本發(fā)明涉及一種機(jī)器人打磨作業(yè)控制方法，尤其涉及一種基于力傳感器的機(jī)器人精確打磨作業(yè)控制方法。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)中，金屬鑄造技術(shù)占有非常重要的地位。金屬鑄造是將金屬熔煉成符合一定要求的液體并澆進(jìn)鑄型里，經(jīng)冷卻凝固、清整處理后得到有預(yù)定形狀、尺寸和性能的鑄件的工藝過程。鑄件處理和檢驗(yàn)是金屬鑄造過程中的關(guān)鍵步驟之一，鑄件處理包括打磨鑄件，清除鑄件表面異物、切除澆冒口、鏟磨毛刺和披縫等凸出物。

在傳統(tǒng)金屬鑄造過程中，打磨鑄件的工序主要通過技工使用銼刀、電動(dòng)砂輪或控制遙操作機(jī)器人來完成，這個(gè)過程極其耗費(fèi)人力且效率低下。此外，由于打磨工藝需要對(duì)鑄件實(shí)施精確的力控制，傳統(tǒng)打磨方法依靠技工經(jīng)驗(yàn)操作，加工精度較差。

因此，亟待解決上述問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供一種基于力傳感器的，可有效提高鑄件打磨精度和效率的機(jī)器人打磨作業(yè)控制方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明公開了一種基于力傳感器的機(jī)器人打磨作業(yè)控制系統(tǒng)，包括：用于調(diào)整機(jī)器人當(dāng)前運(yùn)動(dòng)矢量的pid控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)；該執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括：六自由度機(jī)械臂、用于檢測(cè)機(jī)器人在打磨作業(yè)過程中刀具在三維空間坐標(biāo)系上x、y、z軸方向受到的壓力和扭力的六維力傳感器、柔性夾具、通過所述柔性夾具與六維力傳感器相連的刀具和通過感知刀具與鑄件的作用力狀態(tài)并輸出受力狀態(tài)的二值信號(hào)至所述pid控制器的觸覺開關(guān)傳感器；該六維力傳感器安裝在六自由度機(jī)械臂的末端，刀具與六維力傳感器通過柔性夾具相連，觸覺開關(guān)傳感器安裝在柔性夾具上且該觸覺開關(guān)傳感器與刀具相接觸。

進(jìn)一步的，所述柔性夾具在三維空間坐標(biāo)系上x、y、z軸方向均具有柔性。

本發(fā)明還公開了一種基于力傳感器的機(jī)器人打磨作業(yè)的控制方法，包括以下步驟：

a.根據(jù)鑄件打磨要求輸入機(jī)器人期望位移矢量和期望作用力矢量

b.根據(jù)六維力傳感器得到的各軸方向上受到的壓力、扭力及觸覺開關(guān)傳感器的輸出信號(hào)，通過pid控制器調(diào)整機(jī)器人當(dāng)前運(yùn)動(dòng)矢量實(shí)現(xiàn)機(jī)器人打磨。

進(jìn)一步的，具體包括以下步驟：

a.輸入機(jī)器人的期望位移和期望作用力至pid控制器；

b.通過六維力傳感器和觸覺開關(guān)傳感器檢測(cè)到機(jī)器人當(dāng)前實(shí)際位移

c.計(jì)算機(jī)器人的期望位移與當(dāng)前實(shí)際位移的差值

d.根據(jù)機(jī)器人的性能參數(shù)，通過pid控制器計(jì)算出機(jī)器人從當(dāng)前實(shí)際位移移動(dòng)到期望位移所需要的激勵(lì)電信號(hào)

e.六維力傳感器實(shí)時(shí)采集三維空間坐標(biāo)系上x、y、z軸方向受到的壓力和扭力并輸出原始信號(hào)該原始信號(hào)經(jīng)濾波器處理后得到當(dāng)前六維力傳感器信號(hào)

f.計(jì)算期望作用力與當(dāng)前六維力傳感器信號(hào)的差值通過比例控制器輸出對(duì)機(jī)器人的激勵(lì)信號(hào)當(dāng)鑄件與刀具未接觸時(shí)，觸覺開關(guān)傳感器輸出信號(hào)為0，不參與機(jī)器人控制，此時(shí)機(jī)器人的控制信號(hào)當(dāng)鑄件與刀具充分接觸時(shí)，觸覺開關(guān)傳感器輸出信號(hào)為1，參與機(jī)器人控制，此時(shí)機(jī)器人的控制信號(hào)

g.機(jī)器人在上述控制信號(hào)u的作用下移動(dòng)；

h.回到步驟2通過六維力傳感器和觸覺開關(guān)傳感器檢測(cè)到的機(jī)器人重新實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)當(dāng)前實(shí)際位移并將數(shù)據(jù)反饋到控制系統(tǒng)中，構(gòu)成反饋回路，根據(jù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的期望位移和期望作用力不斷調(diào)整機(jī)器人的當(dāng)前位移實(shí)現(xiàn)打磨作業(yè)。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)：

