[发明专利]一种机器人自动制孔装备的压脚控制方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于飞机数字化装配技术领域，具体涉及一种机器人自动制孔装备的压脚控制方法及系统。

背景技术

机器人自动制孔系统因其高效、灵活、低成本等特点在国外航空制造业中得到了广泛的研究和应用。末端执行器作为机器人制孔加工的核心设备，是实现制孔加工柔性化、在高精度孔加工中降低成本的关键。压脚是末端执行器的重要组成部分，压脚的合理运用，可消除叠层材料贴合面间隙，抑制贴合面毛刺生成，同时可增加制孔系统的动态刚度，使系统在制孔加工时更加稳定。对压脚的控制要求采用结构简单紧凑，可保持恒定压力输出但不需要过高定位精度的控制方法。随着气动伺服技术的发展及高性能反馈元件的研发和应用，气动力控制取得了突破性发展，其以紧凑的结构给予较大力控制带宽和精度，令电机和电液控制难以与之媲美。

申请公布号为CN103100734A的专利文献公开了一种制孔末端执行器，包括对接支撑组件、转动设置在对接支撑组件一端的刀具公转组件、转动设置在刀具公转组件内的刀具自转组件、设置在对接支撑组件另一端用于控制刀具轴向进给的轴向进给组件和设置在刀具公转组件上用于对刀具进行偏心调节的刀具调偏组件。该专利文献通过刀具调偏组件的设置，使制孔末端执行器夹持一把刀具可加工多种孔径，避免了换刀环节，提高制孔效率。但是该专利文献没有设置压脚，制孔时稳定性较差。

申请公布号为CN 102794491A的专利文献公开了一种自动化螺旋铣孔装置及其方法。装置包括底座、主轴滑座、外偏心套筒、内偏心套筒、力矩电机、圆光栅、电主轴、压脚、工业相机、直线光栅、4个激光距离传感器、伺服电机、滚珠丝杠副、同步带等；其中，内、外偏心套筒的内、外轮廓的轴线采用偏置设计，内偏心套筒安装在外偏心套筒内部，外偏心套筒的内轮廓轴线与内偏心套筒的外轮廓轴线重合。该专利文献设置了压脚，增加制孔系统的动态刚度，使系统在制孔加工时更加稳定。但是该专利文献没有公开压脚的控制方法，为了避免压脚对工件产生过大的冲击，需要对压脚进行优化控制。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种机器人自动制孔装备的压脚控制方法及系统。能使压脚快速定位到工件表面且避免对工件产生过大的冲击。

1、一种机器人自动制孔装备的压脚控制方法，包括以下步骤：

1)测得压脚的位置、压脚与工件的距离，设定指令位置，得到压脚当前位置相对指令位置的偏差，所述指令位置与工作位置具有间隙：

2)根据所述偏差利用滑模变结构控制方法控制压脚运动到指令位置；

3)压脚运动到指令位置后，控制压脚运动，令压脚接触并压紧工件，即压脚到达工作位置；

4)对工件进行制孔，制孔完成后，控制压脚退回。

本发明的控制方法将将压脚伸出并压紧工件的过程分为两个阶段，一是实现气缸推动压脚快速到达工件表面，但不发生碰撞；二是通过气缸的快速加压实现压脚对工件产生一定的压紧力。本发明可实现压脚快速定位，缩短制孔加工工序节拍；可实现压脚与工件的软接触，避免因过大冲击引起工件表面不平整而对加工质量和外观产生的影响；相比于无缓冲控制方法有效减小了冲击力对工件的影响。

作为优选，所述步骤4)中，当压脚与工件的压紧力达到设定值后开始制孔，所述设定值可以调节，范围为：200～3000N，所述N为力学压力单位“牛”。

可实现气压与压脚对工件压紧力的自动比例调节，可根据制孔工艺要求和现场加工工况选择适当的压紧力，保证制孔质量。

压脚的位置为X，压脚与工件的距离为D，指令位置为X_d，压脚当前位置相对指令位置的偏差为e(t)，e(t)＝X_d+λD-X，其中λ为反馈增益系数，λ大于1。

理论上讲λ取值越大越好，根据实际情况为了使偏差较为合适，作为优选，λ的取值范围为：10～20。

作为优选，所述步骤2)中，根据偏差利用滑模变结构控制方法得到第一电压，该第一电压用于控制电气比例减压阀，从而控制气缸工作带动压脚运动到指令位置。

作为优选，所述步骤2)中，滑模变结构控制方法根据压脚阀控缸气动伺服系统非线性数学模型设计，并对摩擦力及外界不确定干扰和摄动进行补偿。

作为优选，所述步骤3)中，压脚运动到指令位置后，切换至第二电压，该第二电压控制电气比例减压阀，从而控制气缸工作带动压脚运动到工作位置，并对工件保持设定的压紧力。

本发明还公开了一种机器人自动制孔装备的压脚控制系统。

一种机器人自动制孔装备的压脚控制系统，包括：