CN117620782A - 一种复杂曲面的机器人自适应磨抛加工方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于复杂曲面磨抛加工技术领域，并具体公开了一种复杂曲面的机器人自适应磨抛加工方法及系统。所述方法包括：根据工件各截面的曲率定义工件边界轮廓及均匀覆盖区域；基于接触模型，对边界轮廓进行防过切的边界力‑位轨迹规划，对均匀覆盖区域进行均匀覆盖的表面力‑位轨迹规划；对工件整个表面进行满足波纹度要求的磨抛行宽和步长的全局规划，从而获取整个工件表面的磨抛路径和接触力；基于工件实时磨抛量及期望余量计算磨抛速度；根据上述磨抛工艺参数对工件进行曲面顺应性的、协同控制的磨抛加工。本发明兼顾轮廓波动和加工效率的磨抛力和磨抛轨迹，保证了加工工件产品的材料去除一致性与较好的表面粗糙度值，实现磨抛去除量一次成型。
Description
技术领域
本发明属于复杂曲面磨抛加工技术领域，更具体地，涉及一种复杂曲面的机器人自适应磨抛加工方法及系统。
背景技术
大型复杂曲面零件是各个领域的关键部件，其型面形位精度和表面粗糙度都有着很高的要求，并与设备的寿命和效率息息相关，典型代表为航空发动机叶片、风电叶片、涡轮叶片、高铁车身等。经机床加工出的零件在投入使用前，必须进行一次或多次的整体一次性光整加工即传统意义上的磨抛加工。
目前现有技术中，主要使用的磨抛方式为人工磨抛和龙门机床磨抛。人工磨抛对工人的经验水平具有很高的要求，不同的工人加工出的零件质量参差不齐，定位方式也各有不同，不仅耗费了许多的人力，工作效率也十分低下，部分零件磨抛过程中会产生粉尘与噪音，对工人的身心都有很大的危害；龙门机床磨抛虽然解放了工人的双手，但其较难移动，不具备灵活性，并且工人需较长时间的学习才能完成掌握使用，最主要的缺点是难以处理零件中、尾部弱刚性区域的高效精密加工问题。采用机器人磨抛方式，以移动机器人为执行装备，用于零件的磨抛加工，避免了人工磨抛与龙门机床磨抛的弊端，十分灵活，并把工人从枯燥无味的工作中解脱出来，同时避免了粉尘对工人的危害，具有很高的社会收益。但机器人磨抛并不是万能的，其弊端也显而易见，重点突出在以下几个方面：
1、机器人的强刚性和低带宽的运动特性与大型复杂曲面零件的高刚度与高精度之间存在矛盾，力位耦合问题严重，且运动学特性不可知；2、机器人末端执行器要想成功地进行磨抛，其与环境的交互控制至关重要。实际上，由于大型复杂曲面零件加工过程中产生的制造误差、磨抛环境的复杂、磨抛过程中叶片由于装夹产生的变形等因素的影响，对其的表面结构参数无法准确获取，同时由于大型复杂曲面零件本身具有径向尺寸变化大、自由曲面型面、尺寸大、弱刚性等特点，因此很难为机器人提前规定好磨抛过程中的接触力与加工轨迹，易发生局部的欠磨抛或过磨抛，影响表面精度，降低效率，影响设备使用寿命。3、复杂曲面表面的去除余量是不均匀的，而且由于磨削过程中包括机器人进给速度、工具转速、接触力、工件曲率在内的多种参数相互耦合，动态变换，导致磨削去除的机理是不明确的。因此，在复杂曲面磨削的过程中，材料去除深度的建模是困难的，并且导致了无法对磨削参数进行合理的规划和分配，从而获得期望的表面轮廓和粗糙度。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种复杂曲面的机器人自适应磨抛加工方法及系统，其中结合复杂曲面工件自身的特征及其磨抛加工工艺特点，相应设计了一种复杂曲面机器人力控磨抛装置及其自适应工艺参数规划方法，其基于表面波纹度对复杂曲面表面磨抛接触力和行宽进行规划，能够获得兼顾轮廓波动和加工效率的磨抛力和磨抛轨迹。优化了工件边界轨迹的位姿与接触力参数，能够避免边缘过磨的发生。保证了加工工件产品的材料去除一致性与较好的表面粗糙度值，能够满足叶片类零件磨抛加工要求。同时能够基于加工余量自适应生成磨抛参数，实现磨抛去除量一次成型，能够满足曲面轮廓精度，并具备良好的效率。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种复杂曲面的机器人自适应磨抛加工方法，包括以下步骤：步骤一：根据工件各截面的曲率定义工件边界轮廓及均匀覆盖区域；步骤二：基于接触模型，对边界轮廓进行防过切的边界力-位轨迹规划，对均匀覆盖区域进行均匀覆盖的表面力-位轨迹规划；步骤三，对工件整个表面进行满足波纹度要求的磨抛行宽和步长的全局规划，从而获取整个工件表面的磨抛路径和接触力；步骤四：基于工件实时磨抛量及期望余量计算磨抛速度；步骤五：根据上述磨抛工艺参数对工件进行曲面顺应性的、协同控制的磨抛加工。
作为进一步优选的，步骤二中，所述对边界轮廓进行防过切的边界力-位轨迹规划具体包括以下步骤：
(11)根据工件边界轮廓设置初始边界轨迹及其初始接触力，并将其作为当前力-位轨迹；(12)根据接触模型对当前力-位轨迹的接触边界进行计算，若接触边界未超过工件边界，输出工件边界的磨抛路径和接触力规划，否则，依次调整磨抛接触力和刀位点，直至接触边界未超过工件边界，输出工件边界的磨抛路径和接触力规划。
作为进一步优选的，步骤(12)中，所述依次调整磨抛接触力和刀位点，直至接触边界未超过工件边界包括：
(121)根据初始边界轨迹上磨抛点位的初始接触力计算磨盘的变形量；(122)根据磨盘的变形量计算磨盘接触区域的接触长度、接触宽度以及压强分布；(123)根据接触宽度求解当前刀位点的磨抛边界与预设边界之间的距离δ1，若距离δ1小于预设许可误差，输出工件边界的磨抛路径和接触力规划，否则，采用二分法优化接触力的值，使得距离δ1小于预设许可误差；(124)若步骤(123)中优化后的接触力小于磨盘的工作区间，则对刀位点进行调整，以获取不会过磨的边界力-位轨迹，输出此时工件边界的磨抛路径和接触力规划；
优选的，所述磨盘的变形量d的计算公式包括：
式中，l0是是磨盘的厚度，R1、R2是分别是接触点处工件与磨盘间隙的主曲率半径，F为初设接触力，为磨盘弹性层的等效弹性模量；
