[发明专利]一种力控机器人磨抛加工的力位混合控制方法

说明书

本发明提供了一种力控机器人磨抛加工的力位混合控制方法。该方法基于工件三维模型，针对不同的加工面，生成与工件相吻合的磨抛工具加工轨迹和/或五轴NC程序，然后生成机器人位置控制程序；基于Hertz接触理论，设每个位置磨抛接触点的压强相同，根据接触面压应力分布规律求得该接触区域的磨抛正压力；通过进给速度自适应模型得到进给速度；在磨抛过程中，在控制机器人位置的同时，控制磨抛工具的磨抛压力与进给速度，可有效提高复杂曲面工件的磨抛精度和表面均匀性。

技术领域

本发明涉及磨抛技术领域，具体设计一种力控机器人磨抛加工的力位混合控制方法。

背景技术

随着工业自动化和机器人技术的不断发展，一些繁重、重复、危险或有害人体健康的工作已广泛应用机器人来进行作业，譬如大型工件的搬运、电子元器件的快速分拣、以及喷涂、焊接等非接触加工领域。磨抛加工领域目前还通常由人工来完成，但由于磨抛生产的劳动密集型、高粉尘高危害、招工难、效率低、质量一致性差等特点，同时机器人力控技术的日趋完善，工业机器人正逐渐被采用进行磨抛。

机器人控制主要包括在线控制和离线控制两种方法。对于喷涂、点焊等作业轨迹比较简单的场合，通常采用在线控制，其难度低、操作简单；对于磨抛加工等复杂作业，工作轨迹需根据工件曲面变化进行规划，很难通过逐一控制目标点位姿，这就需要采用离线控制方法。

现有的离线控制方法主要是机器人位置控制及修正优化，对于磨抛、装配等接触式加工，未考虑在不同位置施加的力及不同曲率时进给速度对磨抛加工质量的影响。

发明内容

针对上述技术现状，本发明提供一种力控机器人磨抛加工的力位混合控制方法，以解决现有的控制方法只能实现机器人位置控制，未考虑磨抛压力及进给速度对磨抛加工造成影响的问题，有效提高磨抛表面的均匀性和加工质量。

本发明所采用的技术方案是：一种力控机器人磨抛加工的力位混合控制方法，所述机器人为六轴机器人，包括以下步骤：

(1)磨抛工具加工轨迹规划

基于工件三维模型，针对不同的加工面，生成与工件相吻合的磨抛工具加工轨迹和/或五轴NC(数字控制)程序；

作为一种实现方式，运用CAM软件生成与工件相吻合的磨抛工具加工轨迹。CAM软件是一种计算机辅助制造软件，包括UG、Powermill、Mastercam等，能够快速、精准的生成与工件相吻合的磨抛工具加工轨迹(或者称为刀位文件)和五轴NC程序，尤其适用于复杂工件的磨抛工具加工轨迹规划。

(2)机器人位置控制程序生成

目前，数控机床一般最多为五个轴，末端为电主轴带动磨抛刀具高速旋转而实现铣削加工，而工业机器人一般设计为六个轴，可以在工作范围内实现末端执行器的全方位位姿变化，所以为了将五轴NC程序转换成六轴机器人识别程序，需定义第六轴的姿态。

力控机器人磨抛工件时要求磨抛力的方向垂直于加工表面或与加工表面形成一定夹角。当磨抛需要第六轴随曲面旋转才能保持磨抛力的方向垂直于加工表面或与加工表面形成一定夹角时，设置第六轴的姿态为相邻的工具轨迹点连线与第六轴轴向的公垂线方向。当磨抛平面或者磨抛不影响第六轴姿态变化的曲面时，设第六轴姿态保持不变。

在该步骤中，基于所用机器人的结构尺寸和各关节转角行程信息，建立运动学模型，根据步骤(1)生成的磨抛工具加工轨迹，结合不同面的力控加工要求，定义磨抛工具第六轴姿态变化，通过运动学反解和姿态优化算法，生成机器人位置控制程序；

作为优选，根据第六轴的姿态要求、磨抛工具、工件等中的一种或者几种设置一定的约束条件，生成机器人位置控制程序。

或者，利用机器人离线编程软件，将五轴NC程序根据一定的约束条件直接转换为六轴机器人位置控制程序；