一种应用于打磨机器人的力-位混合控制技术

一种应用于打磨机器人的力/位混合控制技术

本文根据打磨机器人作业对位置和力同时控制的要求，在分析了基于位置伺服力/位混合控制策略的基础上，对基于速度伺服的力/位混合控制策略进行了研究，对测量的力信号进行了滤波、重力补偿及传感器坐标系标定等处理，以提高所测力信号的抗干扰性和准确性。仿真结果表明：该方案可以满足打磨机器人对位置和力分别控制的要求。随着科学技术的进步和制造业的不断发展，市场对打磨抛光加工的需求不断增长。然而，目前我国打磨抛光加工主要以人工为主，人工打磨效率低下，费时费力，精度不高，而且产品均一性差，工人工作环境恶劣，难以实现自动化生产，已经成为打磨抛光行业进一步发展的瓶颈。因此，自动打磨抛光设备的研究引起了很多高校、科研机构和公司的广泛关注。

打磨抛光机器人能够实现高效率、高质量的自动化打磨，为代替人工打磨提供了一种有效的解决方案。打磨机器人的核心为力控制技术，通过控制加工轨迹和打磨工具末端的力保证打磨质量，即对机器人的位置和力这两方面都要进行控制。目前国内外已经研发出较成熟的位置控制型机器人，对力控制机器人也开展了很多研究，但是大部分力控制机器人都是基于位置伺服实现的，其响应时间长，不能对力进行直接控制，影响了力控制的精度和效果。针对上述情况，笔者对基于速度伺服的力控制打磨机器人进行了研究，给出了打磨机器人系统组成，对测量的力信号进行了滤波、重力补偿和传感器坐标系标定，提高了所测力信号的抗干扰性和准确性，最后对上述算法进行了仿真实验。

1 打磨机器人系统组成打磨机器人系统（图1）由新松6kg工业机器人本体、机器人控制柜、路径规划计算机、打磨工具、六维力－力矩传感器及打磨工作台等组成，六维ATI 力－力矩传感器安装在机器人六轴末端法兰盘上，用来测量在传感器坐标系下x、y、z3个方向所受力和力矩大小。打磨工具通过连接件安装在力－力矩传感器的测量面。路径规划计算机用来规划打磨工具在待加工工件上的打磨路径，其输出和机器人控制柜相连。打磨机器人的加工过程为：首先路径规划计算机对打磨工具在工件上的打磨路径进行规划，并将规划完的机器人位置信息传递给机器人位置控制器，机器人位置控制器驱动机器人到