[发明专利]机器人加工作业法向恒力跟踪方法和装置

说明书

本发明提供一种机器人加工作业法向恒力跟踪方法和装置，其中方法包括：给定初始参考轨迹；控制机器人沿所述参考轨迹运动；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；基于更新后的参考轨迹的位置和实际接触力的方向，计算参考轨迹的姿态。该方法在现有的机器人加工力控系统中引入了参考轨迹，并通过迭代学习和姿态估计，得到高精度的参考轨迹，反映加工工件的轮廓和机器人加工工具应保持的姿态，按照该参考轨迹进行加工，能够实现在各种曲面加工作业过程中的法向恒力跟踪。同时，本发明只需要3维力传感器即可实现，避免了采用6维力传感器带来的成本增加。

技术领域

本发明涉及工业机器人领域，尤其涉及机器人控制技术，具体为机器人加工作业中的法向恒力跟踪方法和装置。

背景技术

目前3C行业对机器人打磨、抛光等应用有大量的需求。传统的机器人采用的是位置控制，难以保证在打磨、抛光作业中保持恒定的接触力，导致加工质量参差不齐。因此很多公司都推出了基于力传感器的机器人力控加工方案。

目前力控加工所采用的大部分都是阻抗/导纳控制的方法（控制框图如图1所示）。在进行机器人加工（打磨，抛光）作业时，机器人末端工具与被加工零件之间的接触力和相对位置可以表示为一个确定的阻抗关系。实际接触力与期望接触力的误差可以表示为：

其中，表示惯性参数，表示阻尼参数，表示刚度参数，表示期望轨迹和实际轨迹之间的位置误差。

当接触力稳定时，上式则简化为

即对于固定的刚度参数，只要能保证位置误差就能保证接触力与期望力保持一致。这需要足够精确的加工参考轨迹以提高力跟踪精度。

假设工件表面的轮廓轨迹为，机器人末端工具应该运行的轨迹为，则存在。

一般情况下，工件表面的轮廓轨迹很容易得到（比如示教），如果工具末端与工件表面之间的接触刚度也已知的话，就可以通过（为目标接触力）计算出位置误差。然后再将位置误差叠加到工件表面轮廓轨迹上，就可以得到末端需要的轨迹位置。但是对于大部分加工场景，都难以获取刚度参数，因此最终也难以得到准确的加工轨迹。

另外，如果要实现加工作业中的法向恒力跟踪，通常需要采用6维力传感器，这无疑增加了生产成本。同时，由于机器人末端工具与工件之间存在摩擦力，很难实现精确的法向跟踪。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种机器人加工作业中的法向恒力跟踪方法和控制系统，有效提高机器人加工作业中的加工精度，同时降低成本。

本发明一方面提供了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。

可选的，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。

可选的，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。