优选的，所述磨盘接触区域的接触长度、接触宽度以及压强分布的计算公式包括：
式中，a、b分别为椭圆形接触区域的长轴和短轴，x、y分别为接触区域局部坐标系中的坐标。
作为进一步优选的，步骤三包括以下步骤：(31)对工件整个表面进行等弧长行宽和等参数步长的磨抛轨迹规划；(32)基于所述磨抛轨迹规划，根据工件曲率逐点计算等接触行宽的期望接触力；(33)基于卷积材料去除模型计算工件截面去除量及波纹度；(34)若波纹度满足要求，则输出满足要求的磨抛轨迹和接触力，否则，调整路径行宽，重复步骤(32)至步骤(34)，直至对应波纹度满足要求，输出满足要求的磨抛轨迹和接触力；
优选的，步骤(33)中，所述卷积材料去除模型的计算公式包括：
式中，P(u,v)是工件上刀位点附近的压强分布，V(x,y)是磨盘线速度与机器人速度的比值，kg是卷积材料去除系数，可以通过实验标定获得。
作为进一步优选的，步骤四包括以下步骤：(41)基于线性简化的材料去除模型，完成初步磨抛速度规划；(42)基于工件实时磨抛量及期望余量，采用卷积材料去除模型进行材料去除仿真与误差计算；(43)根据材料去除误差仿真结果对初步磨抛速度修正，直至材料去除误差满足要求，输出磨抛速度；
优选的，步骤(41)中，所述材料去除经验公式包括：
式中，Vw表示磨抛工具的线速度，Vf表示机器人的进给速度，He是期望的去除深度的分布，F是上一步规划完成的接触力，kF是和接触力直接相关的材料去除系数，和kg一起通过实验标定得到；
优选的，步骤(43)中，所述对初步磨抛速度修正包括：
式中，Hp是根据卷积材料去除公式计算得到的去除深度的仿真值。
按照本发明的另一个方面，还提供了一种复杂曲面的机器人自适应磨抛加工系统，包括：主控模块，用于根据工件各截面的曲率定义工件边界轮廓及均匀覆盖区域，并基于接触模型，对边界轮廓进行防过切的边界力-位轨迹规划，对均匀覆盖区域进行均匀覆盖的表面力-位轨迹规划，对工件整个表面进行满足波纹度要求的磨抛行宽和步长的全局规划，从而获取整个工件表面的磨抛路径和接触力，基于工件实时磨抛量及期望余量计算磨抛速度；磨抛装置，用于根据工件磨抛路径和接触力对工件进行曲面顺应性加工。
作为进一步优选的，所述磨抛装置包括机器人、设于所述机器人末端的三自由度磨抛法兰以及设于所述三自由度磨抛法兰上的磨盘磨抛模块。
作为进一步优选的，所述三自由度磨抛法兰包括平台与连接模块以及支链模块，其中，所述平台与连接模块包括间隔布置的动平台和定平台；所述支链模块包括设于所述动平台和定平台之间，且关于所述动平台中心对称布置的三组可伸缩调节连杆组件，所述可伸缩调节连杆组件一端通过球副与所述动平台连接，另一端通过转动副与所述定平台连接；以此方式，通过调整三组可伸缩调节连杆组件的长度，实现动平台沿着z轴平移或分别沿x、y轴旋转这三个自由度的运动。
作为进一步优选的，所述可伸缩调节连杆组件包括铰接部件、第一驱动部件、导轨部件、滑板、转动副部件以及位置感知部件，所述铰接部件一端与所述动平台连接，另一端与所述第一驱动部件固定连接，所述第一驱动部件的动力输出轴与所述滑板连接，所述滑板在所述第一驱动部件的驱动下沿所述导轨部件运动，且该滑板底部通过所述转动副部件与所述定平台连接，以此方式，通过第一驱动部件驱动所述滑板沿所述导轨部件运动，以调节所述动平台和定平台之间的距离和位姿，所述位置感知部件用于识别所述滑板的运动距离；
优选的，所述第一驱动部件包括伸缩驱动电机、同步带轮以及丝杠部件，所述伸缩驱动电机的动力输出轴与所述同步带轮连接，所述同步带轮包括主动轮、从动轮以及缠绕所述主动轮和从动轮的皮带，所述从动轮与所述丝杠部件连接，所述丝杠部件与所述滑板固定连接；
优选的，所述位置感知部件包括沿所述滑板运动方向设置的感应器固定条、感应片以及感知传感器，所述感应器固定条与所述导轨部件固定连接，所述感应片一端与感应器固定条滑动连接，另一端随所述滑板同步运动，所述感知传感器包括两个，分别沿所述滑板运动方向设于所述感应片两侧，且两个感知传感器的距离至少覆盖感应片的最大运动距离；
优选的，所述动平台顶面还设有磨盘磨抛模块，所述磨盘磨抛模块包括磨抛电机、一维力传感器、传感器连接板、联轴器、轴承以及磨盘，所述磨抛电机一端与动平台固定连接，另一端与传感器连接板连接，多个所述一维力传感器沿所述磨抛电机周向均匀阵列布置，且所述一维力传感器设于所述动平台与所述传感器连接板之间，所述磨抛电机的动力输出轴与所述联轴器连接，所述联轴器一端与传感器连接板连接，另一端穿过所述轴承与所述磨盘连接。
作为进一步优选的，所述三自由度磨抛法兰的实际加工空间区域为：
lmin≤li≤lmax
φmin≤φi≤φmax
其中，用lmin为可伸缩调节连杆组件的最小长度，用lmax为可伸缩调节连杆组件的最大长度，li为可伸缩调节连杆组件的实际长度，φmin为球副的最小转角，φmax为球副的最大转角，φi为球副的实际转角；
优选的，所述上平台的球副的转角表达式为：
其中，ni为安装球副的基准向量。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
1.本发明提出了一种计算工具-复杂曲面磨抛接触问题的计算方法，可以简洁准确计算磨抛时候任一刀位点上的接触范围及其压强分布。在此基础上提出了一种卷积的材料去除深度计算方法，可以准确预测一组磨抛参数下对应的材料去除深度的分布情况。
2.本发明方法，提出了一种基于截面曲率归一化的磨抛边界定义方法，在此基础上，优化了工件边界轨迹的位姿与接触力参数，能够避免边缘过磨的发生。
3.本发明方法，基于表面波纹度对复杂曲面表面磨抛接触力和行宽进行规划，能够获得兼顾轮廓波动和加工效率的磨抛力和磨抛轨迹。保证了加工工件产品的材料去除一致性与较好的表面粗糙度值，能够满足叶片类零件磨抛加工要求。
4.本发明根据卷积原理和迭代优化算法对复杂曲面磨抛接触力、轨迹、工具转速和机器人进给速度进行协同规划。能够基于加工余量自适应生成磨抛参数，实现磨抛去除量一次成型，能够满足曲面轮廓精度，并具备良好的效率。
