申请/专利权人：东北大学

申请日：2023-03-03

公开（公告）日：2024-04-16

公开（公告）号：CN116160300B

主分类号：B24B1/00

分类号：B24B1/00;B24B51/00;B24B49/00;B25J11/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.16#授权;2023.06.13#实质审查的生效;2023.05.26#公开

摘要：本发明公开一种协作机器人磨抛工艺控制方法，包括如下步骤：步骤1：在机器人末端和磨抛工具之间安装六维力力矩传感器，并自动辨别六维力力矩传感器的初始值和磨抛工具的重力参数；步骤2：标定待磨抛工件的用户坐标系，在示教中记录磨抛轨迹；步骤3：执行磨抛作业时，根据六维力力矩传感器采集的反馈力和力位混合控制调整磨抛工具与磨抛面间的接触力和磨抛工具姿态，完成磨抛作业。本发明方法使用力位混合控制的方法，实现了协作机器人完成磨抛作业的功能，用机器人代替人工，提升磨抛效果，改善劳动环境。

主权项：1.一种协作机器人磨抛工艺控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：在机器人末端和磨抛工具之间安装六维力力矩传感器，并自动辨别六维力力矩传感器的初始值和磨抛工具的重力参数；步骤2：标定待磨抛工件的用户坐标系，在示教中记录磨抛轨迹；步骤3：执行磨抛作业时，根据六维力力矩传感器采集的反馈力和力位混合控制调整磨抛工具与磨抛面间的接触力和磨抛工具姿态，完成磨抛作业；所述步骤1中六维力力矩传感器的初始值为：传感器在X轴、Y轴、Z轴方向的力和传感器在X轴、Y轴、Z轴方向的力矩；所述磨抛工具的重力参数为：工具重力GT和工具质心坐标LxLyLz；所述步骤2中示教记录磨抛轨迹的过程根据实际应用场景包括两种方式：第一种方式针对带状磨抛轨迹，通过手动拖拽机器人进行示教，在拖拽同时自动记录磨抛轨迹；第二种方式针对块状磨抛区域，通过在磨抛区域标定任意凸四边形的四个顶点或三角形的三个顶点对磨抛区域进行示教；所述步骤3具体为：步骤3.1：将六维力力矩传感器采集的反馈力发送给控制器；步骤3.2：对反馈力进行重力补偿和静力变换计算磨抛工具和磨抛面间的等效接触力；步骤3.3：基于力位混合控制获得笛卡尔空间下机器人末端总体速度；步骤3.4：基于机器人雅克比矩阵的微分变换，根据卡尔空间下机器人末端总体速度，得到关节空间下机器人各关节的角速度；步骤3.5：根据关节空间下机器人各关节的角速度，在每个控制周期得到各关节的目标位置，完成磨抛作业；所述步骤3.1中反馈力FS为六维力力矩形式：FS＝fxfyfztxtytzT其中，fx、fy、fz分别为X轴、Y轴、Z轴方向的力，tx、ty、tz分别为X轴、Y轴、Z轴方向的力矩；六维力力矩传感器的计算盒和控制器通过网线相连，通过UDP协议进行数据传输，同步周期与控制周期保持一致；所述步骤3.2具体为：步骤3.2.1：设传感器坐标系S在基坐标系中的方位通过如下的旋转矩阵R来描述： 其中，为传感器坐标系轴在基坐标系中的单位方向向量，为传感器坐标系轴在基坐标系中的单位方向向量，为传感器坐标系轴在基坐标系中的单位方向向量；步骤3.2.2：得到由于磨抛工具重力使传感器受到的力为：FG＝[GxGyGzMxMyMz]T其中，Gx＝axGT、Gy＝ayGT、Gz＝azGT、Mx＝GzLy-GyLz、My＝GxLz-GzLx、Mz＝GyLx-GxLy；步骤3.2.3：进行传感器坐标系S和工具坐标系T的静力变换，将传感器受力等效为磨抛工具和磨抛面之间的等效接触力FT： 其中，为传感器坐标系S到工具坐标系T的雅克比矩阵；当工具坐标系T相对于传感器坐标系S的齐次变换矩阵如下时： 得到具体形式如下： 其中，为工具坐标系T相对于传感器坐标系S的旋转矩阵，为工具坐标系T的原点在传感器坐标系S中的位置坐标；所述步骤3.3具体为：步骤3.3.1：在笛卡尔空间中，将磨抛工具末端点沿工具坐标系的轴、轴和轴平移运动分别称为Px、Py和Pz方向运动，磨抛工具末端点绕工具坐标系的轴、轴和轴旋转运动分别称为Rx、Ry和Rz方向运动；选择导纳控制理论做PzRxRy方向力控制，设在磨抛过程中磨抛工具和磨抛面间的期望接触力为fD，由于想要保证磨抛工具和磨抛面始终贴合，所以绕x轴和y轴方向的期望力矩为0，则期望力为：FD＝00fD000T则根据导纳控制得到笛卡尔空间中机器人末端加速度如下： 其中，xe、分别为机器人末端位置、速度、加速度偏差，xe由期望位置xD和当前实际位置x0作差得到xe＝xD-x0，同理M、B、K为6×6参数矩阵，分别称为惯性矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵，其中各项值由开发者根据机器人本体特性和实际调试效果指定；步骤3.3.2：则笛卡尔空间中机器人末端速度如下： 其中，和分别为机器人末端当前实际速度和加速度；步骤3.3.3：在PxPy方向按位置控制，根据示教中记录的磨抛轨迹，通过轨迹规划得到其笛卡尔空间中机器人末端速度由于位置控制和力控制得到的速度在笛卡尔空间下并不耦合，直接得机器人末端总体速度： 所述步骤3.4具体为：按机器人微分运动变换，得到关节空间下机器人运动角速度： 其中，Jq是机器人雅克比矩阵，使用微分变换法，由运动学中各关节之间的齐次变换矩阵求解；对于n个关节的机器人，设第i-1个关节到第i个关节的齐次变换矩阵为则从第i个关节到末端第n个关节的齐次变换矩阵为： 其中，则雅克比矩阵Jq的第i列Ji如下：

全文数据：

权利要求：

百度查询： 东北大学 一种协作机器人磨抛工艺控制方法

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