CN107825431B - 基于智能机器人自反馈速度控制的工件去毛刺系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于智能机器人自反馈速度控制的工件去毛刺系统和方法，该系统包括至少一个用于进行自动去毛刺的机器人，所述机器人包括主控制器、机器人本体、用于采集机器人位置信息的位置传感器以及设置在机器人本体上的用于进行自动去毛刺的去毛刺工具，所述位置传感器、去毛刺工具均与主控制器连接，所述主控制器用于根据位置传感器采集的位置信息计算获得机器人的位置误差，进而根据计算出的位置误差来控制机器人的移动速度，从而带动去毛刺工具对工件进行去毛刺。本发明实现方式较为简单，成本低，有利于推广应用，可广泛应用于金属板材的生产领域中。

Description

基于智能机器人自反馈速度控制的工件去毛刺系统及方法

技术领域

本发明涉及智能加工领域，特别是涉及基于智能机器人自反馈速度控制的工件去毛刺系统及方法。

背景技术

我国的铸钢、铸铁等黑色金属产量占全世界的60％，产量巨大。在这些金属板材的生产过程中，经常需要去除板材表面的毛刺，而目前大多数铸造厂仍在采用人工清理打磨去毛刺的方法，但是由于产量巨大，采用人工打磨去毛刺的方式，工作效率低下，难以满足产量需求，对企业的发展造成阻碍。另外，虽然有一些资金雄厚的企业开发了利用机器人进行打磨的方案，但是这些方案是基于力控技术或者视觉系统来实现的，实现方案复杂，而且造价昂贵，导致成本过高，难以推广。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供基于智能机器人自反馈速度控制的工件去毛刺系统，本发明的目的是提供基于智能机器人自反馈速度控制的工件去毛刺方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

基于智能机器人自反馈速度控制的工件去毛刺系统，包括至少一个用于进行自动去毛刺的机器人，所述机器人包括主控制器、机器人本体、用于采集机器人位置信息的位置传感器以及设置在机器人本体上的用于进行自动去毛刺的去毛刺工具，所述位置传感器、去毛刺工具均与主控制器连接，所述主控制器用于根据位置传感器采集的位置信息计算获得机器人的位置误差，进而根据计算出的位置误差来控制机器人的移动速度，从而带动去毛刺工具对工件进行去毛刺。

进一步，所述去毛刺工具包括设置在机器人本体上的执行臂、设置在执行臂末端的高速电主轴以及由高速电主轴带动的钢刀，所述执行臂和高速电主轴均与主控制器连接。

进一步，所述钢刀采用6mm钨铣钢刀。

进一步，控制器通过以下方式控制机器人的移动速度：

根据计算出的位置误差与机器人弹簧模型压缩量的比例关系来控制机器人的移动速度，响应于该比例关系大于第一比例阈值的情形，控制机器人减速到第一速度值，响应于该比例关系小于第二比例阈值的情形，控制机器人加速到第二速度值。

本发明解决其技术问题所采用的另一技术方案是：

基于智能机器人自反馈速度控制的工件去毛刺方法，包括步骤：

控制机器人运动，使得机器人的去毛刺工具在工件表面上进行去毛刺；

根据位置传感器采集的位置信息计算获得机器人的实时的位置误差；

计算出的实时的位置误差来控制机器人的移动速度，从而带动去毛刺工具对工件进行去毛刺。

进一步，所述计算出的实时的位置误差来控制机器人的移动速度，从而带动去毛刺工具对工件进行去毛刺的步骤，其具体为：

根据计算出的实时的位置误差判断机器人是否移动到毛刺位置，进而根据预设的速度控制算法控制机器人的速度，在判断机器人碰到要去除的毛刺时，对机器人进行减速，并在判断机器人将毛刺去除完毕后，对机器人进行加速，从而带动去毛刺工具对工件进行去毛刺。

进一步，所述根据计算出的实时的位置误差来控制机器人的移动速度的步骤，包括：

根据计算出的实时的位置误差与机器人弹簧模型压缩量的比例关系来控制机器人的移动速度，响应于该比例关系大于第一比例阈值的情形，控制机器人减速到第一速度值，响应于该比例关系小于第二比例阈值的情形，控制机器人加速到第二速度值。

