基于刚度矩阵的直角坐标机器人的打磨方法技术

本发明专利技术提出了一种基于刚度矩阵的直角坐标机器人的打磨方法,该方法针对直角坐标机器人打磨系统的结构特性，建立了打磨系统刚度矩阵，并在传统打磨模型的基础上，引入直角坐标机器人打磨系统的动、静刚度矩阵，推导出打磨力、打磨参数、形变及振动三者的关系，建立了涵盖三者关系的打磨模型。随后将打磨过程中的力反馈信息作为输入，利用打磨模型中求取打磨过程中系统形变和振动的幅值，集合规划轨迹判断出直角坐标机器人的打磨精度，为后续的打磨加工参数优化提供参考。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及工业机器人打磨加工及检测技术，特别是一种基于刚度矩阵的直角 坐标机器人的打磨方法。
技术介绍
作为机械加工的主要手段之一，打磨加工在制造业中受到广泛应用。目前机器人 打磨加工实现方法主要包括两种：进行大量的打磨实验，利用回归分析求取特定材料的机 器人打磨模型；对机器人末端进行力控制，在保证机器人末端与工件接触的情况下，控制打 磨工具的位置以及工具和工件之间的接触力。 1)通过回归分析求取机器人打磨模型。该方法的实现需要大量的实验数据，且该 方法求取的打磨模型只能针对指定的材料，无法应用到其他材料上，缺乏通用性。 2)对机器人末端进行接触力控制。该方法主要可分为带传感器和不带传感器两 种。不带传感器的力控制方法主要是依靠对机器人电机数据进行读取，通过电机数据对机 器人末端位置进行判断。这种方法成本低，但未考虑机器人本身形变以及工件装配误差等 问题，加工精度低；带传感器的力控制方法主要是依靠传感器的数据反馈判断机器人末端 的力位情况，实现实时的力位控制。这种方法无法预知可能存在的系统形变或末端受力，因 此，要求传感器实时性强，打磨系统通讯快，造成成本较高。
技术实现思路
为实现工业机器人在打磨加工的普及，本专利技术提供一种基于刚度的直角坐标机器 人打磨方法。 本专利技术采用如下技术方案： -种，所述直角坐标机器人打磨装置 包括直角坐标机器人、打磨工具、连接于直角坐标机器人和打磨工具之间的力传感器，包括 以下步骤： 步骤1、计算直角坐标机器人打磨系统的各部件刚度，包括直角坐标机器人、打磨 工具、力传感器、工件； 步骤2、建立直角坐标机器人打磨系统的刚度矩阵； 步骤3、在传统打磨模型中引入刚度矩阵，分别分析刚度矩阵和打磨力、冲击力和 打磨参数之间的关系，最终建立直角坐标机器人打磨模型； 步骤4、驱动直角坐标机器人按照规定打磨参数和规划轨迹进行打磨，利用力传感 器记录打磨过程中受力情况； 步骤5、以力传感器反馈信息作为输入，根据机器人打磨模型，计算出打磨过程中 对应加工位置产生的系统形变X和振动幅度Α τ; 步骤6、将对应加工位置上的系统形变X和振动幅度Α。与规划轨迹对比，判断直角 坐标机器人打磨加工精度，所述打磨系统形变X和振动幅度A。的值越小则表示打磨精度越 尚。 进一步地，步骤2中所述刚度矩阵包括静刚度矩阵和动刚度矩阵，所述静刚度矩 阵为：【主权项】1. 一种，所述直角坐标机器人打磨装置包 括直角坐标机器人（4)、打磨工具（2)、连接于直角坐标机器人（4)和打磨工具（2)之间的 力传感器（3)，其特征在于，包括W下步骤： 步骤1、计算直角坐标机器人打磨系统的各部件刚度，包括直角坐标机器人（4)、打磨 工具（2)、力传感器（3)、工件（1); 步骤2、建立直角坐标机器人打磨系统的静、动刚度矩阵； 步骤3、在传统打磨模型中引入刚度矩阵，分别分析刚度矩阵和打磨力、冲击力和打磨 参数之间的关系，最终建立直角坐标机器人打磨模型； 步骤4、驱动直角坐标机器人按照规定打磨参数和规划轨迹进行打磨，利用力传感器记 录打磨过程中受力情况； 步骤5、W力传感器反馈信息作为输入，根据机器人打磨模型，计算出打磨过程中对应 加工位置产生的系统形变X和振动幅度A。