行步骤S01；

S03、将当前状态下被加工件30与磨具22的接触位置定义为研磨下限位置，进而根据研磨下限位置确定研磨下限位置范围；

研磨下限位置是一个确定的位置，考虑到控制效率、加工效率等因素，可以根据研磨下限位置设定成一个范围即研磨下限位置范围。在确定研磨下限位置的同时，驱动部件的编码器向控制器反馈该位置信息以将该研磨下限位置记录于所述控制器的内部。

其中，标准位置为被加工件的待研磨表面被研磨加工后所要形成表面的位置。

本发明中在进行研磨工艺之前，通过机械臂带动磨具与标准位置接触一次即可确定研磨下限位置，并且可以精确、快速确定研磨下限位置，有利于后续研磨工艺对被加工件一次研磨成型，进一步提高研磨效率。

考虑到对被加工件30的研磨质量以及压力传感器的使用寿命，压力传感器也可以不直接安装于磨具22与被加工件30的接触表面。从图1中可以看出，研磨装置中用于检测磨具22与被加工件30之间压力的压力传感器一般设置于驱动部件与磨具22组件之间。当磨具22处于不同姿态时，压力传感器14实际检测的压力值可能与磨具22和被加工件30之间的实际接触压力并非相同。也就是说，压力传感器14的反馈数值并非为磨具22与被加工件30之间的实际压力值。为了补偿压力传感器14所检测压力数值的准确性，本发明的控制方法还上述控制方法在判断步骤之前还对所检测的压力进行修正：考虑磨具组件的自身重力因素对所检测的压力进行修正。其中，磨具组件姿态的判断可以由多种方式，可以在磨具组件上设置角度传感器以判断此时磨具组件的姿态。对于机器人***而言，机器人的机械臂100上通常设置有检测机械臂100动作位移的传感器，故本发明方法中压力信号的修正具体根据以下方法进行修正，请参考图5，具体步骤可以包括：

S001、实时获取夹持磨具22的机械臂的姿态信息及压力传感器的压力信号；S002、根据机械臂的姿态信息判断磨具组件的姿态位置，通过磨具组件的姿态位置计算磨具组件自身重力施加于被加工件上或压力传感器的压力，进而确定驱动部件需要输出的实际扭矩。

具体地，各节机械臂100上均安装有角度传感器，控制器可以根据角度传感器所检测的信号判断当前状态磨具组件的姿态。或者，机械臂100姿态信息的获取可以直接从控制机器人动作的控制器内部读取，提高计算效率。

如上述所述，磨具组件与驱动部件之间安装有压力传感器，在研磨开始之前，可以使磨具组件处于竖直状态，通过压力传感器检测磨具组件的重力W，并将重力W存储于控制器内部。

在研磨过程中，根据机械臂上设置的各角度传感器确定当前状态所述被加工件的研磨位置法向与竖直方向的夹角θ；根据公式F_实＝F_施±W*cosθ确定所述驱动部件需要输出的实际扭矩。请参考图6，图6给出了一种具体实施方式中磨具组件的姿态位置，此时磨具22与被加工件30之间的实际压力F_实＝F_施+W*cosθ。

其中，F_实为驱动部件实际输出扭矩；F_施为压力传感器检测的压力；θ为磨具与被加工件接触位置的法向与竖直方向的夹角。

本发明所提供的修正磨具与被加工件间压力的方法充分考虑了磨具组件处于不同位置其自身重力对压力传感器检测压力信号的影响，获得磨具22与被加工件30之间的实际压力，计算驱动部件需要输出的实际扭矩。这样有利于实现磨具22对被加工件30的表面进行等研磨力进行研磨，提高被加工件研磨表面精度的一致性，提高研磨效率。

此外，本发明还提供了一种研磨工艺的控制方法，具体步骤如下：

研磨加工开始前，执行速度控制策略以控制磨具与被加工件相对靠近的速度；

实时检测磨具22与被加工件30之间的压力以及当前研磨位置，当判断磨具22与被加工件30之间的接触压力小于预设接触压力，并且当前研磨位置处于研磨下限位置范围时，停止速度控制策略，并执行位置控制策略以使在机械臂移动过程中，保持磨具22或被加工件30处于研磨下限位置范围。

进一步地，在执行位置控制策略过程中还执行以下步骤：判断磨具22与被加工件30之间的接触压力是否大于预定磨削压力范围的上限值，如果大于，则停止执行位置控制策略，并执行扭矩控制策略以控制驱动部件的输出扭矩使磨具与被加工件之间的接触压力调节至预定磨削压力范围。

该控制方法考虑了开始研磨位置低于研磨下限位置的情形，有利于避免过量研磨现象的发生。

除上述控制方法外，本发明还提供了一种研磨装置和机器人研磨***，研磨装置和机器人研磨***具有设置有上述控制方法的控制器，即控制器内部存储有速度控制策略、扭矩控制策略和位置控制策略；控制器可以采用上述任一项所述研磨工艺的控制方法控制磨具对被加工件的表面进行研磨。

故研磨装置和机器人研磨***也具有控制方法的上述技术效果。

以上对本发明所提供的一种研磨工艺的控制方法、研磨装置和机器人研磨***进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (12)

