[发明专利]一种机器人磨抛加工接触力的主动控制方法

权利要求书

1.一种机器人磨抛加工接触力的主动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1根据待加工工件的形貌及工件的三维模型计算机器人磨抛加工的期望磨抛量和加工路径，并根据机器人磨抛加工的逆运动学模型生成机器人磨抛加工过程中期望位姿和期望磨抛力；

S2在无阻抗控制条件下，将机器人简化为质量-阻尼-弹簧系统，获取机器人在沿所述加工路径运动过程中，在工件坐标系Z方向的多个位置点，并根据该多个位置点及机器人磨抛加工中阻抗控制的关键参数构建目标函数；

S3构建所述关键参数的约束条件，并根据所述约束条件和目标函数，采用权重改进的粒子群算法获取所述关键参数的最优解；

S4在机器人磨抛加工中，根据所述关键参数的最优解、机器人磨抛加工的期望磨抛量、期望位姿、机器人的实际位姿以及实际磨抛力来实时更新和调整机器人磨抛加工的位姿和磨抛力，使得机器人在沿所述加工路径进行磨抛加工的力跟踪误差最小，进而实现以期望磨抛力对待加工工件进行磨抛加工。

2.根据权利要求1所述的一种机器人磨抛加工接触力的主动控制方法，其特征在于，步骤S1中，根据待加工工件的形貌及工件的三维模型计算机器人磨抛加工的期望磨抛量和加工路径的具体步骤如下：

S11对机器人、工件坐标系以及用于测量实际磨抛力的力传感器进行标定；

S12通过工件的三维模型，对工件进行离线编程与轨迹规划生成机器人磨抛加工过程中的加工路径；

S13测量获取待加工工件形貌的点云数据，并将该点云数据与工件的三维模型进行匹配，以获取机器人磨抛加工的期望磨抛量。

3.根据权利要求1所述的一种机器人磨抛加工接触力的主动控制方法，其特征在于，步骤S2中，所述目标函数的计算模型为：

其中，N为沿所述加工路径连续采集的位置点的总数，k为位置点采样顺序索引，f_d(k)为机器人在单个位置点处法向力的期望值，f(k)为机器人在单个位置点处法向力的反馈值，该反馈值的计算公式为：

其中，M为阻抗控制中的质量矩阵、D为阻抗控制中的阻尼矩阵、K_p为阻抗控制中的弹性矩阵，s(k)、分别为机器人在工件法向方向的位移、速度以及加速度。

4.根据权利要求1所述的一种机器人磨抛加工接触力的主动控制方法，其特征在于，步骤S3中，所述约束函数的计算模型为：

其中，M为阻抗控制中的质量矩阵、D为阻抗控制中的阻尼矩阵、K_p为阻抗控制中的弹性矩阵。

5.根据权利要求1所述的一种机器人磨抛加工接触力的主动控制方法，其特征在于，步骤S4中，机器人在磨抛加工过程中，通过不断更新所述关键参数的最优解来实现机器人磨抛加工过程中的力控制，从而实时更新和调整机器人磨抛加工的位姿和磨抛力，力控制过程中机器人运动微分方程的计算模型为：

式中，M为阻抗控制中的质量矩阵、D为阻抗控制中的阻尼矩阵、K_p为阻抗控制中的弹性矩阵，x(t)、分别为机器人在工件法向方向的位移、速度以及加速度，l为工件与磨抛轮之间的初始距离，v为工件向磨抛轮相向运动时的初始速度，K_e为与环境接触的弹性矩阵。