[发明专利]一种切削加工机器人的动态误差补偿与控制方法

权利要求书

1.一种切削加工机器人的动态误差补偿与控制方法，所述动态误差包括稳定变形误差、低频振动误差、高频振动误差三种，其特征在于，该方法的具体实现方式为：

A)所述动态误差为稳定变形误差时，基于离线补偿模块和在线修正模块进行误差补偿与控制，其中，

所述离线补偿模块进行误差补偿与控制的具体操作为：在机器人控制系统中引入切削力模型，根据目标轨迹和切削参数，预测各插补点处的切削力，然后基于机器人整机动刚度模型计算各插补点处的变形量，并将各变形量补偿到理论轨迹中，获得修正的刀具轨迹，同时，保存各插补点处的预测切削力，

所述在线修正模块进行误差补偿与控制的具体操作为：在实时插补过程中，机器人以修正的刀具轨迹为目标轨迹进行切削运动，同时，通过力传感器/力矩传感器实时测量和采集切削力，与预测切削力比较后获得切削力误差，通过该切削力误差微调刀具轨迹，并进一步修正刀具轨迹，对机器人的实时运动进行控制，提高机器人切削加工的轨迹精度；

B)所述动态误差为低频振动误差时，基于机器人整机动刚度模型与加工过程采集的振动数据，利用模态分析方法，求出结构振动的主要模态，针对主要模态，计算获得各个关节处所需主动控制力的幅值、相位和周期信息，并实时的施加到关节处，以抵消相应模态的激振力，从而抑制振动，进行误差补偿与控制；

C)所述动态误差为高频振动误差时，提出基于参数自校正自抗扰策略的机器人动力学控制算法，包括：柔性机器人动力学模型、跟踪微分模块、扩张状态观测模块、非线性组合控制模块、基于模糊控制的参数实时自校正模块，其中，所述柔性机器人动力学模型是基于机器人控制系统中参数化误差分析模型的分析结果，用拉格朗日法建立的；研究柔性机器人动力学模型补偿自抗扰控制的原理，并补偿到扩张状态观测模块；所述跟踪微分模块根据机器人控制系统输出的目标位值q_d安排过渡过程q_d1并提取其微分信号q_d2；所述扩张状态观测模块根据机器人控制系统的输出信号q估计出机器人状态机器人状态作用于机器人的总和扰动f，扩张状态观测模块再根据跟踪微分模块的过渡过程q_d1、微分信号q_d2得出机器人的状态误差ε₁、ε₂，其中所述非线性组合控制模块进一步根据机器人的状态误差ε₁、ε₂得出非线性控制规律τ₀，基于非线性控制规律τ_0、作用于机器人的总和扰动f、控制参数b得到机器人的输入控制力矩τ；通过总结非线性控制规律τ₀，设计基于模糊控制的参数实时自校正模块，所述基于模糊控制的参数实时自校正模块根据人工调参经验设计模糊规则，使控制参数b逼近真实值，同时根据跟踪状态误差ε₁调整扩张状态观测模块的增益，达到“大误差小增益，小误差大增益”的效果，使扩张状态观测模块在快速准确估计机器人状态机器人状态总和扰动f的同时减少噪声影响；

同时，在机器人中增设加速度传感器，通过加速度传感器实时采集机器人加工过程中的振动信号，并将高频振动看作外界对机器人控制系统的扰动，机器人动力学控制算法对控制参数的在线实时校正，使机器人控制系统在全部运行期间保持优良的控制性能，实现对高频振动的抑制和高精度的轨迹控制，即实现高频振动误差的补偿与控制。

2.根据权利要求1所述的一种切削加工机器人的动态误差补偿与控制方法，其特征在于，所述切削力模型为线性切削力模型，线性切削力模型的切削力系数是常数，线性切削力模型通过计算刀具一个旋转周期内的平均铣削力对切削力系数进行辨识，从而根据目标轨迹和切削参数预测三向切削力。