5.本发明系统，基于构建的磨抛参数，提出了一种与机器手衔接的力控末端执行器即并联式曲面顺应的三自由度磨抛法兰，采用并联机构，刚度大、惯性好且结构紧凑，有效提高了带宽，与此同时，通过力控策略与阻抗控制策略实现的曲面顺应性保证了末端法兰的姿态自适应调整，保证磨抛过程中与曲面的法线方向一致，且可以保证恒力磨抛，很好的改变了加工质量，提高了大型复杂曲面零件的表面精度，提高了工作效率。
附图说明
图1是本发明实施例涉及的一种复杂曲面的机器人自适应磨抛加工方法的流程图；
图2中的(a)为机器人、工具、工件坐标系之间的相对位置关系，图2中的(b)为磨抛点与工件之间的位置关系；
图3为工件边界磨抛轨迹及其接触力规划流程图；
图4中的(a)为截面划分与曲率计算示意图，图4中的(b)为抛边界轨迹规划中边界轨迹生成示意图；
图5为本发明实施例中涉及的均匀覆盖的表面力位轨迹规划流程；
图6为本发明实施例涉及的力-位轨迹规划结果示意图；
图7为本发明实施例涉及的磨抛速度规划流程；
图8是本发明涉及的三自由度磨抛法兰结构示意图；
图9是本发明涉及的法兰磨抛模块组件分解图；
图10是本发明法兰支链模块组件分解图；
图11是本发明涉及的法兰平台与连接部分组件分解图；
图12是本发明涉及的并联式曲面顺应的三自由度磨抛法兰机构简图；
图13是本发明涉及的3-RPS机构简图；
图14是3-RPS机构中分支运动螺旋分析图；
图15是3-PRS螺旋运动分析图；
图16是本发明实施例涉及的球铰典型横截面示意图；
图17是球铰链相对于移动平台的位置示意图；
图18是本发明实施例涉及的阻抗控制器原理图；
图19中的(a)为变阻抗采用双曲正切函数的示意图，图19中的(b)为变阻抗采用双曲正割函数的示意图。
在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：A-磨盘磨抛模块、B-支链模块、C-平台与连接模块，1-磨盘、2-轴承、3-联轴器、4-传感器连接板、5-一维力传感器、6-磨抛电机，7-丝杠部件、8-丝杆、9-交叉滚子直线导轨、10-丝杆螺母、11-滑板、12-传感器防护片、13-新感应片、14-感应器固定条、15-传感器、16-伸缩驱动电机、17-同步带轮，18-动平台、19-过渡板、20-定平台、21-合页、22-铜柱、23-万向球关节。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本发明实施例提供的一种复杂曲面的机器人自适应磨抛加工方法，包括以下步骤：
(1)在作业前需要对要使用的六轴工业机器人及其磨抛工具的型号进行初始化定义。如图2所示，对机器人的坐标系，工具、工件的坐标系进行标定以保证磨抛系统各组件之间的相对位置关系。磨抛轨迹规划的基本原理为：
其中，是六轴末端坐标系相对于机器人基坐标系的变换矩阵，该矩阵通常由机器人示教器或通讯接口读取；/>工具坐标系相对于六轴末端坐标系的表示，/>是工件坐标系相对于机器人基坐标系的表示，它需要被标定，一般通过四点法/外部测量仪器/安装定位等方法获得，这里不再赘述。本发明的贡献在于规划工件上的一系列磨抛点WPCCi及其对应的磨抛参数。
(2)根据工件各截面的曲率定义工件边界轮廓及均匀覆盖区域。具体的，所述对边界轮廓进行防过切的边界力-位轨迹规划具体包括以下步骤：
(21)根据工件边界轮廓设置初始边界轨迹及其初始接触力，并将其作为当前力-位轨迹。本步骤中，所述依次调整磨抛接触力和刀位点，直至接触边界未超过工件边界包括：
根据初始边界轨迹上磨抛点位的初始接触力计算磨盘的变形量；
根据磨盘的变形量计算磨盘接触区域的接触长度、接触宽度以及压强分布；
根据接触宽度求解当前刀位点的磨抛边界与预设边界之间的距离δ1，若距离δ1小于预设许可误差，输出工件边界的磨抛路径和接触力规划，否则，采用二分法优化接触力的值，使得距离δ1小于预设许可误差；
若优化后的接触力小于磨盘的工作区间，则对刀位点进行调整，以获取不会过磨的边界力-位轨迹，输出此时工件边界的磨抛路径和接触力规划。
(22)根据接触模型对当前力-位轨迹的接触边界进行计算，若接触边界未超过工件边界，输出工件边界的磨抛路径和接触力规划，否则，依次调整磨抛接触力和刀位点，直至接触边界未超过工件边界，输出工件边界的磨抛路径和接触力规划。
更具体的，在本发明的一个可选择的优选实施例中，复杂曲面零件磨抛过程中，其靠近边缘的区域极易发生过磨现象，这是由于磨抛工具的接触轮(磨盘)在靠近边缘区域时，会发生边缘接触压力的应力集中现象，从而造成该部分区域去除量偏大。常规的轨迹规划方法通常以自由曲面模型的u，v参数为参考，但是在边界区域如果也用这种方法规划会导致磨抛轨迹与工件边界距离的不可控。因此本实施例提出了基于边界轮廓线定义和接触模型的磨抛边界轨迹规划方法。首先，如图4所示，首先根据模型或者测量结果获得工件的截面轮廓并计算各个截面的曲率，以每个截面最大曲率为参考对该截面曲率值进行归一化处理。从而可以设定边界轨迹对应的全局曲率半径大小R0，这样就获得了如图4中的(b)所示的初始边界轮廓。
在获得初始边界轮廓的基础上，根据经验预设磨抛点位上的初始接触力均为F，磨盘的变形量d可以根据下面公式(1)获得。
其中，l0是是磨盘的厚度，R1、R2是分别是接触点处工件与磨盘间隙的主曲率半径，F为初设接触力，为
磨盘弹性层的等效弹性模量。从而得到接触区域的长度和宽度分别为：
同时，接触区域的压强分布为：
预设许可误差为δ0，根据接触宽度的计算结果，求解当前刀位点的磨抛边界距预设边界的距离为δ1，采用二分法优化接触力的值，使得0<δ1<δ0,从而使得磨抛接触区域完全落在曲面表面内，避免过磨。如果优化的接触力小于磨头的工作区间，则对刀位点进行向里调整，从而获得一组不会过磨的边界力位轨迹。
(3)对工件整个表面进行满足波纹度要求的磨抛行宽和步长的全局规划，从而获取整个工件表面的磨抛路径和接触力。具体的：
(31)对工件整个表面进行等弧长行宽和等参数步长的磨抛轨迹规划；
(32)基于所述磨抛轨迹规划，根据工件曲率逐点计算等接触行宽的期望接触力；
