[发明专利]一种机器人磨抛加工接触力的主动控制方法

说明书

本发明属于机器人加工领域，并具体公开了一种机器人磨抛加工接触力的主动控制方法。所述方法包括：计算机器人磨抛加工的期望磨抛量，生成机器人磨抛加工过程中的加工路径、期望位姿和期望磨抛力；获取机器人在沿加工路径运动过程中在工件坐标系Z方向的多个位置点，并据此和阻抗控制关键参数构建目标函数；构建关键参数的约束条件，采用权重改进的粒子群算法获取所述关键参数的最优解；实时更新和调整机器人磨抛加工的位姿和磨抛力，使得机器人在沿加工路径进行磨抛加工的力跟踪误差最小。本发明方法有效提升了阻抗控制对于期望力的跟踪效果，提高了机器人磨抛加工的加工精度，保证了加工工件的表面一致性和良好的表面粗糙度。

技术领域

本发明属于机器人加工领域，更具体地，涉及一种机器人磨抛加工接触力的主动控制方法。

背景技术

机器人磨抛技术以其自动化程度高、适应性强、能够从事高危作业等优点被广泛应用在各类复杂零件的打磨抛光作业中。但是，在复杂曲面零件的精密加工过程中，受限于机器人定位精度低，加工刚性不足，加之作业环境复杂，并且对离线规划的路径依赖度较高等要求，机器人磨抛过程往往需要配备力控制。因此，在机器人的磨抛加工过程中，为了满足加工质量要求，通常需要对接触力进行精确控制，实现对工件的恒力打磨，以保证加工的一致性及较好的表面粗糙度。

为了解决上述问题，专利文献CN110561237A公开了一种结合主被动力控制的机器人砂带磨削方法及系统，其结合主动力传感器和卡尔曼滤波方法，通过分别控制机器人的姿态和接触轮的法向接触力来实现接触力的精确综合控制，提高了工件加工表面的表面精度，但仍存在实时性不强，加工滞后性比较严重。

专利文献CN111015661A公开了一种机器人柔性负载主动振动控制方法，其将预先构建的输入整形器的时间滞后作为时间约束，对原始参考轨迹进行加速处理，再利用所输入整形器对加速后的轨迹进行整形处理，得到整形后的轨迹作为机器人的输出轨迹，降低了机器人的控制成本，使得控制系统的稳定性更强，但该方法需要预先构建输入整形器的时间滞后作为时间约束，该步骤与研究者的经验有关，具有一定的不确定性，不具有普遍适用性。

专利文献CN110549326A公开了一种基于多主动柔顺控制器的机器人研磨抛光加工位姿调节方法，其利用在机器人末端安装多个主动柔顺控制器，对工具坐标系进行标定，通过调节工具坐标系的位置，使得各磨抛工具在主动式柔顺控制器上的位移值小于设定值，改善了研磨抛光工具与工件之间的贴合效果，明显提升了机器人研磨抛光加工的加工效率，但该方法需要安装多个柔顺控制器，控制程度的好坏，极大程度上依赖于控制器的响应速度，控制难度较大。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种机器人磨抛加工接触力的主动控制方法，其中结合机器人磨抛加工自身的特征及其力主动控制的工艺特点，相应设计了一种机器人磨抛加工接触力的主动控制方法，利用阻抗控制策略结合六维力传感器对机器人位姿进行控制，并利用权重改进的粒子群算法对控制系统的M，D，K等关键参数进行优化，进而优化机器人系统的力控算法，实现对机器人砂带磨抛系统的主动控制，一方面有效提升了阻抗控制对于期望力的跟踪效果；另一方面有效提升了机器人磨抛加工的加工精度，保证了加工工件的表面一致性和良好的表面粗糙度。

为实现上述目的，本发明提出了一种机器人磨抛加工接触力的主动控制方法，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；