[发明专利]一种基于PLC的气动柔顺装置控制系统及方法

权利要求书

1.一种基于PLC的气动柔顺装置控制系统，其特征在于，该系统包括具有双向输出力的气缸，所述的气缸的活塞杆通过导轨与末端工具连接，所述的末端工具作用于加工面上，该系统还包括用于测量末端工具与加工面上的压紧力的压力传感器、用于测量导轨位移的位移传感器、用于测量气缸活塞杆位姿的位姿传感器以及用于控制气缸的控制阀的PLC控制器；

将导轨和末端工具作为负载，末端工具作用于加工面之前，对负载进行自动称重，末端工具作用于加工面之后，所述的PLC控制器实时采集末端工具与加工面上的实际压紧力、导轨位移和气缸活塞杆位姿，基于负载重力对气缸输出力进行补偿并精确控制末端工具与加工面上的压紧力使其保持恒定。

2.根据权利要求1所述的一种基于PLC的气动柔顺装置控制系统，其特征在于，所述的位姿传感器包括用于测量气缸活塞杆与铅垂线角度的加速度传感器。

3.一种基于PLC的气动柔顺装置控制方法，其特征在于，该方法基于权利要求2所述的控制系统，该方法包括：

将导轨和末端工具作为负载，调整负载位置，启动气缸并逐步增加气缸输出力，直至位移传感器输出位移，同时记录当前气缸活塞杆的与铅垂线的角度以及气缸输出力的大小，基于气缸输出力以及当前气缸活塞杆的与铅垂线的角度计算得到负载重力大小；

末端工具作用于加工面，实时采集末端工具与加工面上的实际压紧力，导轨位移和气缸活塞杆位姿，将末端工具与加工面上的设定压紧力与实际压紧力进行比较，基于负载重力对气缸输出力进行一次补偿，得到气缸输出力第一补偿给定值；

基于气缸实际输出力和上一控制周期内气缸输出力给定值，采用增量式PID控制算法对气缸输出力进行二次补偿，得到气缸输出力第二补偿给定值；

基于气缸输出力第二补偿给定值控制气缸工作。

4.根据权利要求3所述的一种基于PLC的气动柔顺装置控制方法，其特征在于，对负载进行自动称重时将负载位置调整至：气缸输出力方向与负载重力方向的角度为0°～45°。

5.根据权利要求3所述的一种基于PLC的气动柔顺装置控制方法，其特征在于，对负载进行自动称重时以0.1N大小逐步增加气缸输出力。

6.根据权利要求1所述的一种基于PLC的气动柔顺装置控制方法，其特征在于，基于负载重力对气缸输出力进行一次补偿的具体方式包括如下步骤：

S1、获取气缸活塞杆与铅垂线角度，结合负载重力大小计算负载所受重力对气缸活塞杆作用力F_p，若F_p方向为指向加工面方向，记F_p＞0，反之F_p＜0；

S2、实时采集末端工具与加工面上的实际压紧力Fr，同时获取末端工具与加工面上的设定压紧力Fs；

S3、若F_p＞0则执行步骤S4，否则执行步骤S5；

S4、若Fr＞Fs，则F_n+1,1＝F_n-|F_p|-|Fr-Fs|/2，否则F_n+1,1＝F_n-|F_p|+|Fr-Fs|/2，其中，F_n为n时刻气缸输出力给定值，F_n+1,1为n+1时刻气缸输出力第一补偿给定值；

S5、若Fr＞Fs，则F_n+1,1＝F_n+|F_p|-|Fr-Fs|/2，否则F_n+1,1＝F_n+|F_p|+|Fr-Fs|/2，其中，F_n为n时刻气缸输出力给定值，F_n+1,1为n+1时刻气缸输出力第一补偿给定值。