[發(fā)明專利]一種自由曲面的工業(yè)機器人自動磨拋系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710160344.2
• 申請日: 2017-03-17
• 公開（公告）號: CN106799738B
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發(fā)明（設計）人: 吳海彬;高裕強;何可耀
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: B25J11/00
• 分類號: B25J11/00;B25J9/16;B24B19/00;B24B51/00;B24B41/04;B24B47/12
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

1.一種自由曲面的工業(yè)機器人自動磨拋系統(tǒng)，其特征在于：包括上位機、工業(yè)機器人、機器人控制器、力傳感器、信號采集器、磨拋裝置和工作臺；所述上位機與所述信號采集器、所述機器人控制器相連，所述機器人控制器與所述工業(yè)機器人、所述磨拋裝置相連，所述信號采集器與所述力傳感器相連；所述工業(yè)機器人與所述磨拋裝置相連，所述力傳感器設置在所述磨拋裝置與工業(yè)機器人的連接處，所述工作臺用于固定工件；

其中，所述上位機包括機器人控制器通信模塊、信號采集器通信模塊、位姿坐標解算模塊、重力補償模塊、摩擦力補償模塊、磨拋軌跡控制模塊、磨拋邊界識別模塊和用戶界面；

所述位姿坐標解算模塊通過獲取工業(yè)機器人當前的關節(jié)信息，正向求解工業(yè)機器人運動學獲得工業(yè)機器人位姿信息；通過工業(yè)機器人的位姿信息逆向求解出工業(yè)機器人的關節(jié)信息；

所述重力補償模塊通過獲取工業(yè)機器人當前的姿態(tài)信息，計算出磨拋裝置的重力在傳感器坐標系下的分量，補償磨拋裝置重力的影響；

所述摩擦力補償模塊通過摩擦介質與工件的摩擦系數(shù)，修正接觸力的摩擦力分力，獲得磨拋介質與工件接觸力的可靠估計，并與當前工業(yè)機器人位姿比較，獲得工業(yè)機器人的位姿修正量，通過磨拋軌跡控制模塊生成機器人軌跡進給的位姿偏移量；將位姿修正量和位姿偏移量合并計算，并轉化為機器人的運動指令，發(fā)送至機器人控制器控制工業(yè)機器人向目標位姿運動，實現(xiàn)機器人磨拋時的位姿自動矯正和基于磨拋軌跡控制模塊生成的磨拋軌跡的自動磨拋；

所述磨拋邊界識別模塊用于限定機器人磨拋區(qū)域并判斷磨拋結束的條件。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種自由曲面的工業(yè)機器人自動磨拋系統(tǒng)，其特征在于：所述力傳感器具有相對且平行的安裝平面和工具平面，所述安裝平面通過連接件固定在所述工業(yè)機器人的末端法蘭上，工業(yè)機器人末端坐標系的Z軸與力傳感器坐標系的Z軸共線且同向，工業(yè)機器人末端坐標系的X軸與力傳感器坐標系的X軸平行且同向；所述工具平面通過安裝連接件與所述磨拋裝置固定。

3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種自由曲面的工業(yè)機器人自動磨拋系統(tǒng)，其特征在于：所述力傳感器包括六維力傳感器和三維力傳感器，用以檢測空間三維力的大小及方向。

4.根據(jù)權利要求1或2所述的一種自由曲面的工業(yè)機器人自動磨拋系統(tǒng)，其特征在于：所述信號采集器包括信號濾波放大器和數(shù)據(jù)采集卡。

5.一種基于權利要求1所述的自由曲面的工業(yè)機器人自動磨拋系統(tǒng)的方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟S1：開機通電，上位機與機器人控制器通信模塊、信號采集器通信模塊、位姿坐標解算模塊、重力補償模塊、摩擦力補償模塊和用戶界面的初始化；

步驟S2：設置磨拋工藝參數(shù)；

步驟S3：將工件用夾具固定在工作臺上；

步驟S4：設定工業(yè)機器人的磨拋運動區(qū)域；

步驟S5：設定磨拋參數(shù)，包括磨拋接觸力閾值大小、磨拋介質與工件的摩擦系數(shù)、磨拋進給速率，磨拋軌跡間距和磨拋軌跡方式；所述磨拋軌跡方式包括等間距掃描軌跡和等間距螺旋軌跡；

步驟S6：磨拋磨削力作用在磨拋介質上，力傳感器檢測到外力，所述外力包括磨拋裝置的重力和磨拋時的磨拋介質與工件間的摩擦力，力傳感器檢測到的力信號傳輸至力傳感器控制器；

步驟S7：力傳感器控制器將力信號放大和濾波，信號采集器中的數(shù)據(jù)采集卡采集力控制器處理后的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳輸至上位機；

步驟S8：上位機讀取并保存工業(yè)機器人當前時刻的關節(jié)信息，通過位姿坐標解算模塊計算當前磨拋裝置的位姿；

步驟S9：由當前磨拋裝置的姿態(tài)，通過重力補償模塊計算當前磨拋裝置在工具坐標系下產生的分力；

步驟S10：將步驟S7處理后的數(shù)據(jù)通過摩擦力補償模塊處理獲得磨拋介質與工件接觸力；

步驟S11：計算在機器人坐標系下，磨拋介質轉動軸與接觸力法向的關系，計算機器人位姿的調節(jié)量；

步驟S12：計算機器人軌跡進給量，附加到機器人姿態(tài)調節(jié)量；

步驟S13：將機器人位姿的調節(jié)量轉換成機器人運動指令，發(fā)送至機器人控制器，控制工業(yè)機器人向目標位姿運動；

步驟S14：上位機記錄所有已經運動過的軌跡，根據(jù)邊界信息判斷曲面磨拋情況，磨拋完成后控制機器人安全運動至初始位置。

6.根據(jù)權利要求5所述的一種基于自由曲面的工業(yè)機器人自動磨拋系統(tǒng)的方法，其特征在于：所述步驟S10具體為：工業(yè)機器人在任一姿態(tài)下，上位機得到力傳感器檢測到的外力讀數(shù)F，減去該姿態(tài)下由磨拋裝置重力G引起的外力偏差值^SF_G獲得^SF_removeG，并通過摩擦力補償矩陣M解算出接觸力的可靠估計^SF_contact：

^SF_removeG＝F-^SF_G (1)

^SF_contact＝M·^SF_removeG (2)。