(33)基于卷积材料去除模型计算工件截面去除量及波纹度；
(34)若波纹度满足要求，则输出满足要求的磨抛轨迹和接触力，否则，调整路径行宽，重复步骤(32)至步骤(34)，直至对应波纹度满足要求，输出满足要求的磨抛轨迹和接触力。
更具体的，在本发明的一个实施例中，完成磨抛边界的力、位轨迹规划之后，需要对整个表面力位轨迹及其磨抛参数进行全局规划，如图5所示。根据磨抛精度要求，首先预设一个稍大的行宽参数，进行等弧长行宽和等参数步长的轨迹规划，为了获得更均匀的零件表面，在不同位置，不同曲率下，根据公式(1)、(2)规划接触力，使得接触宽度b相等。
具体的，本实施例中涉及的基于卷积的材料去除深度计算的卷积原理如公式(4)所示，它表示工件表面材料去除深度是表面上受到压强和速度的卷积。
其中P(u,v)是工件上刀位点附近的压强分布，可以使用公式(3)获得，而V(x,y)是磨头线速度与机器人速度的比值。对应的数值计算方法如下式(5)，它表示，曲面上任意一点的去除深度，等于所有对它有接触的时刻中，压强与速度乘积的累加。
因为单条刀路去除深度呈现中间多，两边少的形态，而且相邻两条刀路之间需要有一定的重合，所以在截面上轮廓上会形成一定程度地波纹。原则上讲，行宽越小，刀路越密，波纹度越小，但同时效率也就越低。因此，需要以波纹度的要求为约束，优化行宽。行宽优化的迭代公式如下式(6)。
其中，Wa是对当前行宽进行材料去除深度的仿真对应的去除分布的波纹度，We是期望的波纹度，一般设定为零件要求的90％。w是当前的行宽，w’是迭代后的行宽。循环执行公式(6)，直到w’-w<Δ。这样，就完成了整个工件表面的力位轨迹规划，如图6所示。
(4)基于工件实时磨抛量及期望余量计算磨抛速度。如图7所示，具体的包括：
(41)基于线性简化的材料去除模型，完成初步磨抛速度规划；(42)基于工件实时磨抛量及期望余量，采用卷积材料去除模型进行材料去除仿真与误差计算；(43)根据材料去除误差仿真结果对初步磨抛速度修正，直至材料去除误差满足要求，输出磨抛速度。更具体的，在本发明的一个优选实施例中，根据线性简化的材料去除经验公式(7)，首先进行初始磨抛速度的规划。其中Vw表示磨抛工具的线速度，Vf表示机器人的进给速度，He是期望的去除深度的分布，F是上一步规划完成的接触力，由于机器人的速度需要在线获得，因此这里规划得到了磨抛工具速度和机器人速度的比值。这样就得到了一组初始的力、位置、磨抛工具转速和机器人进给速度。
通过公式(5)，可以对它对应的去除深度分布进行仿真，得到更精确的卷积材料去除深度预测值。根据此仿真结果，对初始规划的参数进行修正：
通过公式(8)修正后，对新的磨抛参数重新代入公式(7)进行仿真，与误差计算，直到去除深度的均方根误差RMSE(Hp-He)小于轮廓误差的许可值Ha为止。在实际应用中，根据规划的速度比值，在线获取机器人速度Vfa，便可以得到应该发送给磨抛工具的转速：
至此，就完成了整个曲面表面的磨抛轨迹、接触力和速度的规划。
按照本发明的另一个方面，还提供了一种复杂曲面的机器人自适应磨抛加工系统，包括：主控模块，用于根据工件各截面的曲率定义工件边界轮廓及均匀覆盖区域，并基于接触模型，对边界轮廓进行防过切的边界力-位轨迹规划，对均匀覆盖区域进行均匀覆盖的表面力-位轨迹规划，对工件整个表面进行满足波纹度要求的磨抛行宽和步长的全局规划，从而获取整个工件表面的磨抛路径和接触力，基于工件实时磨抛量及期望余量计算磨抛速度；磨抛装置，用于根据工件磨抛路径和接触力对工件进行曲面顺应性加工。
基于上述实施例的任意组合，本实施例中，所述磨抛装置包括机器人、设于所述机器人末端的三自由度磨抛法兰以及设于所述三自由度磨抛法兰上的磨盘模块。
基于上述实施例的任意组合，如图8至图17所示，本实施例中，三自由度磨抛法兰，包括平台与连接模块以及支链模块，其中，所述平台与连接模块包括间隔布置的动平台18和定平台20；所述支链模块包括设于所述动平台18和定平台20之间，且关于所述动平台18中心对称布置的三组可伸缩调节连杆组件，所述可伸缩调节连杆组件一端通过球副与所述动平台18连接，另一端通过转动副与所述定平台20连接；以此方式，通过调整三组可伸缩调节连杆组件的长度，实现动平台18沿着z轴平移或分别沿x、y轴旋转这三个自由度的运动。更具体的，所述可伸缩调节连杆组件包括铰接部件、第一驱动部件、导轨部件、滑板11、转动副部件以及位置感知部件，所述铰接部件一端与所述动平台18连接，另一端与所述第一驱动部件固定连接，所述第一驱动部件的动力输出轴与所述滑板11连接，所述滑板11在所述第一驱动部件的驱动下沿所述导轨部件运动，且该滑板11底部通过所述转动副部件与所述定平台20连接，以此方式，通过第一驱动部件驱动所述滑板11沿所述导轨部件运动，以调节所述动平台18和定平台20之间的距离和位姿，所述位置感知部件用于识别所述滑板11的运动距离。所述第一驱动部件包括伸缩驱动电机16、同步带轮17以及丝杠部件，所述伸缩驱动电机16的动力输出轴与所述同步带轮17连接，所述同步带轮17包括主动轮、从动轮以及缠绕所述主动轮和从动轮的皮带，所述从动轮与所述丝杠部件连接，所述丝杠部件与所述滑板11固定连接。所述位置感知部件包括沿所述滑板11运动方向设置的感应器固定条14、感应片13以及感知传感器15，所述感应器固定条14与所述导轨部件固定连接，所述感应片13一端与感应器固定条14滑动连接，另一端随所述滑板11同步运动，所述感知传感器15包括两个，分别沿所述滑板11运动方向设于所述感应片13两侧，且两个感知传感器15的距离至少覆盖感应片13的最大运动距离。所述动平台18顶面还设有磨盘磨抛模块，所述磨盘磨抛模块包括磨抛电机6、一维力传感器5、传感器连接板4、联轴器3、轴承2以及磨盘1，所述磨抛电机6一端与动平台18固定连接，另一端与传感器连接板4连接，多个所述一维力传感器5沿所述磨抛电机6周向均匀阵列布置，且所述一维力传感器5设于所述动平台18与所述传感器连接板4之间，所述磨抛电机6的动力输出轴与所述联轴器3连接，所述联轴器3一端与传感器连接板4连接，另一端穿过所述轴承2与所述磨盘1连接。
