[发明专利]一种二自由度磨抛接触力控制方法及系统

说明书

本发明属于磨抛接触力控制领域，并具体公开了一种二自由度磨抛接触力控制方法及系统，其首先采集二自由度力控装置相对于世界坐标系的角度变化信息及x向力信息F_x1及y向力信息F_y1；根据角度变化信息对F_x1及F_y1进行重力补偿，获得F_x及F_y，根据F_x和F_y计算接触正压力F_c；将F_c与期望接触力进行比较得到力误差，根据力误差计算磨头在接触力方向的速度控制量，并计算磨头切向速度控制量；根据磨头在接触力方向的速度控制量与切向速度控制量获得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头与零件的实际接触力达到期望接触力。本发明可实现二自由度磨抛加工中接触力的控制，保证磨抛加工稳定进行，加工效率高。

技术领域

本发明属于磨抛接触力控制领域，更具体地，涉及一种二自由度磨抛接触力控制方法及系统。

背景技术

随着科学技术发展日新月异，复杂曲面在航空航天、汽车、船舶等领域的应用日益广泛。这些曲面不能由初等解析曲面组成，难以获得自由复杂曲面的精确解析解，因此复杂曲面的精加工是亟待解决的制造难题。

目前自由曲面的表面精加工主要有数控抛光技术和人工手工研磨的方式。其中，数控抛光技术存在数控机床价格昂贵和加工效率低的缺点，而人工抛光劳动强度大，加工效率低，工作环境恶劣，同时工件精度受工人技术熟练程度影响很大，严重制约了工件的表面质量。与传统加工方式相比，机器人系统有着灵活性好，通用性强，易于拓展等优点，因此研究机器人夹持末端执行器的恒力磨抛系统及方法很有必要。

在恒力磨抛系统及方法中需实现接触力的控制，主要包括单自由度接触力控制和二自由度接触力控制，单自由度的接触力控制方法存在耗时长和容易过抛的问题，二自由度接触力控制可以大大提升磨抛效率，并在一定程度上更有利于避免过抛的问题。但对于如何实现二自由度接触力的有效控制，目前的研究较少，为了实现二自由度接触力的有效的实时控制，有必要进行进一步的研究。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种二自由度磨抛接触力控制方法及系统，其通过力位解耦实现二自由度磨抛加工中接触力的控制，使得磨抛接触力始终等于期望接触力，保证稳定顺应的磨抛加工过程，提高了加工效率，可对零件进行稳定高效的打磨及抛光。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种二自由度磨抛接触力控制方法，其包括如下步骤：

S1采集用于实现磨抛的二自由度力控装置相对于世界坐标系的角度变化信息以及二自由度力控装置的x向力信息F_x1及y向力信息F_y1；

S2根据角度变化信息对x向力信息及y向力信息进行重力补偿，获得补偿后的x向力信息F_x及y向力信息F_y，根据F_x和F_y计算得到接触正压力F_c；

S3将接触正压力F_c与预设的期望接触力进行比较得到力误差，根据力误差计算出磨头在接触力方向的速度控制量，根据磨头在x向位置信息及y向位置信息计算出磨头切向速度控制量；

S4将计算出的磨头在接触力方向的速度控制量与切向速度控制量通过解耦矩阵分解至二自由度力控装置的x和y向上，获得二自由度力控装置x及y向速度控制量；

S5利用二自由度力控装置x及y向速度控制量实现二自由度力控装置x及y向的运动控制，使得磨头与零件的实际接触力达到期望接触力。

作为进一步优选的，具体采用如下方式进行重力补偿：

(1)计算二自由度力控装置x向及y向的补偿量：