[發明專利]基于力控傳感器的機器人末端裝夾誤差自動修正方法

有效

• 申請號: 201810851428.5
• 申請日: 2018-07-27
• 公開（公告）號: CN108972623B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 朱大虎;王志遠;華林
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: B25J19/00
• 分類號: 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: 唐萬榮;程力

本發明涉及一種基于力控傳感器的機器人末端裝夾誤差自動修正方法，建立機器人末端夾持工具的受力模型，用于分析機器人加工過程中由于機器人末端裝夾誤差所導致的工件加工精度偏差問題；在機器人末端夾持工具與工件表面初始接觸的動態過程中，實時監測加工過程中力控傳感器的力數據信號，并根據受力模型計算裝夾誤差修正量；運用機器人運動學逆解模型，將裝夾誤差修正量轉換為機器人各軸旋轉角修正量；將計算結果輸送至機器人控制器中，實現機器人末端裝夾誤差的自動修正。本發明通過將監測到的工具?工件接觸力信息轉變成機器人各軸運動量信息，能夠減小由于機器人末端裝夾誤差誤差所帶來的不良影響，提高機器人作業精度，操作簡單，調整速度快。

技術領域

本發明屬于工業機器人技術領域，具體涉及一種基于力控傳感器的機器人末端裝夾誤差自動修正方法。

背景技術

目前，工業機器人技術已廣泛應用于汽車、船舶、軌道交通、航空航天等制造加工領域。實際加工過程中，由于機器人末端裝夾誤差、CAD模型誤差等原因，易造成工具的母線不能總是垂直于待加工工件表面的法線，從而導致工具一端比另一端的受力大，加工完成后的零件表面出現深淺交替的紋路，嚴重時甚至會切去過多的材料，直接導致工件報廢。為了避免上述不良影響，需在加工過程中對已經產生的工具母線與工件表面的夾角進行修正和補償，提高工件加工質量。

目前修正裝夾誤差的方法主要有如下三種：1)借助掃描儀的點云匹配法；2)借助激光位移傳感器的測距法；3)借助PLC與變頻器的系統保護法。點云匹配法精度最高，誤差補償的效果最好，但是需要將整個工件進行掃描，計算量大、數據處理過程復雜，對于大型工件基本不可行；激光傳感器測距法需要事先標定激光傳感器，整個補償過程線下完成，是靜態過程；借助PLC與變頻器的系統保護法是通過讀取電機電流信號計算電機所受的外界阻力矩的過程，其核心仍然轉化到了受力問題上，另外該方法對動平衡較為敏感。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于力控傳感器的機器人末端裝夾誤差自動修正方法，本發明通過將監測到的工具-工件接觸力信息轉變成機器人各軸運動量信息，能夠減小由于機器人末端裝夾誤差誤差所帶來的不良影響，提高機器人作業精度，操作簡單，調整速度快。

本發明所采用的技術方案是：

一種基于力控傳感器的機器人末端裝夾誤差自動修正方法，包括步驟：

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

S20、在機器人末端夾持工具與工件表面初始接觸的動態過程中，實時監測加工過程中力控傳感器的力數據信號，并根據受力模型計算裝夾誤差修正量；

S30、運用機器人運動學逆解模型，將裝夾誤差修正量轉換為機器人各軸旋轉角修正量；

S40、將計算結果輸送至機器人控制器中，實現機器人末端裝夾誤差的自動修正。

在步驟S10中，機器人末端夾持工具為圓柱體形、工件表面為大型平面、工具用其旋轉的圓柱面對固定的工件表面進行加工作業，機器人末端夾持工具的受力模型確定步驟為：

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

S102、確定機器人加工中工具-工件的動態接觸力大小——機器人末端夾持工具與工件表面初始接觸的動態過程中，工件的表面由于受到擠壓產生彈塑性變形，產生一定的位移Δx，變形力和位移Δx遵循胡克定律，且對于給定的工件材料，彈性模量E為常量，轉化為對應的彈性系數K即可計算出此點的接觸力；

S103、建立數學模型求解工具母線與工件表面的偏轉角α——運用數學方法，對接觸面上所有點產生的接觸反力進行合成，即得到合力F_合及力矩T，并存在如下函數關系：