[发明专利]一种基于PLC的气动柔顺装置控制系统及方法

说明书

本发明涉及一种基于PLC的气动柔顺装置控制系统及方法，该系统包括气缸，气缸的活塞杆通过导轨与末端工具连接，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，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。与现有技术相比，本发明输出力控制精度高、气动柔顺装置的可靠性高。

技术领域

本发明涉及气动柔顺控制技术领域，尤其是涉及一种基于PLC的气动柔顺装置控制系统及方法。

背景技术

目前工业上很多零部件的打磨抛光等精加工作业主要依靠熟练工人手工研磨或使用磨床加工，但工人的加工质量不均匀，加工效率低下，且作业环境艰苦，对工人的熟练度要求很高，无法保证加工水平；磨床虽然加工质量稳定，效率较高，但是只能针对一种类型的零部件进行抛光，受到很大限制，因此，有必要采用一种能够具有足够柔性和精准度的加工设备。当前机器人定位精度已经远高于普通的机床，所以采用机器人加工是一个很好的代替方案。为了获得零件精加工时更均一的表面质量，在保证打磨工具转速和进给速度稳定的前提下，还必须保证打磨力的恒定，因此需要采用气动柔顺装置对打磨力进行控制。

市面上的打磨力控制系统的设计采用的大多是电路控制，控制方式较为复杂，在电路板因为柔顺装置受到冲击或其他物理作用时，非常容易产生故障。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于PLC的气动柔顺装置控制系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于PLC的气动柔顺装置控制系统，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。

优选地，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。

一种基于PLC的气动柔顺装置控制方法，该方法所述的控制系统，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。

优选地，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°。

优选地，对负载进行自动称重时以0.1N大小逐步增加气缸输出力。