[发明专利]机器人加工作业法向恒力跟踪方法和装置

权利要求书

1.一种机器人加工作业法向恒力跟踪方法，包括以下步骤：

给定初始参考轨迹，包括位置和姿态；

控制机器人沿所述初始参考轨迹运动，保证在运动过程中机器人末端工具与工件始终保持接触；

根据实际接触力与期望接触力之间的误差，迭代计算和更新当前参考轨迹的位置，作为下一次运动的参考轨迹；

对更新后的参考轨迹进行插值和差分，得出各控制周期的速度矢量；

将各控制周期的实际接触力矢量转换到基坐标系，在基坐标系中计算所述实际接触力矢量在垂直于对应周期的速度矢量的平面上的投影，作为所述更新后的参考轨迹的姿态；

按照迭代结束后得到的参考轨迹，包括位置和姿态，控制机器人运动，用于工件正式加工。

2.如权利要求1所述的法向恒力跟踪方法，其特征在于，所述初始参考轨迹通过示教点位、模型导出或者牵引示教得到。

3.如权利要求1所述的法向恒力跟踪方法，其特征在于，采用基于阻抗或导纳控制的力控方法，控制机器人沿所述初始参考轨迹运动，并保证在运动过程中机器人末端工具与工件始终保持接触。

4.如权利要求1所述的法向恒力跟踪方法，其特征在于，所述根据运动过程中实际接触力与期望接触力之间的误差，迭代计算和更新当前参考轨迹的位置，作为下一次运动的参考轨迹，包括：

采集本次运动过程中机器人末端工具与工件间的实际接触力；

计算实际接触力与期望接触力之间的误差；

根据该误差更新当前参考轨迹的位置；

机器人沿更新后的参考轨迹进行下一次运动；

重复以上步骤，直到实际接触力与期望接触力之间的误差收敛到设定值，或运动次数达到设定值，迭代结束。

5.如权利要求1所述的法向恒力跟踪方法，其特征在于，根据以下规则迭代计算和更新当前参考轨迹的位置：

其中，为参考轨迹的位置，为迭代的次数，为迭代比例系数，为迭代微分系数，为期望接触力与实际接触力的误差。

6.如权利要求1所述的法向恒力跟踪方法，其特征在于，所述对更新后的参考轨迹进行插值和差分，得出各控制周期的速度矢量，包括：

对更新后的参考轨迹进行平滑处理；

进行样条曲线插值，得到每个控制周期的位置信息；

根据位置的变化差分得到速度矢量。

7.如权利要求6所述的法向恒力跟踪方法，其特征在于，所述根据位置的变化差分得到速度矢量的方法为：

假设T时刻的位置为

T-1时刻的位置为

则T时刻的速度矢量

其中表示控制周期。

8.一种应用权利要求1-7中任一项所述方法的机器人加工作业法向恒力跟踪装置，包括：机器人力控制单元，机器人位置控制单元，实际接触力采集装置，位置前馈单元，其中：

所述实际接触力采集装置，用于测量机器人末端加工工具与工件之间的实际接触力，并反馈给所述机器人力控制单元；

所述机器人力控制单元，用于根据所述实际接触力与期望接触力的误差，生成机器人末端位置调整指令，发送给所述机器人位置控制单元；

所述位置前馈单元，用于将当前参考轨迹发送给所述机器人位置控制单元；根据所述实际接触力与期望接触力的误差，迭代更新当前参考轨迹的位置，并基于更新后的参考轨迹计算其姿态；

所述机器人位置控制单元根据接收到的所述机器人末端位置调整指令和所述当前参考轨迹，控制机器人的位置和姿态作出相应调整。

9.如权利要求8所述的机器人加工作业法向恒力跟踪装置，其特征在于，所述位置前馈单元按照下式迭代更新当前参考轨迹的位置：

其中，为参考轨迹的位置，为迭代的次数，为迭代比例系数，为迭代微分系数，为期望接触力与实际接触力的误差。