进一步，所述比例关系为：

η＝ΔX/X_d

上式中，η表示比例关系，X_d表示机器人弹簧模型压缩量，且X_d＝F_d/K，F_d表示机器人的控制力，通过实测获得，ΔX表示机器人的实时的位置误差，且ΔX＝v_kt-distance(X_k,X_k-1)，其中，v_k表示机器人当前的速度，t表示位置传感器的采样时间，X_k表示位置传感器采集获得的当前时刻的位置信息，X_k-1表示位置传感器采集获得的上一时刻的位置信息，distance(X_k,X_k-1)表示X_k和X_k-1之间的距离。

进一步，所述第一比例阈值为1.1，所述第二比例阈值为0.9。

进一步，所述第一速度值通过以下方式计算获得：

根据下式计算第一迭代速度值，并判断第一迭代速度值是否小于预设的最小速度值，若否，则将第一迭代速度值作为第一速度值，反之，则将最小速度值作为第一速度值：

上式中，v_k+1表示第一迭代速度值，K_h表示理想降速系数，X_d表示机器人弹簧模型压缩量，v_k表示机器人当前的速度，ΔX表示机器人的实时的位置误差，t表示位置传感器的采样时间，X_k表示位置传感器采集获得的当前时刻的位置信息，X_k-1表示位置传感器采集获得的上一时刻的位置信息，distance(X_k,X_k-1)表示X_k和X_k-1之间的距离。

进一步，所述第二速度值通过以下方式计算获得：

根据下式计算第二迭代速度值，并判断第二迭代速度值是否大于预设的最大速度值，若否，则将第二迭代速度值作为第二速度值，反之，则将最大速度值作为第二速度值：

上式中，v_k+1表示第一迭代速度值，K_l表示理想加速系数，X_d表示机器人弹簧模型压缩量，v_k表示机器人当前的速度，ΔX表示机器人的实时的位置误差，t表示位置传感器的采样时间，X_k表示位置传感器采集获得的当前时刻的位置信息，X_k-1表示位置传感器采集获得的上一时刻的位置信息，distance(X_k,X_k-1)表示X_k和X_k-1之间的距离。

本发明的有益效果是：本系统通过采集机器人在工件表面运动过程中的位置信息，可以计算获得机器人的位置误差，然后根据计算出的位置误差来控制机器人的移动速度，从而带动去毛刺工具对工件进行去毛刺。主要是基于位置传感器采集的位置信息，结合速度控制算法来进行控制，实现方式较为简单，成本低，有利于推广应用。

本发明的另一有益效果是：本方法通过采集机器人在工件表面运动过程中的位置信息，可以计算获得机器人的位置误差，然后根据计算出的位置误差来控制机器人的移动速度，从而带动去毛刺工具对工件进行去毛刺。主要是基于位置传感器采集的位置信息，结合速度控制算法来进行控制，实现方式较为简单，成本低，有利于推广应用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的基于智能机器人自反馈速度控制的工件去毛刺系统的机械结构示意图。

具体实施方式

参照图1，本发明提供了一种基于智能机器人自反馈速度控制的工件去毛刺系统，包括水平台2、设置在水平台2上的工件台6和至少一个用于进行自动去毛刺的机器人，所述机器人包括主控制器、可移动地安装在水平台2上的机器人本体1、用于采集机器人位置信息的位置传感器以及设置在机器人本体上的用于进行自动去毛刺的去毛刺工具，所述位置传感器、去毛刺工具均与主控制器连接，所述主控制器用于根据位置传感器采集的位置信息计算获得机器人的位置误差，进而根据计算出的位置误差来控制机器人在水平台2上的移动速度，从而带动去毛刺工具对放置在工件台6上的待加工工件进行去毛刺。

图1中的水平台2用于放置本进行自动去毛刺的机器人，其形状样式可以任意变换，水平台2也可以直接使用目前的加工机床等。同样的，工件台6用于放置待加工的工件，其形状样式也可以任意变换。