1.一种研磨工艺的控制方法，其特征在于，具体步骤如下：

研磨初始阶段，执行速度控制以控制磨具与被加工件相对靠近的速度；

检测所述磨具与所述被加工件之间的压力，判断所述磨具与所述被加工件之间的压力与预设接触压力的大小，当所检测的压力大于或者等于所述预设接触压力时，则停止执行所述速度控制，并执行扭矩控制以控制驱动部件的输出扭矩使所述磨具与所述被加工件之间的压力由当前状态的接触压力变为预定磨削压力范围内，并维持所述压力处于所述预定磨削压力范围对所述被加工件进行研磨；

所述扭矩控制包括预存于控制器内部的压力增长曲线，当所检测的压力大于或者等于所述预设接触压力时，根据所述压力增长曲线将所述压力增长至所述预定磨削压力范围；其中，所述压力增长曲线为压力值随时间变化的曲线；

或者，所述扭矩控制包括预设时间段，当所检测的压力大于或者等于所述预设接触压力时，所述压力在所述预设时间段内逐渐增长至所述预定磨削压力范围。

2.如权利要求1所述的研磨工艺的控制方法，其特征在于，在执行所述扭矩控制对所述被加工件进行研磨的同时，还进行以下步骤：检测当前研磨位置，并判断当前研磨位置是否到达研磨下限位置范围，如果当前研磨位置到达所述研磨下限位置范围，则停止执行所述扭矩控制，执行位置控制策略以使在机械臂移动过程中保持所述磨具或所述被加工件处于所述研磨下限位置范围。

3.如权利要求2所述的研磨工艺的控制方法，其特征在于，在执行所述位置控制策略过程中还执行以下步骤：判断所述磨具与所述被加工件之间的压力是否大于所述预定磨削压力范围的上限值，如果大于，则停止执行所述位置控制，执行所述扭矩控制以控制所述驱动部件的输出扭矩使所述磨具与所述被加工件之间的压力调节至所述预定磨削压力范围。

4.如权利要求1所述的研磨工艺的控制方法，其特征在于，所述驱动部件与包括磨具在内的磨具组件之间设置有压力传感器，其用于检测所述磨具与所述被加工件之间的压力；上述控制方法还对所检测的压力进行修正，具体修正方法为：考虑所述磨具组件的自身重力因素对所检测的压力进行修正，进而确定所述驱动部件需要输出的实际扭矩。

5.如权利要求4所述的研磨工艺的控制方法，其特征在于，所述修正方法具体包括：

获取夹持所述磨具的机械臂的姿态信息及所述压力传感器的压力信号；

根据所述机械臂的姿态信息判断所述磨具组件的姿态位置，通过所述磨具组件的姿态位置计算所述磨具组件自身重力施加于所述被加工件上或所述压力传感器的压力，进而确定所述驱动部件需要输出的实际扭矩。

6.如权利要求5所述的研磨工艺的控制方法，其特征在于，预先使用所述压力传感器检测所述磨具组件的重力W，并将重力W存储于控制器；

研磨过程中，根据所述机械臂上设置的角度传感器确定当前状态所述被加工件的研磨位置法向与竖直方向的夹角θ；根据公式F_实＝F_施±W*cosθ确定所述驱动部件需要输出的实际扭矩。

7.如权利要求2至3任一项所述的研磨工艺的控制方法，其特征在于，所述研磨下限位置范围通过以下方式确定：研磨工作开始前，机械臂带动所述磨具朝所述被加工件的标准位置运动，并在运动过程中检测所述磨具与所述被加工件之间的压力，以所述压力达到预定压力为条件，将当前状态所述被加工件与所述磨具的接触位置定义为研磨下限位置，进而根据研磨下限位置确定所述研磨下限位置范围；

其中所述标准位置为所述被加工件的待研磨表面被研磨加工后所要形成表面的位置。

8.如权利要求7所述的研磨工艺的控制方法，其特征在于，在确定所述研磨下限位置的同时，所述驱动部件的编码器向控制器反馈该位置信息以将该研磨下限位置记录于所述控制器的内部。

9.一种研磨装置，其特征在于，包括以下部件：

磨具，用于研磨被加工件的表面；

控制器，能够执行速度控制、扭矩控制和位置控制；所述控制器采用权利要求1至8任一项所述研磨工艺的控制方法控制所述磨具对被加工件的表面进行研磨。

10.如权利要求9所述的研磨装置，其特征在于，所述研磨装置包括磨具组件、伺服马达和伺服控制***，所述磨具组件与所述伺服马达之间设置有压力传感器，所述控制器根据所述压力传感器所检测的压力，发送指令于所述伺服控制***以控制所述伺服马达动作。

11.一种机器人研磨***，其特征在于，包括以下部件：

机器人，具有依次连接的多节机械臂；

研磨装置，设置于最末一节机械臂的自由端部；

控制器，能够执行速度控制、扭矩控制和位置控制；所述控制器采用权利要求1至8任一项所述研磨工艺的控制方法控制所述研磨装置对被加工件的表面进行研磨。

12.如权利要求11所述的机器人研磨***，其特征在于，所述研磨装置包括磨具组件、伺服马达和伺服控制***，所述磨具组件与所述伺服马达之间设置有压力传感器，所述控制器根据所述压力传感器所检测的压力，发送指令于所述伺服控制***以控制所述伺服马达动作。

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