如图9所示，在本发明的一个优选实施例中，法兰整体包含一个可以装夹驱动机构的上(动)平台、三根可以伸缩的连杆(移动副)以及一个基座(定平台)构成。其中上平台通过三个球铰链(球副)连接到连杆，三个球铰链均匀分布在以上平台中心为圆心，以r为半径的圆上，三者与圆心连线两两互为120°，即B1、B2、B3为等边三角形，以上平台中心为圆心，以r为半径的圆是其外接圆；连杆的另一端通过等距的销接头(转动副)与基座连接，同样的，P1、P2、P3也为等边三角形，以基座中心为圆心，以R为半径的圆是其外接圆。通过改变连杆的长度，可以相对于基座去操纵上平台运动。其中三根连杆由于受到了销轴副的约束，因此只能在分别垂直于基座、且穿过B1P1、B2P2、B3P3的三个平面内各自绕点P1、P2、P3转动。由此可知，当三根连杆的长度确定后，可唯一确定上平台的位姿。通过对以上的分析可以得知，本发明所设计的磨抛法兰机构可作沿着z轴平移或分别沿x、y轴旋转这三个自由度的运动。法兰从结构上整体可分为三部分，由上到下依次为A磨盘磨抛模块、B支链模块、C平台与连接模块，总高270mm。在进行结构设计与关键零件选取的过程中，以结构紧凑及易于加工装配为原则，尽量多的选用标准件，基于标准件的参数去设计非标准件的参数，大幅度地减少了加工装配时间，同时便于后期的零件更替与优化升级。如图3所示，磨盘磨抛模块包括磨盘1、RU42交叉滚子轴承、联轴器3、传感器连接板4、一维力传感器5以及安川伺服电机。磨盘1直径为120mm，厚度为5mm，其中磨盘1直径为动平台直径的一半，既美观又使用，整体尺寸与传感器连接板4保持一致，形成对称结构。与此同时，磨盘1与传感器连接板4上均开有螺纹孔，其中磨盘1的螺纹孔与RU42交叉滚子轴承内圈相配合，用于将磨盘1与轴承2固定在一起；传感器连接板4上的螺纹孔用于与动平台一起固定一维力传感器5。磨抛电机选择安川伺服电机6，电机输出轴与联轴器3相连，联轴器3通过安装孔与RU42交叉滚子轴承2内圈固定，从而实现电机6旋转带动磨盘1旋转，保证磨抛质量。如图11所示，支链整体由电机部分、传动部分、位置感应部分、导轨部分四部分组成。电机部分的电机16选择与A磨抛部分的电机6选型相同，电机16的输出轴与同步带轮17相连带动同步带轮17旋转运动。传动部分选择同步带轮传动，通过皮带使得电机可以控制丝杆8运动。位置感应部分由传感器防护片12、两个LU-L24传感器15、新感应片13和感应器固定条14组成。其中传感器防护片12用于隔离传感器与外部环境，防止粉尘等损伤元器件；新感应片13固定在感应器固定条14上，可随导轨滑动；两个LU-L24传感器15均布在传感器固定条14上，可以随时检测新感应片13即导轨的位置，将位置信息传到PC端可以在线监测导轨的位置从而得到动平台的即时姿态。导轨部分的原理为通过同步带轮17带动丝杆8转动，采取丝杆8转动，丝杆螺母10移动的方式，通过丝杆螺母10的移动带动滑板11移动，从而达到连杆长度可变即移动副的效果。从导轨部分内部结构图可以看出，滑板11是固定在四条交叉滚子直线导轨9上来实现自由滑动的，同时丝杆8上端有两个635轴承7、丝杆锁紧螺母、轴承盖等一些固定零件，用于增大丝杆8的承载能力，达到更高的精度。
如图12所示，整个磨抛法兰的平台有两个，分别是定平台20与动平台18，定平台20与机械手相连，动平台18与磨抛部分相连进行磨抛。动平台18和定平台20的直径相同，均为240mm，厚度为8mm，根据机器手末端法兰盘以及一维力传感器螺纹孔的位置分布关系对两个平台开相应的螺纹孔用于衔接固定。连接部分的零件主要为标准件，分别是万向球头阻尼铰链关节23(球副)、合页21(转动副)、铜柱22与过渡板19。标准件之间的安装连接使用合适厚度的碳纤维板，以在获得较强刚度及强度的同时尽量较少重量，部分关键连接零件使用铝合金加工件，将结构简单化并保证结构该有的强度。万向球头阻尼铰链关节23可以实现任意方向的摆动且扭力可调，寿命长，方便拆卸；选用合页21精度高，可以有效减小法兰空间，节省原材料；使用铜柱22与过渡板19可将移动副分别与动平台18与定平台20连接起来。
如图13所示，在本发明实施例中，三自由度磨抛法兰(3-RPS)机构中，R为转动副、P为移动副、S为球副通过螺旋理论可得，分支运动的螺旋系为：
如图14所示，约束螺旋系为：
$r＝(1 0 0； 0 f -e) (11)
由此可得，另外两条支链同理，都与第一个转动副平行且过各自分支球副中心。同时，3个约束力线性无关，限制了平台的3个自由度，被限制的运动包括动平台X和Y方向的移动与Z方向的转动。
按照修正的G-K公式计算：
式中：M表示磨抛法兰的自由度数目；n表示磨抛法兰的构件数目；g表示磨抛法兰中运动副的数目；fi表示磨抛法兰第i个运动副所具有的自由度数目；v表示并联冗余约束。
由此可得，采用3-RPS机构可以实现两转一移且自由度具有全周性。
本发明中，3-RPS并联机构的工作空间是指上平台的中心点C所能够到达的实际加工空间区域，可以很大程度上反应出并联机构工作性能的好坏。
实际上，有许多因素能够影响到并联机构的工作空间，主要因素为驱动杆长的约束、球铰的约束、连杆之间干涉的约束等一些物理约束。由于所发明的3-RPS并联机构具有三个独立的自由度，要想求出工作空间，必须求出三个移动自由度即XC、YC、ZC的坐标，这就要求通过解以一个移动和两个转动的坐标为独立变量的方程以获得三个移动变量的值，而由于这三个方程是高度非线性的，势必会给求解带来很大的困难，而本发明将针对以上的三个约束条件对方程进行求解从而得到实际的工作空间，这使得工作空间的求解方法变得相对简单而且较为可靠，也便于实际应用。
驱动杆长约束讨论：
发明的3-RPS并联磨抛法兰具有三根驱动杆，三根杆沿圆周120°分布，三根杆的杆长可通过上下两点坐标求得。由于移动副具有行程限制，因此驱动杆的杆长是有长度限制的，用lmin表示杆件的最小长度,用lmax表示杆件的最大长度,那么杆件的长度可用下式进行约束：