进一步作为优选的实施方式，所述去毛刺工具包括设置在机器人本体上的执行臂7、设置在执行臂7末端的高速电主轴3以及由高速电主轴3带动的钢刀4，所述执行臂7和高速电主轴3均与主控制器连接。对应的，主控制器带动去毛刺工具对工件进行去毛刺的过程中，实际为带动本实施例的钢刀4对工件进行去毛刺的过程。

如图1所示，工作时，执行臂7末端的高速电主轴3带动钢刀4在带有毛刺5的工件表面上运动，通过设计的算法，利用机器人自身位置信息的反馈计算位置误差，以实现当遇到毛刺时候，能够根据自身的位置误差感知遇到毛刺的情况，从而实现减速，进行去毛刺。而且，反过来根据机器人减速时的自身位置信息还可以计算出毛刺的大小，根据毛刺的大小，进而对速度进行有梯度的降速，实现多级降速，并且实现当表面光滑时候，保持机器人全速前进。本实施例中，机器人采用型号为ABB1200的机器人。去毛刺工具的结构可以在图1的基础上作任意变化，只要能在主控制器的控制下自动地对工件进行加工去毛刺即可。

进一步作为优选的实施方式，所述钢刀4采用6mm钨铣钢刀。

进一步作为优选的实施方式，控制器通过以下方式控制机器人在水平台2上的移动速度：

根据计算出的位置误差与机器人弹簧模型压缩量的比例关系来控制控制机器人在水平台2上的移动速度，响应于该比例关系大于第一比例阈值的情形，控制机器人减速到第一速度值，响应于该比例关系小于第二比例阈值的情形，控制机器人加速到第二速度值。

本发明还提供了一种基于智能机器人自反馈速度控制的工件去毛刺方法，包括步骤：

控制机器人运动，使得机器人的去毛刺工具在工件表面上进行去毛刺；

根据位置传感器采集的位置信息计算获得机器人的实时的位置误差；

计算出的实时的位置误差来控制机器人的移动速度，从而带动去毛刺工具对工件进行去毛刺。

作为本方法的一优选实施例，结合图1中的去毛刺工具的具体结构，本方法的一具体例子如下：

控制机器人在水平台2上运动，使得机器人的执行臂7带动钢刀4在工件台6上的工件表面上进行去毛刺；

根据位置传感器采集的位置信息计算获得机器人的实时的位置误差；

计算出的实时的位置误差来控制机器人在水平台2上的移动速度，从而带动钢刀4对工件台6上的工件进行去毛刺。

进一步作为优选的实施方式，所述计算出的实时的位置误差来控制机器人在水平台2上的移动速度，从而带动钢刀4对工件台6上的工件进行去毛刺的步骤，其具体为：

根据计算出的实时的位置误差判断机器人是否移动到毛刺位置，进而根据预设的速度控制算法控制机器人的速度，在判断机器人碰到要去除的毛刺时，对机器人进行减速，并在判断机器人将毛刺去除完毕后，对机器人进行加速，从而带动钢刀4对工件台6上的工件进行去毛刺。

进一步作为优选的实施方式，对机器人进行减速的过程，还包括以下步骤：

根据机器人减速时的自身位置信息计算出毛刺的大小，根据毛刺的大小，进而对速度进行有梯度的降速，实现多级降速。通过本方法，可以实现更好的减速控制，更好的去毛刺。

进一步作为优选的实施方式，所述根据计算出的实时的位置误差来控制机器人在水平台2上的移动速度的步骤，包括：

根据计算出的实时的位置误差与机器人弹簧模型压缩量的比例关系来控制控制机器人在水平台2上的移动速度，响应于该比例关系大于第一比例阈值的情形，控制机器人减速到第一速度值，响应于该比例关系小于第二比例阈值的情形，控制机器人加速到第二速度值。

进一步作为优选的实施方式，所述比例关系为：

η＝ΔX/X_d

上式中，η表示比例关系，X_d表示机器人弹簧模型压缩量，且X_d＝F_d/K，F_d表示机器人的控制力，通过实测获得，ΔX表示机器人的实时的位置误差，且ΔX＝v_kt-distance(X_k,X_k-1)，其中，v_k表示机器人当前的速度，t表示位置传感器的采样时间，X_k表示位置传感器采集获得的当前时刻的位置信息，X_k-1表示位置传感器采集获得的上一时刻的位置信息，distance(X_k,X_k-1)表示X_k和X_k-1之间的距离。

