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专利号: 2020110241692
申请人: 天津理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 磨削;抛光
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种机器人力控末端执行器的控制方法,其特征在于,机器人力控末端执行器包括:连接法兰(1)、音圈电机模块(2)、力传感器(9)、控制器和打磨模块(10),所述音圈电机模块(2)包括:音圈电机、支架(3)、直线导轨(7)和位移传感器(4),所述直线导轨(7)和所述音圈电机的定子(5)均固装在所述支架(3)上,所述音圈电机的动子(6)与直线导轨(7)上的滑块固装,所述连接法兰(1)与支架(3)固装,用于将音圈电机模块(2)与机器人固装,所述力传感器(9)的一端与所述音圈电机的动子(6)固装,另一端安装有所述打磨模块(10),用于检测该打磨模块(10)的接触力和力矩,所述位移传感器(4)安装在所述直线导轨(7)上,用于检测所述动子(6)的位置,所述打磨模块(10)包括:电主轴(15)以及固装在该电主轴(15)一端的打磨头(13);

所述控制器读取所述力传感器(9)和位移传感器(4)的信号并控制所述音圈电机和电主轴(15);

控制方法包括以下步骤:

步骤1,将机器人力控末端执行器中音圈电机的动子(6)的行程的中间位置定义为运动参考位置Pd,采用PD控制方法使音圈电机的动子(6)保持在运动参考位置Pd;

基于宏运动控制算法使机器人移动机器人力控末端执行器,使机器人力控末端执行器不与待加工物体接触,所述控制器读取所述力传感器(9)的力值,机器人的控制柜采集机器人的姿态,将力传感器(9)的力值以此时的姿态进行投影,得到该姿态下力传感器9的力值为打磨模块(10)的质量M;对所述力传感器(9)的力值进行补偿处理:控制器将力传感器(9)的获得力值减去质量M作为补偿后力值;

步骤2,使机器人移动机器人力控末端执行器并向待加工物体靠近,基于补偿后力值,控制器判断所述打磨头(13)是否与待加工物体接触,当所述打磨头(13)与待加工物体接触时,进行步骤3;当所述打磨头(13)与待加工物体不接触时,使机器人移动机器人力控末端执行器继续向待加工物体靠近直至所述打磨头(13)与待加工物体接触;

步骤3,将期望力传感器(9)获得的力值设定为fr,使机器人移动机器人力控末端执行器且力传感器(9)此时获得的力值为f,f大于fr,设定η1为待加工物体和打磨头(13)之间的摩擦系数且η1<η2,η2为0.6~1.2,首先,调整f以使η1fr<f‑fr<η2fr,此时使机器人移动机器人力控末端执行器的速度降低至原速度的0.5;

在使机器人移动机器人力控末端执行器的速度降低至原速度的0.5的前提下,当η2fr<f‑fr<2fr时,使机器人移动机器人力控末端执行器的速度降低至接近零,控制器将PD控制方法切换为自适应阻抗控制方法,使保持在运动参考位置Pd的动子(6)开始移动直至f=fr;

步骤4,使机器人调整机器人力控末端执行器在待加工物体表面的姿态和位置,所述控制器读取所述力传感器(9)的力矩值M1,打磨头(13)与待加工物体表面接触期望力矩值为Mr,计算M1和Mr的偏差,将偏差转换为机器人调整机器人力控末端执行器的偏转角度;

所述控制器读取位移传感器(4)读数,检测音圈电机的动子(6)的位置,将此时位置与运动参考位置Pd的误差反馈至机器人的控制柜,基于宏运动控制算法使机器人沿音圈电机运动方向移动,采用自适应阻抗控制方法使音圈电机的动子(6)移动至运动参考位置Pd,机器人使移动机器人力控末端执行器沿着待加工物体表面开始移动且此时启动电主轴(15);

步骤5,当力传感器(9)获得的力值f小于fr,重复步骤2~4。

2.根据权利要求1所述的控制方法,其特征在于,所述力传感器(9)通过一安装法兰(8)与所述音圈电机的动子(6)固装。

3.根据权利要求1或2所述的控制方法,其特征在于,所述电主轴(15)与所述直线导轨(7)上滑块的滑动方向平行或垂直。

4.根据权利要求3所述的控制方法,其特征在于,当所述电主轴(15)与所述直线导轨(7)上滑块的滑动方向平行时,所述打磨模块(10)还包括:套筒(11),所述套筒(11)安装在所述力传感器(9)上,所述电主轴(15)的一端位于所述套筒(11)内且另一端从所述套筒(11)伸出并与所述打磨头(13)固装。

5.根据权利要求4所述的控制方法,其特征在于,所述电主轴(15)通过固定法兰(12)与所述套筒(11)固装。

6.根据权利要求3所述的控制方法,其特征在于,当所述电主轴(15)与所述直线导轨(7)上滑块的滑动方向垂直时,所述打磨模块(10)还包括:用于将所述电主轴(15)固装在所述力传感器(9)上的固定卡箍(14),所述电主轴(15)通过所述固定卡箍(14)与所述力传感器(9)连接。

7.根据权利要求6所述的控制方法,其特征在于,在所述步骤1中,宏运动控制算法为基于重力补偿的PD控制方法。

8.根据权利要求6所述的控制方法,其特征在于,在所述步骤2中,当补偿后力值处于力归零状态误差范围时,所述打磨头(13)与待加工物体不接触;当补偿后力值处于力归零状态误差范围外时,所述打磨头(13)与待加工物体接触。

9.根据权利要求8所述的控制方法,其特征在于,在所述步骤3中,所述自适应阻抗控制方法通过引入间接自适应控制方法,设计自适应控制器,实现音圈电机的动子(6)的位移跟踪情况下对fr的跟踪。