[发明专利]减小机械臂振动的力控末端执行机构及力控方法

说明书

本发明公开了一种减小机械臂振动的力控末端执行机构及其力控方法。所述力控末端执行机构包括与工业机器人连接的末端执行器，该末端执行器包括音圈电机、位移传感器及第一、第二传感器等；该音圈电机的动子、定子分别与滑块、直线导轨固定连接；该滑块与直线导轨滑动配合；该位移传感器用于检测动子与定子的相对位移；该力传感器用于测量末端执行器与工件表面接触力的大小；该第一传感器用于检测在工作时所述末端执行器与工件接触产生的加速度；该第二传感器用于检测在工作时所述工业机器人末端受到末端执行器反作用力而产生的加速度。本发明可以有效解决机械臂在力控过程中低频阻抗大，末端执行器与环境接触力无法达到稳定控制的问题。

技术领域

本发明涉及一种工业机器人，特别是一种减小机械臂振动的力控末端执行机构及力控方法，属于机器人阻抗控制领域。

背景技术

随着工业技术的发展，人们对产品的质量要求越来越高，经常通过磨抛手段改善工件表面性质，具有消除工件表面缺陷、改善表面粗糙度，提高工件外形尺寸精度，延长工件使用寿命以及增强工件效能等作用。由于工业加工中的磨抛面通常具有不规则的曲率分布，难于对其进行自动化磨抛作业，使得目前叶片类零件的表面磨抛加工仍以人工操作为主。然而磨抛工艺对工人的技术要求高、劳动强度大、效率低，不仅严重依赖于工人的技能，而且产品质量及一致性均无法保证。研发具有精确力控功能的机器人系统，实现大型零部件表面精密加工已成为主要发展趋势。

由于机器人经常受到不同干扰，在机械加工过程中，越来越多的场合不仅只要求机器人位置控制，还要求要有效地控制力的输出，要求机器人具有良好的力跟踪和抗干扰能力。在机器人轨迹规划时，往往于机器人及其环境模型误差或参数不确定导致机器人与环境间产之非常大的接触力，特别是当机器人及工作环境的刚度都较大时，因此，传统的基于位置控制的机器人控制系统已不能满足机器人与环境间接触作业的要求。接触力实时反馈和力控制技术已成为机器人在非结构化环境中实施接触作业不可或缺的部分，即使在己知的环境中，接触力实时反馈与力控制可明显提高机器人系统的智能化程度和鲁棒性。此外，当机器人工作在有人场合时，为保护人员安全，机器人控制系统必须具备力实时反馈和力控制功能。在机器人系统中实现力和位置同时控制称为机器人力/位置控制。机器人与环境间作用的力位置控制方法可分为两类：一类是采用吸收或储存能量的机械器件如弹簧、阻尼器等构成的机构实现被动的力/位置控制，另一类是基于机器人阻抗控制或机器人力/位置混合控制的主动力位置控制。其中，机器人阻抗控制和机器人力位置混合控制是目前机器人力/位置控制研究重点。

传统的机器人通常使用传动系统，如齿轮或滑轮，以增加有效载荷能力，提高稳定性；然而，传动系统也放大了系统阻抗，引入了很大的摩擦力，当阻抗较大时，可能会产生较大的作用力。另外，通过重新构建机器人关节结构可以提高力控制性能，但是这种方法成本较高，并不适于工业机器人。由于非刚性机械臂即使在低频下也可能开始振动，这会限制末端执行器的力控制性能。尽管已经报道证明，改变机械臂的动力学以提高力控制性能是可行的，但是由于闭合控制结构，不能轻易的实现。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种减小机械臂振动的力控末端执行机构及力控方法，从而克服现有技术的不足。

为了达到前述发明目的，本发明采用了以下方案：

本发明实施例提供了一种减小机械臂振动的力控末端执行机构，包括与工业机器人连接的末端执行器，其中所述末端执行器包括：

音圈电机，包括相互配合的动子和定子，所述动子和定子中的任一者与滑块固定连接，另一者与直线导轨固定连接，所述滑块与直线导轨滑动配合；

位移传感器，至少用于检测所述动子与定子的相对位移；

力传感器，至少用于测量所述末端执行器与工件表面接触力的大小；

第一传感器，至少用于检测在工作时所述末端执行器与工件接触产生的位移信号、速度信号或加速度信号；以及