[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

说明书

本发明涉及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，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；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；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；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。本发明通过将监测到的工具‑工件接触力信息转变成机器人各轴运动量信息，能够减小由于机器人末端装夹误差误差所带来的不良影响，提高机器人作业精度，操作简单，调整速度快。

技术领域

本发明属于工业机器人技术领域，具体涉及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。

背景技术

目前，工业机器人技术已广泛应用于汽车、船舶、轨道交通、航空航天等制造加工领域。实际加工过程中，由于机器人末端装夹误差、CAD模型误差等原因，易造成工具的母线不能总是垂直于待加工工件表面的法线，从而导致工具一端比另一端的受力大，加工完成后的零件表面出现深浅交替的纹路，严重时甚至会切去过多的材料，直接导致工件报废。为了避免上述不良影响，需在加工过程中对已经产生的工具母线与工件表面的夹角进行修正和补偿，提高工件加工质量。

目前修正装夹误差的方法主要有如下三种：1)借助扫描仪的点云匹配法；2)借助激光位移传感器的测距法；3)借助PLC与变频器的系统保护法。点云匹配法精度最高，误差补偿的效果最好，但是需要将整个工件进行扫描，计算量大、数据处理过程复杂，对于大型工件基本不可行；激光传感器测距法需要事先标定激光传感器，整个补偿过程线下完成，是静态过程；借助PLC与变频器的系统保护法是通过读取电机电流信号计算电机所受的外界阻力矩的过程，其核心仍然转化到了受力问题上，另外该方法对动平衡较为敏感。

发明内容

本发明的目的是提供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，本发明通过将监测到的工具-工件接触力信息转变成机器人各轴运动量信息，能够减小由于机器人末端装夹误差误差所带来的不良影响，提高机器人作业精度，操作简单，调整速度快。

本发明所采用的技术方案是：

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，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：