CN108637905B - 一种柔性打磨控制系统的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种柔性打磨控制系统及方法，所述柔性打磨控制系统包括设置在机器人上的主控制模块、驱动模块、执行模块、信息收集模块和力反馈模块，所述主控制模块分别连接所述驱动模块和信息收集模块，所述信息收集模块连接所述力反馈模块，所述驱动模块连接所述执行模块，所述力反馈模块连接所述主控制模块，所述主控制模块根据所述力反馈模块反馈的信号控制所述驱动模块调整所述执行模块打磨。本发明提供的柔性打磨控制系统提高了打磨头对工件的表面复杂形状及产品快速换线的适应性，提高了打磨质量和打磨效率。本发明结构简单，使用效果好，易于推广使用。

Description

一种柔性打磨控制系统的控制方法
技术领域
本发明涉及机器人控制技术领域，更具体地说，涉及一种柔性打磨控制系统的控制方法。
背景技术
打磨是一种表面改性的工艺技术，应用非常广泛。常规的打磨方案采用人工打磨，生产效率低，工作周期长，而且精度不高，产品均一性差。尤其是打磨现场的噪声和粉尘污染对工人的伤害特别大。此外，大批量产品和产品换线频繁的打磨作业，对人工打磨的熟练程度、以及打磨成本效率提出了更为苛刻的要求。
打磨机器人系统是一种可以完成大批量产品、各种形状产品或降低甚至消除打磨对人体健康伤害的新型打磨作业模式，能改善工人的工作环境、提高产品的一致性，降低产品生产成本，因而机器人打磨系统应用越来越广泛。
与手持打磨相比较，机器人打磨能有效提高生产效率，降低成本，提高产品合格率，但是由于机械臂刚性及定位误差等因素，采用机器人夹持电动、气动打磨头进行打磨处理时，容易出现断刀或对工件造成损坏等情况，因此影响打磨效率、打磨精度，且无法适应工件的表面复杂形状的变化及产品快速换线要求。而现有的控制系统仅仅只能控制机器人位置。为了弥补以上设计缺陷，本发明提出一种柔性打磨控制系统和方法。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供一种柔性打磨控制系统的控制方法，提高打磨效率以及打磨精度，增加打磨工件的适应范围。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种柔性打磨控制系统，包括设置在机器人上的主控制模块、驱动模块、执行模块、信息收集模块和力反馈模块，所述主控制模块分别连接所述驱动模块和信息收集模块，所述信息收集模块连接所述力反馈模块，所述驱动模块连接所述执行模块，所述力反馈模块连接所述主控制模块，所述主控制模块根据所述力反馈模块反馈的信号控制所述驱动模块调整所述执行模块打磨。
优选地，所述信息收集模块采用的是触觉传感器。
优选地，所述力反馈模块采用的是多个两端可活动连接的阻尼杆件，所述阻尼杆件内部设有弹簧。
优选地，所述驱动模块采用的是与所述执行模块连接端可活动的，并带有电机的驱动件。
为解决上述问题，本发明还提供一种柔性打磨控制方法，包括以下步骤：
步骤一，通过触觉传感器检测各阻尼杆件与执行模块连接端在打磨工件上的初始坐标值；
步骤二，通过触觉传感器检测各阻尼杆件与执行模块连接端在打磨工件上变化后的坐标值；
步骤三，通过初始坐标值与变化后的坐标值计算所述阻尼杆的长度变化值；
步骤四，通过所述阻尼杆的长度变化值计算各所述阻尼杆的打磨力，得到各打磨力的分布情况；
步骤五，通过主控制模块将各打磨力的分布情况传送至驱动模块，所述驱动模块控制执行模块实现打磨进给量的实时调整。
优选地，所述步骤四中，打磨力通过胡克定律求得。
本发明的有益效果是：通过设置力反馈模块实时反馈打磨进给力，并将打磨进给力反馈至驱动模块，驱动模块控制执行模块实现打磨进给量的实时调整，从而提高打磨头对工件的表面复杂形状及产品快速换线的适应性，提高了打磨质量和打磨效率。本发明结构简单，使用效果好，易于推广使用。
附图说明
图1为本发明的一种柔性打磨控制系统的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅附图1，本实施例的一种柔性打磨控制系统，包括设置在机器人上的主控制模块、驱动模块、执行模块、信息收集模块和力反馈模块，所述主控制模块分别连接所述驱动模块和信息收集模块，所述信息收集模块连接所述力反馈模块，所述驱动模块连接所述执行模块，所述力反馈模块连接所述主控制模块，所述主控制模块根据所述力反馈模块反馈的信号控制所述驱动模块调整所述执行模块打磨。
基于上述技术特征的柔性打磨控制系统，通过设置力反馈模块实时反馈打磨进给力，并将打磨进给力反馈至驱动模块，驱动模块控制执行模块实现打磨进给量的实时调整，从而提高打磨头对工件的表面复杂形状及产品快速换线的适应性，提高了打磨质量和打磨效率。本发明结构简单，使用效果好，易于推广使用。
本实施例中，所述信息收集模块采用的是触觉传感器，所述力反馈模块采用的是多个两端可活动连接的阻尼杆件，所述阻尼杆件内部设有弹簧。通过将所述阻尼杆件的两端设置成活动连接，方便所述阻尼杆件调整，使得所述阻尼杆件可以根据所述力反馈模块反馈的接触力实时对所述执行模块进行空间姿态的顺应性调整。设置所述弹簧，当所述触觉传感器将所述阻尼杆件与执行模块连接端在打磨工件上的初始位置与变化后的位置记录后可以计算出所述阻尼杆件与所述的长度变化值，所述阻尼杆件的变化值会反应在所述弹簧上，通过胡克定律求得。
