[发明专利]一种减小磨抛振动的力控制方法及装置

权利要求书

1.一种减小磨抛振动的力控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)末端执行器与工件接触时，采集力信号和加速度信号，建立末端执行器的动态关系；

(2)基于动力学模型以及步骤(1)得到的动态关系，通过最小二乘法得到工业机器人与末端执行器串联耦合部分的阻抗信息；

建立由工业机器人与末端执行器构成的整体系统的动力学模型的具体步骤如下：

(2-1)所述动力学模型为工业机器人的动力学方程(a)、末端执行器的动力学方程(b)和环境的动力学方程(c)，具体如下：

其中,M是工业机器人的惯量，B是工业机器人的阻尼，K是工业机器人的刚度，X₁是工业机器人末端的位移，X₂是末端执行器的位移，是工业机器人末端的速度，是末端执行器的速度，是工业机器人末端的加速度,是末端执行器的加速度，B_c是末端执行器的阻尼，F是工业机器人与末端执行器之间的相互作用力，K_c是末端执行器的刚度，K_s是环境刚度，F_c是末端接触力，B_s是环境阻尼，X_e是末端执行器末端与环境接触点的位移量，M_m是末端执行器的惯量，为环境位置变化率；

(2-2)计算得到宏机械臂和微机械臂串联耦合阻抗的关系,采用以下公式(e)表示：

(2-3)根据最小二乘算法，得到工业机器人与末端执行器串联耦合部分的阻抗信息，所述阻抗信息包括末端执行器的阻尼估计值和刚度估计值

其中，

A₁(n)和A₂(n)是待估计参数，T是采样周期，n为采样点的个数；

(3)依据所述工业机器人与末端执行器串联耦合部分的阻抗信息设计阻抗匹配控制器，具体过程如下：

将辨识得到的耦合阻抗参数估计值和作为阻抗匹配控制器的参数，得到阻抗匹配控制率为式(y)所示：

(4)将位移信号以及其一次微分信号输入到所述阻抗匹配控制器进行运算；

(5)将所述阻抗匹配控制器作用于末端执行器的力控制流程中，利用所述阻抗匹配控制器对工业机器人和末端执行器的输出力进行补偿；

所述的力控制方法所采用的装置，包括，

直线电机，包括定子和动子，用于输入阻抗匹配控制器输出的补偿量与力控制器输出的控制量之和，输出进行补偿的力；

位移传感器，用于检测所述动子与定子的相对位移；

力传感器，用于测量所述末端执行器与工件表面接触力的大小；

加速度传感器，用于检测在工作时所述末端执行器与工件接触产生的加速度信号；

拉伸弹簧，用于平衡重力，提高末端执行器刚度和力控制响应；

所述直线电机的定子和动子的端面分别固定有定平台和动平台，所述定子通过定平台与工业机器人的末端执行器连接法兰相固定，所述动平台上连接有力传感器，磨抛工具和主轴通过夹具固定于所述力传感器上，所述动平台上还连接有加速度传感器。

2.根据权利要求1所述的减小磨抛振动的力控制方法，其特征在于，所述步骤(4)中，位移信号的一次微分信号为速度信号，阻抗匹配控制率的输入为宏机械臂与微机械臂的相对位移和相对速度。

3.根据权利要求1所述的减小磨抛振动的力控制方法，其特征在于，所述的定平台和动平台的一侧通过直线滑动连接，所述定平台和动平台的另一侧通过拉伸弹簧连接。

4.根据权利要求3所述的减小磨抛振动的力控制方法，其特征在于，所述定平台通过直线导轨固定板与直线导轨固定连接，所述动平台通过滑块固定板与滑块固定连接，所述直线导轨和滑块相互配合。

5.根据权利要求4所述的减小磨抛振动的力控制方法，其特征在于，所述直线导轨固定板上方还固定有用于限制滑块相对于直线导轨的位置的限位机构。

6.根据权利要求4所述的减小磨抛振动的力控制方法，其特征在于，所述位移传感器采用光栅位移传感器和光栅尺的组合，所述光栅位移传感器固定于传感器支架上，传感器支架固定在直线导轨固定板的侧面，光栅尺设于滑块固定板的侧面，使光栅位移传感器的读头正对光栅尺。