[发明专利]一种大型薄壁构件镜像加工支撑侧的支撑方法

摘要

本发明一种大型薄壁构件镜像加工支撑侧的支撑方法属于一种工业机器人加工应用技术领域，涉及一种基于阻抗控制的大型薄壁构件镜像加工支撑侧近恒刚度支撑方法。方法采用支撑机器人与加工机器人对大型薄壁构件进行镜像加工；采用阻抗控制策略根据力传感器的反馈信息，自动调整支撑机构的姿态和位置，实现位置、姿态和力的混合控制；用力传感器测量支撑力信号，实时反馈支撑力大小与表面法矢改变情况，由数据采集卡进行A/D转换后传输给工控机，将测量所得的支撑力信号进行处理，在原有的轨迹上进行修正，实现支撑力的精确与稳定控制。该方法实现简单，支撑力超调小，适于大型薄壁件的镜像加工，可提高加工效率与加工精度。

主权项

1.一种大型薄壁件镜像加工支撑侧的支撑方法，其特征是，方法采用支撑机器人的伺服控制驱动器与加工机器人的伺服控制驱动器分别驱动支撑机器人与加工机器人，对大型薄壁构件进行镜像加工；采用阻抗控制策略根据力传感器的反馈信息，自动调整支撑机构的姿态和位置，实现位置、姿态和力的混合控制；阻抗控制算法中用力传感器测量支撑力信号，实时反馈支撑力大小与表面法矢改变情况，并由数据采集卡进行A/D转换后传输给工控机，将测量所得的支撑力信号进行处理计算转变为相应的修正位移，在原有的轨迹上进行修正，考虑系统稳定性要求以及精度要求，基于模糊自适应控制策略，实现支撑力的精确与稳定控制；方法具体步骤如下：步骤一：针对复杂曲面工件进行加工前轨迹规划，以确定支撑机器人(2)的轨迹和位姿参数，获取支撑触点轨迹；步骤二：支撑机器人按照伺服控制驱动器输入的加工轨迹规划程序文件按照轨迹规划运动，带动安装在支撑机器人(2)末端的支撑装置(9)与加工表面接触；与加工表面相互接触加工时，通过力传感器(4)采集测量应变信号F′_m，经信号转化与放大、滤波处理，输出可以识别的数字信号Fa传递给工控机(8)；步骤三：工控机(8)将收集到的数字信号Fa从力传感器坐标系转换为世界坐标系下的应变信号F_m，按照重量补偿算法进行重量补偿计算，最后将测量结果转换为实际的支撑力F_c，重力补偿算法即：F_c＝F_m‑F_g                     (1)式中：F_g为支撑装置当前位姿下的重力矢量；工控机(8)将实际的支撑力F_c与设定的期望支撑力F_d进行比较计算：e_f＝F_c‑F_d                     (2)得到力误差值e_f；步骤四：将力误差值e_f采用阻抗控制策略转换为位置补偿值Δx，将位置补偿值Δx与轨迹规划值X_p进行叠加修正，得到实时支撑位置X_d的值，为在世界坐标系下的X坐标方向的位置值；其中阻抗控制策略的表达式如下：其中，m_d为期望惯量，b_d为期望阻尼，t为当前时间，σ_i为权重因子，T为采样周期，[t/T]为取整运算；其中σ_i采用模糊控制T‑S法计算；设[‑X_e,X_e]，[‑X_ec,X_ec]和[‑Y_σ,Y_σ]为支撑力误差e、支撑力误差变化率ec与权重值σ_i的数值范围，归一化成七个语言值；模糊输入子集与模糊输出子集都定义为七个语言值；使用隶属度函数计算对每个语言值的隶属度；在上述基础上，设Q_e，Q_ec分别为支撑力误差e、支撑力误差变化率ec的量化因子，对模糊输入子集与模糊输出子集进行归一化；Q_e，Q_ec的计算公式为：采用Mamdani模糊推理方法，从规则表中推导出不同模糊集子集的输出隶属度，解模糊法采用面积重心法，取隶属函数曲线与横坐标包围区域中心的对应横坐标值作为模糊集合的代表值，在论域U上u_j处的隶属度为A_j(e,ec)，则面积重心对应的横坐标可表示为：设G_σ为σ从模糊论域映射到经典集合的量化因子，则G_σ为：则σ的精确值为：σ＝G_σσ^*                        (9)在计算机中采用LabVIEW实现阻抗控制策略；步骤五：将修正后的X_d、Y_d、Z_d转换为支撑机器人(2)关节空间变量θ，支撑机器人的伺服控制驱动器(5)按照关节空间变量θ控制支撑机器人做反馈调整，支撑机器人(2)运动带动末端支撑装置(9)达到调整后的位置和姿态，实现镜像铣削过程中的支撑力的大小恒定和可控。