[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

说明书

本发明公开一种切削加工机器人的动态误差补偿与控制方法，属于机器人技术领域。针对动态误差影响机器人切削加工精度的问题，采用技术方案包括：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；动态误差为低频振动误差时，采用基于模态分析的开环控制方法，通过在机器人关节处施加额外的主动力抵消引起低阶模态的激振力，抑制振动，实现误差补偿与控制；动态误差为高频振动误差时，提出机器人动力学控制算法，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，通过机器人动力学控制算法对控制参数的在线实时校正，实现对高频振动的抑制和高精度的轨迹控制。

技术领域

本发明涉及机器人加工技术领域，具体的说是一种切削加工机器人的动态误差补偿与控制方法。

背景技术

工业机器人技术的进步和应用是推动我国智能制造发展的重要手段和关键环节。工业机器人柔性高、成本低、工作空间大、位姿控制灵活，将其应用于切削加工，能够适应多品种、小批量、现场加工的现代生产模式要求，显著降低生产成本，提高设备和加工空间的利用率，有效提升技术创新速度和企业竞争力。但由于工业机器人存在重复定位精度低、刚度差、误差分析控制繁琐等问题，极大限制了机器人在切削加工领域的应用。

如何对切削加工机器人的误差进行有效的分析，提高加工精度，是推动机器人切削加工应用的关键问题。机器人切削加工过程的误差主要包括静态误差和动态误差。静态误差可通过直接修改控制器结构参数的方式进行修正。动态误差中包含三种子类型，即稳定变形误差、低频振动误差、高频振动误差。为提高加工精度，改善表面质量，亟需一种切削加工机器人的动态误差补偿与控制方法，对以上各类误差的补偿方法进行研究，从而实现高精度的机器人轨迹控制及对高频振动的抑制。

发明内容

本发明针对目前技术发展的需求和不足之处，提供一种切削加工机器人的动态误差补偿与控制方法。

本发明的一种切削加工机器人的动态误差补偿与控制方法，解决上述技术问题采用的技术方案如下：

一种切削加工机器人的动态误差补偿与控制方法，该方法的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，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；

B)所述动态误差为低频振动误差时，采用基于模态分析的开环控制方法，通过在机器人关节处施加额外的主动力抵消引起低阶模态的激振力，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，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。

具体的，在补偿与控制低频振动误差的过程中：

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。

具体的，所涉及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；

所涉及在线修正模块进行误差补偿与控制的具体操作为：