； 步骤6、将对应加工位置上的系统形变X和振动幅度A。与规划轨迹对比，判断直角坐标 机器人打磨加工精度，所述打磨系统形变X和振动幅度A。的值越小则表示打磨精度越高。2. 根据权利要求1所述的，其特征在于： 步骤2中所述刚度矩阵包括静刚度矩阵和动刚度矩阵，所述静刚度矩阵为：所述动刚度矩阵为： K_i=Kg-i+Kj-i+K〇-i+Kc-i， 其中，Kg为直角坐标机器人（4)的滚珠丝杠（5)等效刚度，Kj为打磨工具的支架等效 巧IJ度，K。为工件刚度，K。为力传感器刚度。3. 根据权利要求1所述的，其特征在于， 所述步骤3具体包括： 步骤31、分析得出系统静刚度矩阵和打磨力、打磨参数之间的关系式： KX=Fm=ap°*V*V， 其中X为系统形变；Fm为磨削力；a。为规划切削深度；V，为砂轮转动速度；V,为工件进 给速度； 分析得出系统动刚度矩阵和冲击力、打磨参数之间的关系式：其中如为冲击速度，其值为也=马-$9;皆砂轮法向切入速度；$9为砂轮材料去除 速度;A。为振动幅度，F""为冲击力；《d系统固有频率； 步骤32、根据步骤31的关系式建立机器人系统打磨模型为：【专利摘要】本专利技术提出了一种,该方法针对直角坐标机器人打磨系统的结构特性，建立了打磨系统刚度矩阵，并在传统打磨模型的基础上，引入直角坐标机器人打磨系统的动、静刚度矩阵，推导出打磨力、打磨参数、形变及振动三者的关系，建立了涵盖三者关系的打磨模型。随后将打磨过程中的力反馈信息作为输入，利用打磨模型中求取打磨过程中系统形变和振动的幅值，集合规划轨迹判断出直角坐标机器人的打磨精度，为后续的打磨加工参数优化提供参考。【IPC分类】B24B1-00【公开号】CN104786108【申请号】CN201510153236【专利技术人】邵明, 陈首彦, 张铁 【申请人】华南理工大学【公开日】2015年7月22日【申请日】2015年3月31日本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于刚度矩阵的直角坐标机器人的打磨方法，所述直角坐标机器人打磨装置包括直角坐标机器人(4)、打磨工具(2)、连接于直角坐标机器人(4)和打磨工具(2)之间的力传感器(3)，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、计算直角坐标机器人打磨系统的各部件刚度，包括直角坐标机器人(4)、打磨工具(2)、力传感器(3)、工件(1)；步骤2、建立直角坐标机器人打磨系统的静、动刚度矩阵；步骤3、在传统打磨模型中引入刚度矩阵，分别分析刚度矩阵和打磨力、冲击力和打磨参数之间的关系，最终建立直角坐标机器人打磨模型；步骤4、驱动直角坐标机器人按照规定打磨参数和规划轨迹进行打磨，利用力传感器记录打磨过程中受力情况；步骤5、以力传感器反馈信息作为输入，根据机器人打磨模型，计算出打磨过程中对应加工位置产生的系统形变X和振动幅度Ac；步骤6、将对应加工位置上的系统形变X和振动幅度Ac与规划轨迹对比，判断直角坐标机器人打磨加工精度，所述打磨系统形变X和振动幅度Ac的值越小则表示打磨精度越高。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邵明，陈首彦，张铁，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44