[发明专利]基于一维力传感器的机器人砂带打磨恒力控制方法及装置

权利要求书

1.基于一维力传感器的机器人砂带打磨恒力控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据打磨过程的受力情况，对机器人末端的打磨工件和砂带轮之间的接触力进行受力分析，获取传感器坐标系和砂带轮坐标系之间的力映射关系；通过打磨法向力和切向力的关系，建立并简化接触力与传感器坐标系上的力映射关系；

S2、通过打磨形变和打磨深度的关系，建立基于变形的机器人砂带轮打磨动力学模型；

S3、设计自适应滑模迭代控制算法，并根据机器人砂带轮打磨动力学模型，建立相应的力控制模型；

S4、根据接触力与传感器坐标系上的力映射关系和相应的力控制模型，设计相应的自适应滑模迭代恒力控制器；

S5、通过一维力传感器接收的力，应用接触力与传感器坐标系上的力映射关系，计算出法向打磨力并进行反馈，将反馈的接触力输入到相应的自适应滑模迭代恒力控制器，从而得到一个法向的偏移量，并将法向的偏移量传输到控制模块进行控制。

2.根据权利要求1所述的基于一维力传感器的机器人砂带打磨恒力控制方法，其特征在于，所述步骤S1，具体为：

T1、根据打磨时的模型，建立坐标系之间的位姿关系：力传感器坐标系，砂带轮坐标系；其中力传感器坐标系原点为传感器的几何中心，力传感器坐标系X轴方向为传感器轴线方向，力传感器坐标系Y轴方向为传感器的径向方向，力传感器坐标系Z轴方向根据坐标系的右手法则确定；砂带轮坐标系的原点位于砂带轮中心沿径向方向的砂带表面上，砂带轮坐标系X轴方向为砂带轮径向方向，砂带轮坐标系Y轴方向为砂带轮轴向方向，砂带轮坐标系Z轴方向根据坐标系的右手法则确定，且打磨时两个坐标系的Z轴平行；

T2、对打磨过程中的力进行分析，设F_t和F_n分别为砂带轮坐标系上的打磨切向力和法向力，F′_t和F′_n表示将F_t和F_n转移到力传感器坐标系上的力，F_x和F_y分别表示一维力传感器上X轴和Y轴的力，则有：

通过上式，求出砂带轮坐标系上的打磨法向力和切向力：

其中，θ为两个坐标系的Y轴之间夹角；

T3、建立砂带轮坐标系上打磨法向力和切向力的关系：

F_n＝ηF_t，

其中，η为砂带轮坐标系上打磨法向力和切向力比值；

T4、根据步骤T2和步骤T3，得到一维力传感器X轴的力F_x和砂带轮坐标系上打磨法向力F_n之间关系：

F_x＝F_n(cosθ-sinθ/η)。

3.根据权利要求1所述的基于一维力传感器的机器人砂带打磨恒力控制方法，其特征在于，所述步骤S2，具体为：

U1、建立磨削力动力学模型：

其中，f_p(t)为法向磨削力，m为系统惯性矩阵在打磨力法向方向上的分量，c为系统阻尼矩阵在打磨力法向方向上的分量，k为磨削过程刚度在打磨力法向方向上的分量，x(t)为刀具垂直于工件表面的位置，即打磨深度；分别为x(t)的一阶导数和二阶导数；

U2、分析打磨过程中机器人末端受力情况，建立机器人末端受力模型：

f(t)＝f_p(t)+f_s(t)，

其中，f_s(t)为打磨过程中机器人的变形力；

U3、研究打磨法向力与打磨深度的关系，建立打磨变形量与变形力的关系：

δ_x(t)＝x^*(t)-x(t)，

f_s(t)＝k_sδ_x(t)，

其中，δ_x(t)为刀具垂直于工件表面的打磨变形量，x^*(t)为规划的打磨深度，k_s为机器人打磨系统的静态刚度；

U4、根据步骤U1、步骤U2、步骤U3的关系式，得到基于变形的机器人砂带打磨动力学模型：