[发明专利]一种无编程的机器人在线恒力打磨控制系统及方法

权利要求书

1.一种无编程的机器人在线恒力打磨控制系统，其特征在于，包括六自由度协作机器人及机器人控制器；六自由度协作机器人末端安装有沿切向打磨板材工件边缘的打磨工具及用于检测打磨工具受力的六维力传感器；机器人控制器接收来自六维力传感器的信号，其基于六自由度协作机器人末端的刚度自动辨识打磨工具与板材工件边缘的接触情况，并基于力导纳控制输出信号驱动六自由度协作机器人末端，使打磨工具的法向磨削力为恒力且切向磨削速度为恒速。

2.根据权利要求1所述的无编程的机器人在线恒力打磨控制系统，其特征在于，机器人控制器包括基于自适应比例微分控制的法向恒力控制模块和基于比例控制的切向恒速控制模块；法向恒力控制模块输出信号控制六自由度协作机器人末端的法向位移，从而控制法向磨削力；切向恒速控制模块输出信号控制六自由度协作机器人末端的切向位移，从而控制切向磨削速度。

3.根据权利要求2所述的无编程的机器人在线恒力打磨控制系统，其特征在于，法向恒力控制模块设有基于力反馈的牛顿-拉夫森迭代算法子模块，牛顿-拉夫森迭代算法子模块用于消除稳态误差。

4.根据权利要求1所述的无编程的机器人在线恒力打磨控制系统，其特征在于，还包括龙门式吊装支架，六自由度协作机器人的基座吊装在吊装支架上。

5.根据权利要求1所述的无编程的机器人在线恒力打磨控制系统，其特征在于，还包括工作台，板材工件水平放置在工作台上。

6.一种无编程的机器人在线恒力打磨控制方法，其特征在于，采用六自由度协作机器人及机器人控制器；在六自由度协作机器人的末端安装有沿切向打磨板材工件边缘的打磨工具及用于检测打磨工具受力的六维力传感器；使机器人控制器接收来自六维力传感器的信号，使其基于六自由度协作机器人末端的刚度自动辨识打磨工具与板材工件边缘的接触情况，并基于力导纳控制输出信号驱动六自由度协作机器人的末端，使打磨工具的法向磨削力为恒力且切向磨削速度为恒速。

7.根据权利要求6所述的无编程的机器人在线恒力打磨控制方法，其特征在于，机器人控制器设置基于自适应比例微分控制的法向恒力控制模块和基于比例控制的切向恒速控制模块；使法向恒力控制模块输出信号控制六自由度协作机器人末端的法向位移，从而控制法向磨削力；使切向恒速控制模块输出信号控制六自由度协作机器人末端的切向位移，从而控制切向磨削速度。

8.根据权利要求7所述的无编程的机器人在线恒力打磨控制方法，其特征在于，法向恒力控制模块采用基于力反馈的牛顿-拉夫森迭代算法来消除稳态误差。

9.根据权利要求6所述的无编程的机器人在线恒力打磨控制方法，其特征在于，根据自动辨识出的打磨工具与板材工件边缘的接触情况，在机器人打磨作业中切换拖动状态与打磨作业状态，进行作业位置的迁移。

10.根据权利要求6所述的无编程的机器人在线恒力打磨控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤一，启动机器人控制器，使安装在六自由度协作机器人末端的打磨工具至工件边缘附近；

步骤二，机器人控制器接收来自六维力传感器的信号；根据六维力传感器的反馈信号，基于刚度控制自动辨识打磨工具是否与工件边缘接触；如果辨识为未接触，则输出信号使六自由度协作机器人的末端开始进行半径逐渐扩大的水平螺旋线运动；如果辨识为接触，则停止水平螺旋线运动，进行下一步；

步骤三，机器人控制器将接收的六维力传感器的反馈信号进行转换，得到工件边缘对打磨工具施加的合力；并将该合力的反向力作为控制的恒力方向；将该合力的方向顺时针旋转90度的方向作为恒速控制方向；基于力导纳控制输出信号驱动六自由度协作机器人的末端，使打磨工具的法向磨削力为恒力且切向磨削速度为恒速。