[发明专利]一种全数字式刚柔耦合精准力控磨抛装置及控制方法

权利要求书

1.一种全数字式刚柔耦合精准力控磨抛装置，其特征在于，包括可变速柔顺磨抛机构、一维直线模组力控伺服运动平台以及用于连接所述可变速柔顺磨抛机构和直线模组力控伺服运动平台的连接装置；其中，

所述可变速柔顺磨抛机构包括三角板(2)、设于所述三角板(2)上的打磨接触轮(7)以及套设于所述打磨接触轮(7)上的砂带(1)，所述砂带(1)与待磨抛工件接触的部位形成进刀点，用于磨抛待磨抛工件；所述可变速柔顺磨抛机构包括伺服驱动电机(14)、设于所述三角板(2)上的张紧轮(28)、传动轮(27)以及与所述伺服驱动电机(14)匹配连接的驱动轮(13)，所述砂带(1)套设于所述驱动轮(13)、张紧轮(28)及传动轮(27)上；所述可变速柔顺磨抛机构还包括张紧连杆及设于所述张紧连杆之间的弹簧(9)，所述张紧连杆为“V”型弯折结构，其下半部部分与所述连接装置固定连接；

所述连接装置包括直线滑轨(20)、安装板(6)以及一维力传感器(3)，所述直线滑轨(20)固定于所述安装板(6)上，并通过所述一维力传感器(3)与所述砂带(1)相连，所述一维力传感器(3)用于实时测量所述可变速柔顺磨抛机构与待磨抛工件之间的接触力；

所述一维直线模组力控伺服运动平台包括直线模组基座(18)、直线伺服模组电机(11)、滚珠丝杠(16)、直线模组滑块(17)及控制器，所述直线模组基座(18)固定在所述安装板(6)上，所述直线伺服模组电机(11)安装在所述直线模组基座(18)上，并与所述滚珠丝杠(16)通过联轴器(15)相连，所述滚珠丝杠(16)与所述直线模组滑块(17)螺纹配合，所述控制器用于接收所述一维力传感器(3)测量的接触力并实时控制所述直线伺服模组电机(11)动作，驱动所述滚珠丝杠(16)、直线模组滑块(17)带动所述可变速柔顺磨抛机构沿所述直线滑轨(20)运动，以实时调节所述可变速柔顺磨抛机构与待磨抛工件之间的接触力。

2.根据权利要求1所述的一种全数字式刚柔耦合精准力控磨抛装置，其特征在于，所述可变速柔顺磨抛机构包括集尘槽(12)及毛刷(8)，所述集尘槽(12)设于所述三角板(2)底部。

3.根据权利要求1所述的一种全数字式刚柔耦合精准力控磨抛装置，其特征在于，所述一维力传感器(3)为一个、两个或多个，其一端通过传感器安装基座(19)与所述张紧连杆连接，另一端通过L型块(26)与所述直线滑轨(20)连接。

4.根据权利要求1所述的一种全数字式刚柔耦合精准力控磨抛装置，其特征在于，所述控制器还包括阻抗控制器。

5.一种如权利要求1-4中任一项所述的全数字式刚柔耦合精准力控磨抛装置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1设置所述可变速柔顺磨抛机构与待磨抛工件之间的目标接触力；

S2待磨抛工件按照规划的轨迹移动到砂带(1)的进刀点，控制器开始工作，控制伺服驱动电机(14)运转进而驱动砂带(1)转动；

S3当砂带(1)与待磨抛工件的表面接触时，控制器控制所述一维直线模组力控伺服运动平台的直线伺服模组电机(11)进行运转，使砂带(1)与待磨抛工件表面的磨抛接触力达到目标接触力的数值；

S4所述一维力传感器(3)实时采集所述砂带(1)与待磨抛工件之间的磨抛接触力信息，并将磨抛接触力信息反馈给控制器，控制器对磨抛接触力信息进行去噪处理；

S5所述控制器将去噪后的磨抛接触力信息与目标接触力进行比较得到力误差，根据该力误差信息得到所述直线伺服模组电机(11)的速度控制量；

S6根据直线伺服模组电机(11)的速度控制量调控砂带(1)与待磨抛工件之间的磨抛接触力，完成待磨抛工件一点的磨抛；

S7待磨抛工件按照规划的轨迹继续移动，重复S2到S6，直到完成整个磨抛工件的加工，强制关闭程序。

6.根据权利要求5所述的一种全数字式刚柔耦合精准力控磨抛装置的控制方法，其特征在于，S5具体包括如下步骤：

S51比较目标接触力与去噪后的磨抛接触力信息获取力误差e(t)：

e(t)＝F_d-F_s

其中，F_d是目标接触力，F_s是去噪后的磨抛接触力；

S52计算砂带(1)与待磨抛工件的位置偏移量E(t)：

其中，e(t)为力误差，M_s为阻抗控制器的等效质量矩阵，B_s为阻抗控制器的等效阻尼矩阵，K_s为阻抗控制器的等效刚度矩阵。

S53修正控制器得到伺服电机的控制量u(t),即：

其中，ΔM_s为阻抗控制器的等效质量矩阵的变化量，ΔB_s为阻抗控制器的等效阻尼矩阵，ΔK_s为阻抗控制器的等效刚度矩阵。