本发明中，机器人的控制模型为弹性模型，在机器人的运动过程中，通过计算机器人实时的位置误差，然后计算位置误差与机器人弹簧模型压缩量的比例关系后，与第一比例阈值和第二比例阈值进行比对，可以判断是否遇到毛刺，从而对应地对机器人进行速度控制。

进一步作为优选的实施方式，所述第一比例阈值为1.1，所述第二比例阈值为0.9。第一比例阈值和第二比例阈值的具体数值可以根据需要进行调整。

进一步作为优选的实施方式，所述第一速度值通过以下方式计算获得：

根据下式计算第一迭代速度值，并判断第一迭代速度值是否小于预设的最小速度值，若否，则将第一迭代速度值作为第一速度值，反之，则将最小速度值作为第一速度值：

上式中，v_k+1表示第一迭代速度值，K_h表示理想减速系数，X_d表示机器人弹簧模型压缩量，v_k表示机器人当前的速度，ΔX表示机器人的实时的位置误差，t表示位置传感器的采样时间，X_k表示位置传感器采集获得的当前时刻的位置信息，X_k-1表示位置传感器采集获得的上一时刻的位置信息，distance(X_k,X_k-1)表示X_k和X_k-1之间的距离。

进一步作为优选的实施方式，所述第二速度值通过以下方式计算获得：

根据下式计算第二迭代速度值，并判断第二迭代速度值是否大于预设的最大速度值，若否，则将第二迭代速度值作为第二速度值，反之，则将最大速度值作为第二速度值：

上式中，v_k+1表示第一迭代速度值，K_l表示理想加速系数，X_d表示机器人弹簧模型压缩量，v_k表示机器人当前的速度，ΔX表示机器人的实时的位置误差，t表示位置传感器的采样时间，X_k表示位置传感器采集获得的当前时刻的位置信息，X_k-1表示位置传感器采集获得的上一时刻的位置信息，distance(X_k,X_k-1)表示X_k和X_k-1之间的距离。

本发明的一加工实例如下：机器人以10mm/s速度前进时，当遇到毛刺，机器人产生较大的位置误差，通过对位置误差的计算，能够按比例将速度降为

当出来毛刺区后，机器人自身位置误差回到正常水平，根据第二比例阈值进行判断，将机器人提速到最大速度值Vmax。通过外力检测结果显示，当未使用该算法控制时，机器人去毛刺时候的外力能够达到150N左右，直接触发机器人系统报故障；当使用该算法控制时，机器人去毛刺时候受到的整个过程能够平顺的通过毛刺区，保证受到的外力在20N左右。此算法既能够在毛刺区里面实现降速除去毛刺，保证工艺完整性；也能够在非毛刺区内全速前进，保证生产节拍，而且主要是基于位置传感器采集的位置信息计算后，结合速度控制算法来进行控制，实现方式较为简单，成本低，有利于推广应用。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.基于智能机器人自反馈速度控制的工件去毛刺系统，其特征在于，包括至少一个用于进行自动去毛刺的机器人，所述机器人包括主控制器、机器人本体、用于采集机器人位置信息的位置传感器以及设置在机器人本体上的用于进行自动去毛刺的去毛刺工具，所述位置传感器、去毛刺工具均与主控制器连接，所述主控制器用于根据位置传感器采集的位置信息计算获得机器人的位置误差，进而根据计算出的位置误差来控制机器人的移动速度，从而带动去毛刺工具对工件进行去毛刺；

主控制器通过以下方式控制机器人的移动速度：根据计算出的位置误差与机器人弹簧模型压缩量的比例关系来控制机器人的移动速度，响应于该比例关系大于第一比例阈值的情形，控制机器人减速到第一速度值，响应于该比例关系小于第二比例阈值的情形，控制机器人加速到第二速度值。