首先，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)通過六維力傳感器信號(hào)引導(dǎo)機(jī)器人移動(dòng)刀具，并以適當(dāng)?shù)那邢髁?duì)鑄件進(jìn)行打磨，使打磨作業(yè)不再僅僅依靠技工的操作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，有效提升了打磨作業(yè)的效率和精度，使批量生產(chǎn)鑄件在性能上具有更好的一致性；

其次，本發(fā)明是通過六維力傳感器感知打磨過程中的作用力，操作者可遠(yuǎn)離鑄件對(duì)機(jī)器人進(jìn)行遙操作控制，有效避免了打磨作業(yè)過程中產(chǎn)生的金屬碎屑對(duì)操作者造成危害。

附圖說明

圖1為本發(fā)明控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；其中：1.六自由度機(jī)械臂；2.六維力傳感器；3.柔性夾具；4.觸覺開關(guān)傳感器；5.刀具；6.工作臺(tái)；7.鑄件；

圖2為本發(fā)明的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。

如圖1所示的一種基于力傳感器的機(jī)器人打磨作業(yè)控制系統(tǒng)，其執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括：六自由度機(jī)械臂1、六維力傳感器2、柔性夾具3、觸覺開關(guān)傳感器4和刀具5。該六維力傳感器2安裝在六自由度機(jī)械臂1的末端，刀具5與六維力傳感器2通過柔性夾具3連接，觸覺開關(guān)傳感器4安裝在柔性夾具3上，并與刀具5接觸，其中，該六維力傳感器2用于檢測(cè)機(jī)器人在進(jìn)行打磨作業(yè)過程中刀具5在三維空間坐標(biāo)系上x、y、z軸方向受到的壓力和扭力，柔性夾具3在三維空間坐標(biāo)系上x、y、z軸方向均有一定柔性，用于連接刀具與六維力傳感器，觸覺開關(guān)傳感器4通過感知刀具5與鑄件的作用力狀態(tài)并輸出受力狀態(tài)的二值信號(hào)，用于確定力傳感器輸出信息只有在刀具5與鑄件接觸狀態(tài)下才參與機(jī)器人的打磨作業(yè)控制。

工作過程：如圖2所示，本發(fā)明根據(jù)鑄件打磨要求輸入機(jī)器人期望位移矢量和期望作用力矢量根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)流程圖六維力傳感器各軸的壓力、扭力及觸覺開關(guān)傳感器的輸出信號(hào)，通過pid控制器調(diào)整機(jī)器人當(dāng)前運(yùn)動(dòng)矢量從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的精確打磨。

具體地講：機(jī)器人打磨作業(yè)主要通過控制兩個(gè)參數(shù)來完成，即機(jī)器人的期望位移和刀具的期望作用力設(shè)某一時(shí)刻機(jī)器人的期望位移為期望作用力為機(jī)器人運(yùn)動(dòng)傳感器檢測(cè)到的機(jī)器人當(dāng)前實(shí)際位移為此時(shí)機(jī)器人期望位移與實(shí)際位移的差值為再根據(jù)實(shí)際機(jī)器人的性能參數(shù)，通過pid控制器即可計(jì)算出機(jī)器人從當(dāng)前位移移動(dòng)到期望位移所需要的激勵(lì)電信號(hào)同時(shí)，機(jī)器人上的六維力傳感器會(huì)實(shí)時(shí)采集三維空間坐標(biāo)系上x、y、z軸方向受到的壓力和扭力，六維力傳感器輸出的原始信號(hào)中夾雜著一定強(qiáng)度的白噪聲，經(jīng)濾波器處理后得到當(dāng)前力傳感器信號(hào)此時(shí)期望作用力與實(shí)際作用力的差值為通過比例控制器輸出對(duì)機(jī)器人的激勵(lì)信號(hào)的最終是否參與機(jī)器人控制取決于觸覺開關(guān)傳感器輸出的二值信號(hào)：當(dāng)鑄件與刀具未接觸時(shí)，觸覺開關(guān)傳感器輸出信號(hào)為0，不參與機(jī)器人控制，此時(shí)機(jī)器人的控制信號(hào)當(dāng)鑄件與刀具充分接觸時(shí)，觸覺開關(guān)傳感器輸出信號(hào)為1，參與機(jī)器人控制，此時(shí)機(jī)器人的控制信號(hào)最終，機(jī)器人在控制信號(hào)u的作用下移動(dòng)。同時(shí)，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)傳感器將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)器人的當(dāng)前位移并將數(shù)據(jù)反饋到控制系統(tǒng)中，構(gòu)成反饋回路。重復(fù)上述步驟，系統(tǒng)即可根據(jù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的期望位移和期望作用力不斷調(diào)整機(jī)器人的當(dāng)前位移從而實(shí)現(xiàn)了精確打磨作業(yè)。