lmin≤li≤lmax (13)
球铰约束讨论：设球铰转角为φi,它的范围是由固定坐标系的z轴与球铰杆向量Z之间夹角确定的,如图16所示。上平台第i个球铰的Z轴基准向量用ni表示,则上平台的球铰转角表达式为其中i＝1,2,3。其转角约束为：
φmin≤φi≤φmax (14)
式中ni为安装球铰的基准向量，φmin为球铰的最小转角，φmax为球铰的最大转角。
以下推导旨在表示φi：设平面c-xyz的法向量N为：
N＝a1I+b1J+c1K (15)
a1、b1、c1为常数项系数，I为x轴单位向量，J为y轴单位向量，K为z轴单位向量；
对应的平面方程为：
Ax+By+Cz＝d (16)
A、B、C为常数项系数，d为常数项，x、y、z为对应的平面的坐标轴；
由图13可知：
其中，B1B2和B2B3分别为球铰链B1到B2与B2到B3指向的线向量，即可将法向量N的分量确定下来：
由于球铰链牢固地固定在上平台上，如图10所示，每个球铰链的对称轴与上平台的法线在m处相交，沿着法线并通过点(xc,yc,zc)的直线方程为：
通过定义单位矢量分量可得：
因此，可以得到点m的笛卡尔坐标为：
xm＝xc+ADm
ym＝yc+BDm
zm＝zc+CDm (21)
同样的，连杆的直线方程为：
/>
可得出角φi的表达式如下：
其中，i＝1,2,3且0<φi＜φmax/2.。
由于机构自身的特性，杆件之间不能发生干涉，至此，所有约束条件已讨论完毕。
通过上述实施例，目前已知虚拟杆长的表达式与球铰链的转角表达式，由于磨抛法兰结构的特殊性，并不会发生杆件之间的干涉，因此只需要考虑杆长度与转角范围这两个约束条件。边界数值极限搜索法的原理为对空间内的点进行搜索，如果所求点的杆长与转角均在规定的极限范围内，则点在机构的工作空间范围内，如果不满足任意一个规定条件，则点在机构的工作空间范围外。最后将所有符合约束条件的点找到并绘制成曲面，就可以得到机构的完整的工作空间。运用平行面将工作空间分割成为厚度为ΔZ的微元，找到每个平面内工作空间的边界，连接成为曲面到一起便可以得到机构的三维工作空间。
更具体的，首先初始化法兰机构的参数：lmin为杆件的最小长度、lmax为杆件的最大长度、R为定平台直径、r为动平台直径、Zmin为动平台中心点所能达到的最低高度、Zmax动平台中心点所能达到的最高高度、α和β为欧拉角转角；根据所设计的磨抛法兰尺寸来设定初始值：如，lmin＝170mm、lmax＝240mm、R＝120mm、r＝120mm、Z0＝160mm；
计算法兰每根伸缩杆的杆长以及法兰对应的转角值；判断法兰对应的转角值是否满足约束要求，如果满足，则记录相应的参数，并绘制法兰的工作空间边界，如果不满足，则调整参数ΔZ、α、β，并重新计算法兰每根伸缩杆的杆长以及法兰对应的转角值，直至法兰对应的转角值是否满足约束要求，制法兰的工作空间边界。采用边界数值极限搜索法运用MATLAB软件编写程序对机构进行工作空间仿真后，得到工作空间的边界图。
由于机器人的强刚性和低带宽的运动特性与大型复杂曲面零件的高刚度与高精度之间存在矛盾，且力位耦合问题严重、运动学特性不可知，因此机器人在加工的过程中，要求其末端执行器具有一定的柔顺能力，从而减少加工误差。为实现柔性法兰末端接触力及姿态的顺应性，需要使用相应的力控算法对接触力进行实时控制，本发明使用阻抗控制算法、对六维力传感器进行重力补偿并设置相应的阻抗控制器来实现磨抛法兰的曲面顺应性。
此外，基于上述任意实施例或其组合，本实施例中，机械阻抗由机械系统本身产生，并由质量矩阵M、阻尼矩阵D和刚度矩阵K所表征。阻抗控制建立了力及位置之间的动态关系，可得到磨抛法兰理想的阻抗控制的模型为：
其中xd与fd分别为磨抛法兰的期望位姿与期望力，x(t)与f(t)分别为传感器实时检测到的磨抛法兰的当前位姿与当前接触力，Δx及其一阶、二阶导数表示磨抛法兰期望与当前的位姿、速度及加速度的偏差。而磨抛法兰的阻抗控制就是通过调整参数Md、Dd与Kd来实现法兰末端力与位置的控制。
通过令参考轨迹满足：
理论上，可实现对期望力的准确跟踪。但是，实际场景中，环境位置和刚度参数往往与真实值有一定的误差，通过分析阻抗模型，可得力误差方程：
考虑误差δxe和δke的稳态力误差方程为：
基于有界函数的变阻抗控制：
当环境刚度已知但位置信息不准确且存在未知变化时，即通过分析阻抗控制力误差方程得：
由于环境刚度ke较大，故较小的位置误差也可导致较大的力跟踪误差，因此，提出一种在环境未知变化时，阻抗参数有界的变阻抗策略，减小稳态力误差，同时系统鲁棒性好。
假设变阻抗模型为：
其中，b(t)是时变阻尼系数，k(t)是时变刚度系数，考虑顺应轨迹等于实际轨迹xc＝x，且所提出的阻抗参数变化规律为：
上式中，b0是阻尼初值，kb是阻尼调节系数，k0是刚度初值，φ(t)是力误差有关的函数：
所采用的变阻抗通过有界函数分别是双曲正切函数y＝tanh(x)和双曲正割函数y＝sech(x)，其函数图像如图19所示。通过函数图像可知，实际的阻尼变化范围为[b0-kb,b0+kb]，刚度自适应变化范围为(0,k0]，其中小括号表示值域不含区域边界，中括号表示包含区域边界。显然，当系统稳定时，刚度和阻尼参数是有界的，刚度k(t)→0，b(t)→b0-k(b)，efss→0。
此外，基于上述任意实施例或其组合，本实施例中，还进行了法兰的重力补偿计算，本发明采用ZYZ欧拉角来对磨抛法兰的姿态进行描述，α、β、γ分别为三次坐标变换的旋转系数。设磨盘磨抛模块的重力为G，则磨盘磨抛模块的重力在坐标系O-XYZ的向量表示为而在坐标系c-xyz中，磨盘磨抛模块的重力不仅与G的大小有关，还与α、β、γ有关，要想将/>在坐标系c-xyz中反应出来，需要左乘旋转矩阵[T]的逆矩阵：
重力的向量在基础坐标系O-XYZ的向量表示为则重力与工件坐标系c-xyz中x轴之间的夹角的余弦为：
磨盘磨抛模块的重力在工件坐标系c-xyz中x轴的分量为：
Gx＝G×cosψ＝r31G (35)
