[发明专利]一种具备力反馈控制的五轴联动抛光系统

权利要求书

1.一种具备力反馈控制功能的五轴联动抛光系统，其特征是：包括机器人本体、抛光刀具、力传感器、用于驱动机器人运动的驱动模块、用于信号输入与输出的IO模块、以及用于系统控制的控制模块；

所述的机器人本体结构为五轴龙门式；抛光刀具一端与机器人本体相连接，另一端可绕该连接点自由摆动；所述的五轴为X、Y、Z三个平动轴和A、C两个摆动轴，其中，X、Y、Z轴中的任意两轴互相垂直，用于实现机器人本体在三维空间中任意位置的定位；A轴是抛光刀具相对于X轴与Y轴所构成的XY平面的摆动轴，C轴是抛光刀具在XY平面内相对于X轴的摆动轴，X、Y、Z、A与C轴用于实现抛光刀具的摆动端在三维空间中任意位置和方向的定位；

所述的力传感器安装在机器人本体与刀具之间，假设抛光刀具与机器人本体之间的连接点为M，抛光刀具与待抛光工件抛光面的某一接触点为P，所述的力传感器用于检测刀具在P点进行抛光作业时，沿轴线PM方向的抛光力；

工作状态时，在三维空间中，设定抛光刀具在抛光面的目标抛光轨迹，以及在该目标抛光轨迹中某一点P的目标抛光力为Fp；通过控制模块控制驱动模块，以驱动机器人本体运动至三维空间中的M(x,y,z)位置，带动抛光刀具在抛光位置P点进行抛光，根据抛光刀具在P点的摆动坐标值(a,c)以及长度L得到P点在三维空间的坐标为P（x+Lcos(a)cos(c)，y+Lcos(a)sin(c)，z+Lsin(a)）；力传感器检测出在P点沿PM方向的实际抛光力为Fc，通过IO模块输入该信息至控制模块，控制模块根据在P点的目标抛光力与实际抛光力之间的误差Fe=Fp-Fc，控制驱动模块进行修正，以补偿机器人本体在三维空间上的进给量（dx，dy，dz）分别为（Fe P_f cos(a)cos(c),Fe P_f cos(a)sin(c),Fe P_fsin(a)），其中P_f指代该位置修正的速率，从而实现P点的抛光力达到目标抛光力。

2.根据权利要求1所述的一种具备力反馈控制功能的五轴联动抛光系统，其特征是：所述的抛光刀具与机器人本体通过夹具相连接。

3.根据权利要求1所述的一种具备力反馈控制功能的五轴联动抛光系统，其特征是：所述的控制模块与驱动模块、IO模块之间通过EtherCAT总线实现通讯。

4.根据权利要求1所述的一种具备力反馈控制功能的五轴联动抛光系统，其特征是：所述的驱动模块包括驱动机器人沿X轴运动的X轴伺服电机，沿Y轴运动的Y轴伺服电机，沿Z轴运动的Z轴伺服电机，沿A轴运动的A轴伺服电机，沿C轴运动的C轴伺服电机；其中，X轴伺服电机由X轴伺服驱动器驱动，Y轴伺服电机由Y轴伺服驱动器驱动，Z轴伺服电机由Z轴伺服驱动器驱动，A轴伺服电机由A轴伺服驱动器驱动，C轴伺服电机由C轴伺服驱动器驱动。

5.根据权利要求1所述的一种具备力反馈控制功能的五轴联动抛光系统，其特征是：所述的控制模块包括控制器以及控制软件，控制软件运行于控制器上，实现机器人回零点、手动Jog控制、抛光轨迹控制以及抛光力控制。

6.根据权利要求5所述的一种具备力反馈控制功能的五轴联动抛光系统，其特征是：所述的控制软件包括抛光运动规划模块、ADS通讯模块、软PLC模块、人机界面模块；具体控制流程如下：

（1）用户输入待抛光工件的抛光加工程序；

（2）抛光运动规划模块读入抛光加工程序，并检查语法正确性，然后对文本形式的加工程序进行译码，并将译码结果存入队列；接着根据译码结果插补计算机器人本体的运动轨迹、速度和加速度值；最后将插补结果存入轨迹数据队列等待通信模块；

（3）ADS通讯模块将抛光运动规划模块的轨迹数据发送到软PLC模块，驱动电机运动并将电机的转速、位置、IO信号等传送给人机界面模块实时显示；

（4）待软PLC模块接收到运动规划模块发送的轨迹数据后，按照相应的速度驱动电机运动，实现五轴联动控制；此外，当开启力反馈控制后，力控制部分会根据力传感器4反馈的实际抛光力数据和目标抛光力之间的误差动态调整五个电机轴的数据，以实现抛光力、位置混合控制。

7.根据权利要求6所述的一种具备力反馈控制功能的五轴联动抛光系统，其特征是：所述的控制软件还包括运动仿真模块，用于实现机器人运动和限位信号的仿真。

8.根据权利要求1所述的一种具备力反馈控制功能的五轴联动抛光系统，其特征是：所述的P_f为线性值。