[发明专利]一种叶片磨抛加工防碰撞与力过冲检测系统及方法

说明书

本发明公开了一种叶片磨抛加工防碰撞与力过冲检测系统及方法。系统包括机器人磨抛单元，包括机器人及磨抛机构，所述机器人夹持叶片与磨抛机构由非接触状态逐步过渡到接触状态；力控测量装置，该力控测量装置包括六维力传感器及力控测头，所述力控测头用于实时测量所述叶片与磨抛机构之间的接触力信号；力控优化模块，其用于对所述接触力信号进行滤波处理、重力补偿以及阻抗计算，获得与叶片与磨抛机构不同接触状态下的力或力矩信号；以及控制模块，用于根据所述力或力矩信号，控制所述机器人的位姿和进给参数，从而根据叶片与磨抛机构之间的接触状态实现接触力的自适应调节。本发明可有效对叶片磨抛加工的碰撞与力过冲进行检测，检测精度高。

技术领域

本发明属于机器人加工检测技术领域，更具体地，涉及一种叶片磨抛加工防碰撞与力过冲检测系统及方法。

背景技术

叶片在工业领域的众多场合发挥着重要的作用，叶片的磨抛加工对于各类叶片来说是关键性的工序。随着科技的进步以及时代的发展，传统的人工磨抛加工面临着诸多挑战，例如，工作环境恶劣、噪声大和危害身体等问题。工业机器人取代传统人工对叶片磨抛加工逐渐成为了当今的发展趋势和研究热点，机器人叶片磨抛加工不仅可以提高叶片磨抛的加工质量和生产效率，还可以降低人工的劳动强度和健康损害。

工业机器人在对叶片进行磨抛加工时，机器人经过一个过渡过程状态，从与工件的非接触状态过渡到接触状态。由于工业机器人本身具有的惯性和延时，很大几率造成机器人与叶片之间的碰撞和冲击，使得机器人与叶片的实际接触力过大。如果不能解决机器人与叶片的碰撞冲击力，就会使得机器人、叶片和打磨工具的损坏。此外，在与磨抛叶片接触的过渡过程中，非零逼近速度和不连续动态特性导致接触力控制困难，过大的力震荡会影响叶片的表面加工质量和整个磨抛系统的稳定性，因此，研究叶片磨抛加工的防碰撞与力过冲应用具有十分重要的现实意义。

一般情况，当叶片与打磨工具从自由空间移动到约束空间时，非零接近速度撞击刚性的叶片会发生碰撞，使接触力产生强烈的震荡。因此，实现打磨的平稳过渡过程对磨抛加工至关重要。当前对碰撞动力学和控制策略的研究比较少，尤其是在精准力控制领域，过渡状态是由自由状态到稳定状态的必经过程，接触力的强烈振动会影响到后续力控制策略的实施，严重影响打磨工具的使用寿命，导致控制系统变的不稳定。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种叶片磨抛加工防碰撞与力过冲检测系统及方法,其通过设计一与工业机器人机械臂配合作用的力控测量装置，实现对叶片复杂曲面的三维测量，并提出了一种防碰撞和力冲击的理论分析方法，对于测量过程，加快机器人末端位置收敛，并减小环境对机器人冲击力的有效性，该方法具有测量简单有效、测量精度高等优点。

为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种叶片磨抛加工防碰撞与力过冲检测系统，包括：

机器人磨抛单元，包括机器人及磨抛机构，所述机器人夹持叶片与磨抛机构由非接触状态逐步过渡到接触状态；

力控测量装置，该力控测量装置包括设于所述机器人末端的六维力传感器及设于该六维力传感器末端的力控探头，所述力控探头及六维力传感器用于实时测量所述叶片与磨抛机构之间的接触力信号；

力控优化单元，其用于对所述接触力信号进行滤波处理、重力补偿以及阻抗计算，获得与叶片与磨抛机构不同接触状态下的力或力矩信号；以及，

控制单元，用于根据所述力或力矩信号，控制所述机器人的位姿和进给参数，从而根据叶片与磨抛机构之间的接触状态实现接触力的自适应调节，防止其碰撞或过冲。

进一步地，所述力控测量装置包括支架、法兰、弹簧及力控测头紧固螺母；

所述力控探头通过所述弹簧、力控测头紧固螺母及支架与所述六维力传感器连接；

所述六维力传感器通过所述法兰与所述机器人末端连接。

进一步地，所述力控优化单元包括：