本实施例中，所述驱动模块采用的是与所述执行模块连接端可活动的，并带有电机的驱动件。通过将所述驱动件与所述执行模块的连接端设置成活动连接，方便所述驱动件调整，使得所述驱动件可以电机的作用下实时驱动所述执行模块进行空间姿态的顺应性调整。
其中，根据螺旋理论可求得，所述执行模块具有四个自由度，即为沿所述驱动模块方向的平移和空间三维转动，所以，叫佳地，所述阻尼杆为三个，则所述执行模块的运动特性与所述驱动模块的提供直线驱动，三个所述阻尼杆通过阻尼作用适应性改变所述执行模块进行打磨的姿态相对应。
本发明还提供了一种柔性打磨控制方法，并提供了所述柔性打磨控制方法的一个实施例：
本实施例中，所述柔性打磨控制方法包括以下步骤：
步骤一，通过触觉传感器检测各阻尼杆件与执行模块连接端在打磨工件上的初始坐标值，并将坐标值设定为Ai；
步骤二，通过触觉传感器检测各阻尼杆件与执行模块连接端在打磨工件上变化后的坐标值，并将坐标值设定为A′i。
其中，A′i＝RAi，R为所述执行模块的旋转变换矩阵：
Figure GDA0002417696750000041
式中：α，β，γ分别为执行模块绕x，y，z轴旋转的角度，s·＝sin(·)，c·＝cos(·)。
步骤三，通过初始坐标值与变化后的坐标值计算所述阻尼杆的长度变化值，所述变化值为Δli。所述变化值Δli可以通过
Figure GDA0002417696750000042
(i为不同的阻尼杆)求得。
步骤四，通过所述阻尼杆的长度变化值计算各所述阻尼杆的打磨力，得到各打磨力的分布情况。打磨力通过胡克定律Fi＝k·Δli求得。
步骤五，通过主控制模块将各打磨力的分布情况传送至驱动模块，所述驱动模块控制执行模块实现打磨进给量的实时调整。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种柔性打磨控制系统的控制方法，其特征在于：所述柔性打磨控制系统包括设置在机器人上的主控制模块、驱动模块、执行模块、信息收集模块和力反馈模块，所述主控制模块分别连接所述驱动模块和信息收集模块，所述信息收集模块连接所述力反馈模块，所述驱动模块连接所述执行模块，所述力反馈模块连接所述主控制模块，所述主控制模块根据所述力反馈模块反馈的信号控制所述驱动模块调整所述执行模块打磨；
所述力反馈模块采用的是多个两端可活动连接的阻尼杆件，所述阻尼杆件内部设有弹簧；
所述信息收集模块采用的是触觉传感器；
其控制方法包括以下步骤：
步骤一，通过触觉传感器检测各阻尼杆件与执行模块连接端在打磨工件上的初始坐标值，并将坐标值设定为Ai；
步骤二，通过触觉传感器检测各阻尼杆件与执行模块连接端在打磨工件上变化后的坐标值，并将坐标值设定为A′i；
步骤三，通过初始坐标值与变化后的坐标值计算所述阻尼杆的长度变化值；
步骤四，通过所述阻尼杆的长度变化值计算各所述阻尼杆的打磨力，得到各打磨力的分布情况；
步骤五，通过主控制模块将各打磨力的分布情况传送至驱动模块，所述驱动模块控制执行模块实现打磨进给量的实时调整；
其中，A′i＝RAi，R为所述执行模块的旋转变换矩阵：
Figure FDA0002459663780000011
式中：α，β，γ分别为执行模块绕x，y，z轴旋转的角度，s·＝sin(·)，c·＝cos(·)。
2.如权利要求1所述的柔性打磨控制系统的控制方法，其特征在于：所述步骤四中，打磨力通过胡克定律求得。
3.如权利要求1所述的柔性打磨控制系统的控制方法，其特征在于：所述驱动模块采用的是与所述执行模块连接端可活动的，并带有电机的驱动件。
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Assignor: Guangzhou University

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Denomination of invention: A control method of flexible grinding control system

Granted publication date: 20200714

License type: Common License

Record date: 20221208

Application publication date: 20181012

Assignee: Shenzhen Dexiong Technology Co.,Ltd.

Assignor: Guangzhou University

Contract record no.: X2022980024951

Denomination of invention: A control method of flexible grinding control system

Granted publication date: 20200714

License type: Common License

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