2.根据权利要求1所述的基于智能机器人自反馈速度控制的工件去毛刺系统，其特征在于，所述去毛刺工具包括设置在机器人本体上的执行臂、设置在执行臂末端的高速电主轴以及由高速电主轴带动的钢刀，所述执行臂和高速电主轴均与主控制器连接。

3.基于智能机器人自反馈速度控制的工件去毛刺方法，其特征在于，包括步骤：控制机器人运动，使得机器人的去毛刺工具在工件表面上进行去毛刺；

根据位置传感器采集的位置信息计算获得机器人的实时的位置误差；

计算出的实时的位置误差来控制机器人的移动速度，从而带动去毛刺工具对工件进行去毛刺；

所述根据计算出的实时的位置误差来控制机器人的移动速度的步骤，包括：

根据计算出的实时的位置误差与机器人弹簧模型压缩量的比例关系来控制机器人的移动速度，响应于该比例关系大于第一比例阈值的情形，控制机器人减速到第一速度值，响应于该比例关系小于第二比例阈值的情形，控制机器人加速到第二速度值。

4.根据权利要求3所述的基于智能机器人自反馈速度控制的工件去毛刺方法，其特征在于，所述计算出的实时的位置误差来控制机器人的移动速度，从而带动去毛刺工具对工件进行去毛刺的步骤，其具体为：

根据计算出的实时的位置误差判断机器人是否移动到毛刺位置，进而根据预设的速度控制算法控制机器人的速度，在判断机器人碰到要去除的毛刺时，对机器人进行减速，并在判断机器人将毛刺去除完毕后，对机器人进行加速，从而带动去毛刺工具对工件进行去毛刺。

5.根据权利要求3所述的基于智能机器人自反馈速度控制的工件去毛刺方法，其特征在于，所述比例关系为：

η＝ΔX/X_d

上式中，η表示比例关系，X_d表示机器人弹簧模型压缩量，且X_d＝F_d/K，F_d表示机器人的控制力，通过实测获得，ΔX表示机器人的实时的位置误差，且ΔX＝v_kt-distance(X_k,X_k-1)，其中，v_k表示机器人当前的速度，t表示位置传感器的采样时间，X_k表示位置传感器采集获得的当前时刻的位置信息，X_k-1表示位置传感器采集获得的上一时刻的位置信息，distance(X_k,X_k-1)表示X_k和X_k-1之间的距离。

6.根据权利要求3所述的基于智能机器人自反馈速度控制的工件去毛刺方法，其特征在于，所述第一比例阈值为1.1，所述第二比例阈值为0.9。

7.根据权利要求3所述的基于智能机器人自反馈速度控制的工件去毛刺方法，其特征在于，所述第一速度值通过以下方式计算获得：

根据下式计算第一迭代速度值，并判断第一迭代速度值是否小于预设的最小速度值，若否，则将第一迭代速度值作为第一速度值，反之，则将最小速度值作为第一速度值：

上式中，v_k+1表示第一迭代速度值，K_h表示理想降速系数，X_d表示机器人弹簧模型压缩量，v_k表示机器人当前的速度，ΔX表示机器人的实时的位置误差，t表示位置传感器的采样时间，X_k表示位置传感器采集获得的当前时刻的位置信息，X_k-1表示位置传感器采集获得的上一时刻的位置信息，distance(X_k,X_k-1)表示X_k和X_k-1之间的距离。

8.根据权利要求3所述的基于智能机器人自反馈速度控制的工件去毛刺方法，其特征在于，所述第二速度值通过以下方式计算获得：

根据下式计算第二迭代速度值，并判断第二迭代速度值是否大于预设的最大速度值，若否，则将第二迭代速度值作为第二速度值，反之，则将最大速度值作为第二速度值：

上式中，v_k+1表示第一迭代速度值，K_l表示理想加速系数，X_d表示机器人弹簧模型压缩量，v_k表示机器人当前的速度，ΔX表示机器人的实时的位置误差，t表示位置传感器的采样时间，X_k表示位置传感器采集获得的当前时刻的位置信息，X_k-1表示位置传感器采集获得的上一时刻的位置信息，distance(X_k,X_k-1)表示X_k和X_k-1之间的距离。

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