同理可得，磨盘磨抛模块的重力在工件坐标系c-xyz中三个坐标轴上的分量为：
{Gx,Gy,Gz}＝{r31G,r32G,r33G} (36)
此外，基于上述任意实施例或其组合，本实施例中，还进行了法兰的力矩补偿计算，
传感器各个坐标轴上所测得的力矩信号不仅与磨盘磨抛模块的重力在其他两个坐标系上的分量有关，还有磨盘磨抛模块的质心在工件坐标系上的位置有关。假设磨盘磨抛模块的重力在工件坐标系中三个坐标轴上的力矩分量为{Mx,My,Mz}，磨盘磨抛模块的重心在工件坐标系里的坐标为{Lx,Ly,Lz}，之前已经得到磨盘磨抛模块的重力在工件坐标系c-xyz中三个坐标轴上的分量为{Gx,Gy,Gz}，根据力和力矩之间的关系可得如下表达式：
当磨盘磨抛模块的质心落在传感器的Z轴上时，此时Lx＝Ly＝0，可将上式化简为：
在实际的测量过程中，除了上文提到的磨盘磨抛模块的重力对测量结果的影响，传感器自身的初始值设定也会对测量结果有很大的影响，因此在实际测量之前，必须得到初始值并进行补偿。
假定六维力传感器的初始值设定为{Fx0,Fy0,Fz0,Tx0,Ty0,Tz0}，传感器实际测量到的值为{Fex,Fey,Fez,Tex,Tey,Tez}，则：
/>
随后根据六组特定的位姿，联立求解可解得{Fx0,Fy0,Fz0,Tx0,Ty0,Tz0}和磨盘磨抛模块的重心大小与位置。此外，本实施例中，所设计的阻抗控制器原理如图18所示，通过设置相应的控制参数Md、Dd与Kd，以及通过估计或在线学习得到的环境阻抗参数，使得输入为磨抛法兰的目标位置，输出为磨抛法兰末端接触力，调节参数后可以使得控制器具有较好的性能。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种复杂曲面的机器人自适应磨抛加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：根据工件各截面的曲率定义工件边界轮廓及均匀覆盖区域；
步骤二：基于接触模型，对边界轮廓进行防过切的边界力-位轨迹规划，对均匀覆盖区域进行均匀覆盖的表面力-位轨迹规划；
步骤三，对工件整个表面进行满足波纹度要求的磨抛行宽和步长的全局规划，从而获取整个工件表面的磨抛路径和接触力；
步骤四：基于工件实时磨抛量及期望余量计算磨抛速度；
步骤五：根据上述磨抛工艺参数对工件进行曲面顺应性的、协同控制的磨抛加工。
2.根据权利要求1所述的一种复杂曲面的机器人自适应磨抛加工方法，其特征在于，步骤二中，所述对边界轮廓进行防过切的边界力-位轨迹规划具体包括以下步骤：
(11)根据工件边界轮廓设置初始边界轨迹及其初始接触力，并将其作为当前力-位轨迹；
(12)根据接触模型对当前力-位轨迹的接触边界进行计算，若接触边界未超过工件边界，输出工件边界的磨抛路径和接触力规划，否则，依次调整磨抛接触力和刀位点，直至接触边界未超过工件边界，输出工件边界的磨抛路径和接触力规划。
3.根据权利要求2所述的一种复杂曲面的机器人自适应磨抛加工方法，其特征在于，步骤(12)中，所述依次调整磨抛接触力和刀位点，直至接触边界未超过工件边界包括：
(121)根据初始边界轨迹上磨抛点位的初始接触力计算磨盘的变形量；
(122)根据磨盘的变形量计算磨盘接触区域的接触长度、接触宽度以及压强分布；
(123)根据接触宽度求解当前刀位点的磨抛边界与预设边界之间的距离δ1，若距离δ1小于预设许可误差，输出工件边界的磨抛路径和接触力规划，否则，采用二分法优化接触力的值，使得距离δ1小于预设许可误差；
(124)若步骤(123)中优化后的接触力小于磨盘的工作区间，则对刀位点进行调整，以获取不会过磨的边界力-位轨迹，输出此时工件边界的磨抛路径和接触力规划；
优选的，所述磨盘的变形量d的计算公式包括：
式中，l0是是磨盘的厚度，R1、R2是分别是接触点处工件与磨盘间隙的主曲率半径，F为初设接触力，为磨盘弹性层的等效弹性模量；
优选的，所述磨盘接触区域的接触长度、接触宽度以及压强分布的计算公式包括：
式中，a、b分别为椭圆形接触区域的长轴和短轴，x、y分别为接触区域局部坐标系中的坐标。
4.根据权利要求1所述的一种复杂曲面的机器人自适应磨抛加工方法，其特征在于，步骤三包括以下步骤：
(31)对工件整个表面进行等弧长行宽和等参数步长的磨抛轨迹规划；
(32)基于所述磨抛轨迹规划，根据工件曲率逐点计算等接触行宽的期望接触力；
(33)基于卷积材料去除模型计算工件截面去除量及波纹度；
(34)若波纹度满足要求，则输出满足要求的磨抛轨迹和接触力，否则，调整路径行宽，重复步骤(32)至步骤(34)，直至对应波纹度满足要求，输出满足要求的磨抛轨迹和接触力；
优选的，步骤(33)中，所述卷积材料去除模型的计算公式包括：
式中，P(u,v)是工件上刀位点附近的压强分布，V(x,y)是磨盘线速度与机器人速度的比值，kg是卷积材料去除系数。
5.根据权利要求1所述的一种复杂曲面的机器人自适应磨抛加工方法，其特征在于，步骤四包括以下步骤：
(41)基于线性简化的材料去除模型，完成初步磨抛速度规划；
(42)基于工件实时磨抛量及期望余量，采用卷积材料去除模型进行材料去除仿真与误差计算；
(43)根据材料去除误差仿真结果对初步磨抛速度修正，直至材料去除误差满足要求，输出磨抛速度；
优选的，步骤(41)中，所述材料去除经验公式包括：
式中，Vw表示磨抛工具的线速度，Vf表示机器人的进给速度，He是期望的去除深度的分布，F是上一步规划完成的接触力，kF是材料去除系数；
优选的，步骤(43)中，所述对初步磨抛速度修正包括：
式中，Hp是根据卷积材料去除公式计算得到的去除深度的仿真值。
6.一种复杂曲面的机器人自适应磨抛加工系统，其特征在于，包括：
主控模块，用于根据工件各截面的曲率定义工件边界轮廓及均匀覆盖区域，并基于接触模型，对边界轮廓进行防过切的边界力-位轨迹规划，对均匀覆盖区域进行均匀覆盖的表面力-位轨迹规划，对工件整个表面进行满足波纹度要求的磨抛行宽和步长的全局规划，从而获取整个工件表面的磨抛路径和接触力，基于工件实时磨抛量及期望余量计算磨抛速度；
