[发明专利]机器人打磨装置及其打磨方法

权利要求书

1.机器人打磨装置，其特征在于：包括机器人、传感器固定座、力传感器、固定底座、电动打磨机和位移传感器，所述电动打磨机和位移传感器安装在固定底座上，固定底座固定在力传感器的面板上，力传感器固定在传感器固定座上，传感器固定座固定在机器人末端。

2.根据权利要求1所述的机器人打磨装置，其特征在于：所述固定底座连接连接片，电动打磨机通过2个夹持片安装在连接片上，位移传感器通过2个夹持片安装在转角上，转角安装在连接片上。

3.根据权利要求2所述的机器人打磨装置，其特征在于：所述连接片为平面直角形。

4.根据权利要求2所述的机器人打磨装置，其特征在于：所述转角为空间两个直角弯折。

5.根据权利要求1所述的机器人打磨装置，其特征在于：所述电动打磨机的打磨头通过卡头夹紧在电动打磨机的机体上。

6.根据权利要求5所述的机器人打磨装置，其特征在于：所述电动打磨机和位移传感器的轴线方向均为沿机器人末端的Z轴方向，且位移传感器顶部的探针比电动打磨机的打磨头所述Z轴方向上超出1-5mm。

7.根据权利要求6所述的机器人打磨装置，其特征在于：所述力传感器为六维力传感器。

8.根据权利要求7所述的机器人打磨装置的打磨方法，其特征在于：包括以下步骤：

①根据理论轮廓模型规划加工轨迹并确定加工的起刀点；

②令机器人末端以小于5cm/s的速度接近工件；

③当位移传感器的探针产生压缩变形，令机器人末端匀减速至速度为零，停止Z轴方向的前进；

④开始沿加工轨迹加工，位移传感器在前，打磨头在后，加工轨迹的加工控制包括C和E-C，C为力控制选择矩阵，E为单位矩阵，E-C为位置控制选择矩阵；  由于只需控制机器人末端的Z轴方向的接触力，则C＝diag[0，0，1，0，0，0]，diag表示矩阵的对角线元素，其他非对角线元素全为0；

六维力传感器的测量值包含力值、力矩值，其中，力值^SF_M包括工件的反作用力^SF_H、设备重力^SF_G、设备惯性力^SF_I，即：

^SF_M＝^SF_H+^SF_G+^SF_I

S为六维力传感器坐标系，M代表测量值，H为工件，G为设备，I为惯性，所述设备包括：固定底座、连接片、夹持片、转角、电动打磨机、位移传感器；

机器人沿加工轨迹打磨时，速度为恒速，加速度为0，设备惯性力^SF_I为0；

对设备重力^SF_G进行力补偿，消除^SF_G对^SF_M的影响；设备重力^SF_G在基坐标系中可表示为^BF_G＝[0 0 -G]′，B为基坐标系，“′”代表矩阵转置；

设S相对于B的旋转变换为机器人坐标系T相对于S的旋转变换为T相对于B的旋转变换为R表示坐标系的旋转变换；

打磨加工过程中，打磨头的加工力即工件的反作用力^SF_H为恒定值，即在消除^SF_G的影响后，^SF_M为恒值；由于通过实验测得设备重力^SF_G以及^SF_G在S的重心(l_x，l_y，l_z)，l_x、l_y、l_z分别为S中x、y、z方向的坐标值，可求得^SF_G在S形成的力矩为：

mxmymz=0-lzlylz0-lx-lylx0·FGS′]]>

式中m_x、m_y、m_z分别为力矩在S中x、y、z方向的分量；则工件包含力、力矩的反六维作用力^SF_H6：

FH6S=FM6S-FGS′mxmymz′]]>

式中，下标6表示包含力、力矩的六维力，^SF_M6为六维力传感器测得的六维力；

为已知值，根据位移传感器先行实际测得的位移值和理论轮廓模型，沿加工轨迹切线方向采用位置控制，调整机器人末端的位置姿态，使位置传感器、打磨头对准加工轨迹，使打磨头始终垂直于加工轨迹，调整机器人末端的伸缩使^SF_M6保持恒定，那么^SF_H6保持恒定，实现恒力打磨。