[發(fā)明專利]基于力控傳感器的機(jī)器人末端裝夾誤差自動(dòng)修正方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810851428.5
• 申請(qǐng)日: 2018-07-27
• 公開（公告）號(hào): CN108972623B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱大虎;王志遠(yuǎn);華林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J19/00
• 分類號(hào): B25J19/00;B25J9/16
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 唐萬(wàn)榮;程力

1.一種基于力控傳感器的機(jī)器人末端裝夾誤差自動(dòng)修正方法，其特征在于：包括步驟，

S10、建立機(jī)器人末端夾持工具的受力模型，用于分析機(jī)器人加工過(guò)程中由于機(jī)器人末端裝夾誤差所導(dǎo)致的工件加工精度偏差問(wèn)題；

S20、在機(jī)器人末端夾持工具與工件表面初始接觸的動(dòng)態(tài)過(guò)程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)加工過(guò)程中力控傳感器的力數(shù)據(jù)信號(hào)，并根據(jù)受力模型計(jì)算裝夾誤差修正量；

S30、運(yùn)用機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解模型，將裝夾誤差修正量轉(zhuǎn)換為機(jī)器人各軸旋轉(zhuǎn)角修正量；

S40、將計(jì)算結(jié)果輸送至機(jī)器人控制器中，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人末端裝夾誤差的自動(dòng)修正；

在步驟S10中，機(jī)器人末端夾持工具為圓柱體形、工件表面為大型平面、工具用其旋轉(zhuǎn)的圓柱面對(duì)固定的工件表面進(jìn)行加工作業(yè)，機(jī)器人末端夾持工具的受力模型確定步驟為，

S101、確定機(jī)器人加工中工具-工件的實(shí)際接觸面形狀——理想情況下，工具-工件的接觸面應(yīng)該為圓柱面的一部分，但是由于機(jī)器人末端裝夾誤差，工具母線與工件表面不可避免地會(huì)產(chǎn)生一定的偏轉(zhuǎn)角α；

S102、確定機(jī)器人加工中工具-工件的動(dòng)態(tài)接觸力大小——機(jī)器人末端夾持工具與工件表面初始接觸的動(dòng)態(tài)過(guò)程中，工件的表面由于受到擠壓產(chǎn)生彈塑性變形，產(chǎn)生一定的位移Δx，變形力和位移Δx遵循胡克定律，且對(duì)于給定的工件材料，彈性模量E為常量，轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的彈性系數(shù)K即可計(jì)算出此點(diǎn)的接觸力；

S103、建立數(shù)學(xué)模型求解工具母線與工件表面的偏轉(zhuǎn)角α——運(yùn)用數(shù)學(xué)方法，對(duì)接觸面上所有點(diǎn)產(chǎn)生的接觸反力進(jìn)行合成，即得到合力F_合及力矩T，并存在如下函數(shù)關(guān)系：

其中，L表示工具母線與工件表面的理論接觸長(zhǎng)度；由于力控傳感器直接測(cè)量獲得合力F_合及力矩T，經(jīng)過(guò)函數(shù)關(guān)系計(jì)算求得偏轉(zhuǎn)角α，即為裝夾誤差修正量。

2.如權(quán)利要求1所述的基于力控傳感器的機(jī)器人末端裝夾誤差自動(dòng)修正方法，其特征在于：在步驟S20中，力控傳感器能實(shí)時(shí)檢測(cè)6維力信號(hào)，即X、Y、Z三個(gè)方向的力及其方向的力矩。

3.如權(quán)利要求1所述的基于力控傳感器的機(jī)器人末端裝夾誤差自動(dòng)修正方法，其特征在于：在步驟S30中，機(jī)器人無(wú)法根據(jù)受力模型計(jì)算的偏轉(zhuǎn)角α實(shí)現(xiàn)誤差修正，需要通過(guò)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解模型將偏轉(zhuǎn)角α轉(zhuǎn)換成機(jī)器人各軸運(yùn)動(dòng)角度，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解模型確定步驟為，

S301、根據(jù)D-H表示法建立相鄰坐標(biāo)系之間的關(guān)系，即：

X_i＝ⁱT_i+1·X_i+1

其中，X_i表示某點(diǎn)在第i軸坐標(biāo)系下的坐標(biāo)信息、X_i+1表示某點(diǎn)在第i+1軸坐標(biāo)系下的坐標(biāo)信息、ⁱT_i+1表示從第i+1軸坐標(biāo)系到第i軸坐標(biāo)系的變換矩陣，包括旋轉(zhuǎn)信息和平移信息；

S302、機(jī)器人第一軸到第六軸的坐標(biāo)系變換關(guān)系如下：

其中，⁰T₆表示從第六軸坐標(biāo)系到機(jī)器人基坐標(biāo)系變換矩陣、L表示工具母線與工件表面的理論接觸長(zhǎng)度、⁰R₆表示從第六軸坐標(biāo)系到機(jī)器人基坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)變換矩陣、⁰P₆表示從第六軸坐標(biāo)系到機(jī)器人基坐標(biāo)系平移變換矩陣、⁰T₁表示從第一軸坐標(biāo)系到機(jī)器人基坐標(biāo)系變換矩陣、¹T₂表示從第二軸坐標(biāo)系到機(jī)器人第一軸坐標(biāo)系變換矩陣、⁵T₆表示從第六軸坐標(biāo)系到機(jī)器人第五軸坐標(biāo)系變換矩陣；

S303、已知偏轉(zhuǎn)角α和從第六軸坐標(biāo)系到機(jī)器人基坐標(biāo)系變換矩陣⁰T₆，可求得各軸旋轉(zhuǎn)角修正量θ_i，此時(shí)，按計(jì)算所得的各軸旋轉(zhuǎn)角修正量θ_i更正到機(jī)器人控制器中，即可修正機(jī)器人末端夾具裝夾誤差。

4.如權(quán)利要求1所述的基于力控傳感器的機(jī)器人末端裝夾誤差自動(dòng)修正方法，其特征在于：在步驟S40中，計(jì)算結(jié)果通過(guò)DeviceNet通訊協(xié)議輸送到機(jī)器人控制器中，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人末端裝夾誤差的自動(dòng)修正。