磨抛装置，用于根据工件磨抛路径和接触力对工件进行曲面顺应性加工。
7.根据权利要求6所述的一种复杂曲面的机器人自适应磨抛加工系统，其特征在于，所述磨抛装置包括机器人、设于所述机器人末端的三自由度磨抛法兰以及设于所述三自由度磨抛法兰上的磨盘磨抛模块。
8.根据权利要求7所述的一种复杂曲面的机器人自适应磨抛加工系统，其特征在于，所述三自由度磨抛法兰包括平台与连接模块以及支链模块，其中，所述平台与连接模块包括间隔布置的动平台(18)和定平台(20)；所述支链模块包括设于所述动平台(18)和定平台(20)之间，且关于所述动平台(18)中心对称布置的三组可伸缩调节连杆组件，所述可伸缩调节连杆组件一端通过球副与所述动平台(18)连接，另一端通过转动副与所述定平台(20)连接；以此方式，通过调整三组可伸缩调节连杆组件的长度，实现动平台(18)沿着z轴平移或分别沿x、y轴旋转这三个自由度的运动。
9.根据权利要求8所述的一种复杂曲面的机器人自适应磨抛加工系统，其特征在于，所述可伸缩调节连杆组件包括铰接部件、第一驱动部件、导轨部件、滑板(11)、转动副部件以及位置感知部件，所述铰接部件一端与所述动平台(18)连接，另一端与所述第一驱动部件固定连接，所述第一驱动部件的动力输出轴与所述滑板(11)连接，所述滑板(11)在所述第一驱动部件的驱动下沿所述导轨部件运动，且该滑板(11)底部通过所述转动副部件与所述定平台(20)连接，以此方式，通过第一驱动部件驱动所述滑板(11)沿所述导轨部件运动，以调节所述动平台(18)和定平台(20)之间的距离和位姿，所述位置感知部件用于识别所述滑板(11)的运动距离；
优选的，所述第一驱动部件包括伸缩驱动电机(16)、同步带轮(17)以及丝杠部件，所述伸缩驱动电机(16)的动力输出轴与所述同步带轮(17)连接，所述同步带轮(17)包括主动轮、从动轮以及缠绕所述主动轮和从动轮的皮带，所述从动轮与所述丝杠部件连接，所述丝杠部件与所述滑板(11)固定连接；
优选的，所述位置感知部件包括沿所述滑板(11)运动方向设置的感应器固定条(14)、感应片(13)以及感知传感器(15)，所述感应器固定条(14)与所述导轨部件固定连接，所述感应片(13)一端与感应器固定条(14)滑动连接，另一端随所述滑板(11)同步运动，所述感知传感器(15)包括两个，分别沿所述滑板(11)运动方向设于所述感应片(13)两侧，且两个感知传感器(15)的距离至少覆盖感应片(13)的最大运动距离；
优选的，所述动平台(18)顶面还设有磨盘磨抛模块，所述磨盘磨抛模块包括磨抛电机(6)、一维力传感器(5)、传感器连接板(4)、联轴器(3)、轴承(2)以及磨盘(1)，所述磨抛电机(6)一端与动平台(18)固定连接，另一端与传感器连接板(4)连接，多个所述一维力传感器(5)沿所述磨抛电机(6)周向均匀阵列布置，且所述一维力传感器(5)设于所述动平台(18)与所述传感器连接板(4)之间，所述磨抛电机(6)的动力输出轴与所述联轴器(3)连接，所述联轴器(3)一端与传感器连接板(4)连接，另一端穿过所述轴承(2)与所述磨盘(1)连接。
10.根据权利要求6所述的一种复杂曲面的机器人自适应磨抛加工系统，其特征在于，所述三自由度磨抛法兰的实际加工空间区域为：
lmin≤li≤lmax
φmin≤φi≤φmax
其中，用lmin为可伸缩调节连杆组件的最小长度，用lmax为可伸缩调节连杆组件的最大长度，li为可伸缩调节连杆组件的实际长度，φmin为球副的最小转角，φmax为球副的最大转角，φi为球副的实际转角；
优选的，所述上平台的球副的转角表达式为：
其中，ni为安装球副的基准向量。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311412566.0A CN117620782A (zh) | 2023-10-26 | 2023-10-26 | 一种复杂曲面的机器人自适应磨抛加工方法及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311412566.0A CN117620782A (zh) | 2023-10-26 | 2023-10-26 | 一种复杂曲面的机器人自适应磨抛加工方法及系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117620782A true CN117620782A (zh) | 2024-03-01 |
Family
ID=90034715
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311412566.0A Pending CN117620782A (zh) | 2023-10-26 | 2023-10-26 | 一种复杂曲面的机器人自适应磨抛加工方法及系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117620782A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117817674A (zh) * | 2024-03-05 | 2024-04-05 | 纳博特控制技术(苏州)有限公司 | 一种机器人自适应阻抗控制方法 |
-
2023
- 2023-10-26 CN CN202311412566.0A patent/CN117620782A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN117817674A (zh) * | 2024-03-05 | 2024-04-05 | 纳博特控制技术(苏州)有限公司 | 一种机器人自适应阻抗控制方法 |
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