[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

本發明屬于磨拋接觸力控制領域，并具體公開了一種二自由度磨拋接觸力控制方法及系統，其首先采集二自由度力控裝置相對于世界坐標系的角度變化信息及x向力信息F_x1及y向力信息F_y1；根據角度變化信息對F_x1及F_y1進行重力補償，獲得F_x及F_y，根據F_x和F_y計算接觸正壓力F_c；將F_c與期望接觸力進行比較得到力誤差，根據力誤差計算磨頭在接觸力方向的速度控制量，并計算磨頭切向速度控制量；根據磨頭在接觸力方向的速度控制量與切向速度控制量獲得x及y向速度控制量；在x及y向速度控制量控制下使得磨頭與零件的實際接觸力達到期望接觸力。本發明可實現二自由度磨拋加工中接觸力的控制，保證磨拋加工穩定進行，加工效率高。

技術領域

本發明屬于磨拋接觸力控制領域，更具體地，涉及一種二自由度磨拋接觸力控制方法及系統。

背景技術

隨著科學技術發展日新月異，復雜曲面在航空航天、汽車、船舶等領域的應用日益廣泛。這些曲面不能由初等解析曲面組成，難以獲得自由復雜曲面的精確解析解，因此復雜曲面的精加工是亟待解決的制造難題。

目前自由曲面的表面精加工主要有數控拋光技術和人工手工研磨的方式。其中，數控拋光技術存在數控機床價格昂貴和加工效率低的缺點，而人工拋光勞動強度大，加工效率低，工作環境惡劣，同時工件精度受工人技術熟練程度影響很大，嚴重制約了工件的表面質量。與傳統加工方式相比，機器人系統有著靈活性好，通用性強，易于拓展等優點，因此研究機器人夾持末端執行器的恒力磨拋系統及方法很有必要。

在恒力磨拋系統及方法中需實現接觸力的控制，主要包括單自由度接觸力控制和二自由度接觸力控制，單自由度的接觸力控制方法存在耗時長和容易過拋的問題，二自由度接觸力控制可以大大提升磨拋效率，并在一定程度上更有利于避免過拋的問題。但對于如何實現二自由度接觸力的有效控制，目前的研究較少，為了實現二自由度接觸力的有效的實時控制，有必要進行進一步的研究。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種二自由度磨拋接觸力控制方法及系統，其通過力位解耦實現二自由度磨拋加工中接觸力的控制，使得磨拋接觸力始終等于期望接觸力，保證穩定順應的磨拋加工過程，提高了加工效率，可對零件進行穩定高效的打磨及拋光。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提出了一種二自由度磨拋接觸力控制方法，其包括如下步驟：

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；

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。

作為進一步優選的，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：