[发明专利]一种三自由度磨抛装置及其力位耦合控制方法

权利要求书

1.一种三自由度磨抛装置的力位耦合控制方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

(a)获取达到预设期望接触正压力的速度控制量

对于待控制的三自由度磨抛装置的磨头部分，由其三个自由度方向建立坐标系xyz，采集该磨头部分沿x、y和z方向分别受到的力，利用该磨头部分的重力对分别沿x、y和z方向受到的力进行补偿，以此获得磨头部分与被加工工件之间的实际接触正压力；计算该实际接触正压力与期望接触正压力之间的差值，采用PID控制算法结合所述差值计算获得期望接触正压力的速度控制量；

(b)获取达到切平面内预设期望位移偏差的速度控制量

将所述磨头部分的位移矢量投影至磨抛位置点处的切平面，以此获得在切平面内的投影位移矢量，利用该投影位移矢量计算其在切平面内的位移偏差，将该位移偏差与预设期望位移偏差相比较获得位移偏差差值，采用PID控制算法结合所述位移偏差差值计算获得在切平面的速度控制量，其中，所述位移矢量包括位移量和该位移量的方向向量；

利用该投影位移矢量计算其在切平面内的位移偏差，按照下列步骤进行：

首先，在切平面内建立两个正交的方向，分别为A方向和B方向；

然后，将所述投影位移矢量分解至A方向和B方向，以此获得沿A方向和B方向上的多个分量；

最后，分别计算沿A方向和B方向所有分量的和，以此获得A方向和B方向在切平面内的位移偏差；

(c)将步骤(a)和(b)中获得的接触正压力和切平面的速度控制量分别解耦至各个坐标轴方向，以此获得沿各个坐标轴方向的速度总控制量，利用该各个坐标轴方向的总速度控制量对三自由度磨抛装置的控制，使其达到设定的期望正压力和位移偏差，即实现对三自由度磨抛装置的力位耦合控制。

2.如权利要求1所述的一种三自由度磨抛装置的力位耦合控制方法，其特征在于，在步骤(a)中，所述利用该磨头部分的重力对分别沿x、y和z方向受到的力进行补偿的方法按照下列步骤进行：

采集所述磨头部分在世界坐标系中的姿态；计算磨头部分重力在所述坐标系xyz中沿各个坐标轴方向的补偿量；利用该补偿量计算补偿后的磨头部分受到的实际接触正压力；

所述实际接触正压力按照下列表达式进行：

F_c＝F_x3+F_y3+F_z3

[F_x2 F_y2 F_z2]＝[0 0 G₀]T

其中，F_x3是F_x在接触正压力F_c方向上的分量，F_y3是F_y在接触正压力F_c方向上的分量，F_z3是F_z在接触正压力F_c方向上的分量，F_x，F_y和F_z分别是磨头部分的重力进行补偿后磨头部分x、y和z方向受到的力，F_x1，F_y1和F_z1分别是补偿前磨头部分x、y和z方向受到的力，F_x2、F_y2和F_z2分别是磨头部分重力沿x、y及z方向的分量，α_x是F_x与F_c之间的夹角，α_y是F_y与F_c之间的夹角,α_z是F_z与F_c之间的夹角，T为从世界坐标系运动到坐标系xyz的旋转矩阵。