[發明專利]一種二自由度磨拋接觸力控制方法及系統

有效

• 申請號: 201810820336.0
• 申請日: 2018-07-24
• 公開（公告）號: CN108972343B
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發明（設計）人: 趙歡;李鼎威;陳凡;陳霖;丁漢
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B24B51/00
• 分類號: B24B51/00
• 代理公司: 42201 華中科技大學專利中心
• 代理人: 張彩錦;曹葆青

1.一種二自由度磨拋接觸力控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1采集用于實現磨拋的二自由度力控裝置相對于世界坐標系的角度變化信息γ和β以及二自由度力控裝置的x向力信息F_x1及y向力信息F_y1，其中，γ為二自由度力控裝置相對于世界坐標系X軸的旋轉角度，β為二自由度力控裝置相對于世界坐標系Y軸的旋轉角度；

S2根據角度變化信息對x向力信息及y向力信息進行重力補償，獲得補償后的x向力信息F_x及y向力信息F_y，根據F_x和F_y計算得到接觸正壓力F_c；

S3將接觸正壓力F_c與預設的期望接觸力進行比較得到力誤差，根據力誤差計算出磨頭在接觸力方向的速度控制量，根據磨頭在x向位置信息及y向位置信息計算出磨頭切向速度控制量；

S4將計算出的磨頭在接觸力方向的速度控制量與切向速度控制量通過解耦矩陣分解至二自由度力控裝置的x和y向上，獲得二自由度力控裝置x及y向速度控制量；

S5利用二自由度力控裝置x及y向速度控制量實現二自由度力控裝置x及y向的運動控制，使得磨頭與零件的實際接觸力達到期望接觸力。

2.如權利要求1所述的二自由度磨拋接觸力控制方法，其特征在于，具體采用如下方式進行重力補償：

(1)計算二自由度力控裝置x向及y向的補償量：

F_x2＝G₀×sin(γ)

F_y2＝G₀×cos(γ)cos(β)

其中，F_x2為二自由度力控裝置x向的補償量，F_y2為二自由度力控裝置y向的補償量，G₀為與力傳感器相連的磨頭電機及磨頭的重力；

(2)計算補償后的x向力信息F_x及y向力信息F_y：

F_x＝F_x1-F_x2

F_y＝F_y1-F_y2。

3.如權利要求1或2所述的二自由度磨拋接觸力控制方法，其特征在于，接觸正壓力F_c采用如下公式計算：

其中，μ為接觸正壓力F_c與切向磨拋力F_f之間的系數。

4.如權利要求1所述的二自由度磨拋接觸力控制方法，其特征在于，具體采用如下公式計算出磨頭在接觸力方向的速度控制量：

其中，u₁(t)為磨頭在接觸力方向的速度控制量，K_p為比例系數，K_i為積分系數，K_d為微分項系數，e(t)為力誤差，e(t)＝期望接觸力F_d-接觸正壓力F_c，t為時間。

5.如權利要求1所述的二自由度磨拋接觸力控制方法，其特征在于，具體采用如下公式計算出磨頭切向速度控制量：

其中，u₂(t)為磨頭切向速度控制量，K_p為比例系數，K_i為積分系數，K_d為微分項系數，p(t)位置誤差，p(t)＝cos(α)×Y_p-sin(α)×X_p，X_p為磨頭在x方向的位置信息，Y_p為磨頭在y方向的位置信息，t為時間，α為F_x與F_c的夾角。