基于剛度矩陣的直角坐標機器人的打磨方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及工業機器人打磨加工及檢測技術，特別是一種基于剛度矩陣的直角 坐標機器人的打磨方法。
【背景技術】
[0002] 作為機械加工的主要手段之一，打磨加工在制造業中受到廣泛應用。目前機器人 打磨加工實現方法主要包括兩種：進行大量的打磨實驗，利用回歸分析求取特定材料的機 器人打磨模型；對機器人末端進行力控制，在保證機器人末端與工件接觸的情況下，控制打 磨工具的位置以及工具和工件之間的接觸力。
[0003] 1)通過回歸分析求取機器人打磨模型。該方法的實現需要大量的實驗數據，且該 方法求取的打磨模型只能針對指定的材料，無法應用到其他材料上，缺乏通用性。
[0004] 2)對機器人末端進行接觸力控制。該方法主要可分為帶傳感器和不帶傳感器兩 種。不帶傳感器的力控制方法主要是依靠對機器人電機數據進行讀取，通過電機數據對機 器人末端位置進行判斷。這種方法成本低，但未考慮機器人本身形變以及工件裝配誤差等 問題，加工精度低；帶傳感器的力控制方法主要是依靠傳感器的數據反饋判斷機器人末端 的力位情況，實現實時的力位控制。這種方法無法預知可能存在的系統形變或末端受力，因 此，要求傳感器實時性強，打磨系統通訊快，造成成本較高。
【發明內容】
[0005] 為實現工業機器人在打磨加工的普及，本發明提供一種基于剛度的直角坐標機器 人打磨方法。
[0006] 本發明采用如下技術方案：
[0007] -種基于剛度矩陣的直角坐標機器人的打磨方法，所述直角坐標機器人打磨裝置 包括直角坐標機器人、打磨工具、連接于直角坐標機器人和打磨工具之間的力傳感器，包括 以下步驟：
[0008] 步驟1、計算直角坐標機器人打磨系統的各部件剛度，包括直角坐標機器人、打磨 工具、力傳感器、工件；
[0009] 步驟2、建立直角坐標機器人打磨系統的剛度矩陣；
[0010] 步驟3、在傳統打磨模型中引入剛度矩陣，分別分析剛度矩陣和打磨力、沖擊力和 打磨參數之間的關系，最終建立直角坐標機器人打磨模型；
[0011] 步驟4、驅動直角坐標機器人按照規定打磨參數和規劃軌跡進行打磨，利用力傳感 器記錄打磨過程中受力情況；
[0012] 步驟5、以力傳感器反饋信息作為輸入，根據機器人打磨模型，計算出打磨過程中 對應加工位置產生的系統形變X和振動幅度Α τ;
[0013] 步驟6、將對應加工位置上的系統形變X和振動幅度Α。與規劃軌跡對比，判斷直角 坐標機器人打磨加工精度，所述打磨系統形變X和振動幅度A。的值越小則表示打磨精度越 尚。
[0014] 進一步地，步驟2中所述剛度矩陣包括靜剛度矩陣和動剛度矩陣，所述靜剛度矩 陣為：
【主權項】
1. 一種基于剛度矩陣的直角坐標機器人的打磨方法，所述直角坐標機器人打磨裝置包 括直角坐標機器人（4)、打磨工具（2)、連接于直角坐標機器人（4)和打磨工具（2)之間的 力傳感器（3)，其特征在于，包括W下步驟： 步驟1、計算直角坐標機器人打磨系統的各部件剛度，包括直角坐標機器人（4)、打磨 工具（2)、力傳感器（3)、工件（1); 步驟2、建立直角坐標機器人打磨系統的靜、動剛度矩陣； 步驟3、在傳統打磨模型中引入剛度矩陣，分別分析剛度矩陣和打磨力、沖擊力和打磨 參數之間的關系，最終建立直角坐標機器人打磨模型； 步驟4、驅動直角坐標機器人按照規定打磨參數和規劃軌跡進行打磨，利用力傳感器記 錄打磨過程中受力情況； 步驟5、W力傳感器反饋信息作為輸入，根據機器人打磨模型，計算出打磨過程中對應 加工位置產生的系統形變X和振動幅度A。； 步驟6、將對應加工位置上的系統形變X和振動幅度A。與規劃軌跡對比，判斷直角坐標 機器人打磨加工精度，所述打磨系統形變X和振動幅度A。的值越小則表示打磨精度越高。
2. 根據權利要求1所述的基于剛度矩陣的直角坐標機器人的打磨方法，其特征在于： 步驟2中所述剛度矩陣包括靜剛度矩陣和動剛度矩陣，所述靜剛度矩陣為：
所述動剛度矩陣為： K_i=Kg-i+Kj-i+K〇-i+Kc-i， 其中，Kg為直角坐標機器人（4)的滾珠絲杠（5)等效剛度，Kj為打磨工具的支架等效 巧IJ度，K。為工件剛度，K。為力傳感器剛度。
3. 根據權利要求1所述的基于剛度矩陣的直角坐標機器人的打磨方法，其特征在于， 所述步驟3具體包括： 步驟31、分析得出系統靜剛度矩陣和打磨力、打磨參數之間的關系式： KX=Fm=ap°*V*V， 其中X為系統形變；Fm為磨削力；a。為規劃切削深度；V，為砂輪轉動速度；V,為工件進 給速度； 分析得出系統動剛度矩陣和沖擊力、打磨參數之間的關系式：
其中如為沖擊速度，其值為也=馬-$9;皆砂輪法向切入速度；$9為砂輪材料去除 速度;A。為振動幅度，F""為沖擊力；《d系統固有頻率； 步驟32、根據步驟31的關系式建立機器人系統打磨模型為：
【專利摘要】本發明提出了一種基于剛度矩陣的直角坐標機器人的打磨方法,該方法針對直角坐標機器人打磨系統的結構特性，建立了打磨系統剛度矩陣，并在傳統打磨模型的基礎上，引入直角坐標機器人打磨系統的動、靜剛度矩陣，推導出打磨力、打磨參數、形變及振動三者的關系，建立了涵蓋三者關系的打磨模型。隨后將打磨過程中的力反饋信息作為輸入，利用打磨模型中求取打磨過程中系統形變和振動的幅值，集合規劃軌跡判斷出直角坐標機器人的打磨精度，為后續的打磨加工參數優化提供參考。
【IPC分類】B24B1-00
【公開號】CN104786108
【申請號】CN201510153236
【發明人】邵明, 陳首彥, 張鐵
【申請人】華南理工大學
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年3月31日