[发明专利]基于力控传感器的机器人末端装夹误差自动修正方法

权利要求书

1.一种基于力控传感器的机器人末端装夹误差自动修正方法，其特征在于：包括步骤，

S10、建立机器人末端夹持工具的受力模型，用于分析机器人加工过程中由于机器人末端装夹误差所导致的工件加工精度偏差问题；

S20、在机器人末端夹持工具与工件表面初始接触的动态过程中，实时监测加工过程中力控传感器的力数据信号，并根据受力模型计算装夹误差修正量；

S30、运用机器人运动学逆解模型，将装夹误差修正量转换为机器人各轴旋转角修正量；

S40、将计算结果输送至机器人控制器中，实现机器人末端装夹误差的自动修正；

在步骤S10中，机器人末端夹持工具为圆柱体形、工件表面为大型平面、工具用其旋转的圆柱面对固定的工件表面进行加工作业，机器人末端夹持工具的受力模型确定步骤为，

S101、确定机器人加工中工具-工件的实际接触面形状——理想情况下，工具-工件的接触面应该为圆柱面的一部分，但是由于机器人末端装夹误差，工具母线与工件表面不可避免地会产生一定的偏转角α；

S102、确定机器人加工中工具-工件的动态接触力大小——机器人末端夹持工具与工件表面初始接触的动态过程中，工件的表面由于受到挤压产生弹塑性变形，产生一定的位移Δx，变形力和位移Δx遵循胡克定律，且对于给定的工件材料，弹性模量E为常量，转化为对应的弹性系数K即可计算出此点的接触力；

S103、建立数学模型求解工具母线与工件表面的偏转角α——运用数学方法，对接触面上所有点产生的接触反力进行合成，即得到合力F_合及力矩T，并存在如下函数关系：

其中，L表示工具母线与工件表面的理论接触长度；由于力控传感器直接测量获得合力F_合及力矩T，经过函数关系计算求得偏转角α，即为装夹误差修正量。

2.如权利要求1所述的基于力控传感器的机器人末端装夹误差自动修正方法，其特征在于：在步骤S20中，力控传感器能实时检测6维力信号，即X、Y、Z三个方向的力及其方向的力矩。

3.如权利要求1所述的基于力控传感器的机器人末端装夹误差自动修正方法，其特征在于：在步骤S30中，机器人无法根据受力模型计算的偏转角α实现误差修正，需要通过机器人运动学逆解模型将偏转角α转换成机器人各轴运动角度，机器人运动学逆解模型确定步骤为，

S301、根据D-H表示法建立相邻坐标系之间的关系，即：

X_i＝ⁱT_i+1·X_i+1

其中，X_i表示某点在第i轴坐标系下的坐标信息、X_i+1表示某点在第i+1轴坐标系下的坐标信息、ⁱT_i+1表示从第i+1轴坐标系到第i轴坐标系的变换矩阵，包括旋转信息和平移信息；

S302、机器人第一轴到第六轴的坐标系变换关系如下：

其中，⁰T₆表示从第六轴坐标系到机器人基坐标系变换矩阵、L表示工具母线与工件表面的理论接触长度、⁰R₆表示从第六轴坐标系到机器人基坐标系旋转变换矩阵、⁰P₆表示从第六轴坐标系到机器人基坐标系平移变换矩阵、⁰T₁表示从第一轴坐标系到机器人基坐标系变换矩阵、¹T₂表示从第二轴坐标系到机器人第一轴坐标系变换矩阵、⁵T₆表示从第六轴坐标系到机器人第五轴坐标系变换矩阵；

S303、已知偏转角α和从第六轴坐标系到机器人基坐标系变换矩阵⁰T₆，可求得各轴旋转角修正量θ_i，此时，按计算所得的各轴旋转角修正量θ_i更正到机器人控制器中，即可修正机器人末端夹具装夹误差。

4.如权利要求1所述的基于力控传感器的机器人末端装夹误差自动修正方法，其特征在于：在步骤S40中，计算结果通过DeviceNet通讯协议输送到机器人控制器中，实现机器人末端装夹误差的自动修正。