本发明属于工业机器人打磨技术领域，尤其涉及一种机器人应用于打磨工件的打磨方法。
背景技术：
在打磨过程中，机器人末端刀具与工件表面产生磨削力，机器人末端打磨头在磨抛过程中会与被加工工件产生接触力，由于被加工工件外形的不规则性，在机器人位置控制模式下，接触力会随时变化，若接触力较大可能会损坏打磨头、机器人以及工件，而接触力较小时又不能保持磨抛过程中打磨头与工件很好的贴合，进行影响被加工零件的表面质量仅通过机器人位置控制系统达不到打磨任务要求。因此，机器人打磨加工过程中必须控制打磨力的大小，对接触力进行反馈调节，从而能够主动适应环境的变化，满足生产加工中的要求
打磨是一道非常重要的工序，一旦打磨质量不满足要求，往往会导致整个工件的报废。打磨加工表面粗糙度好坏与打磨机器人的位置精度直接相关。为了使打磨的质量和效率达到最优，需要对打磨机器人的运动精度进行提高。
在实际应用中由于关节柔性的存在，打磨头不能很好的跟随预定的打磨轨迹运动，本发明通过将打磨力反馈直接引入位置控制和驱动器电流环，实现对打磨力实时快速的响应，保障打磨机器人的运动精度。
技术实现要素：
本发明的目的在于提高工业机器人打磨的运动精度，提供一种基于六维力传感器的打磨控制方法。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种工业机器人恒力打磨方法，其包括以下步骤：
s1、对机器人的力传感器检测到的力进行打磨工具的重力补偿；
s2、根据打磨位置计算初始打磨数据，并控制机器人按照规划的初始打磨数据进行运动，所述初始打磨数据包括初始路径数据、初始位置数据和初始速度数据；
s3、根据实时反馈的打磨力数据计算机器人各关节上由于实时打磨力而产生的转矩，并对相应的关节驱动器进行力矩补偿；
s4、获取实时反馈力数据并计算实时打磨力数据，根据实时打磨力数据更新初始打磨数据，形成修正打磨数据，控制机器人按新打磨路径进行运动；
s5、打磨作业结束；
其中步骤s3和步骤s4是机器人在打磨过程中同时进行的步骤。
步骤s1具体包括如下步骤：
s11、力传感器的零点数据记为:f0＝[fx0fy0fz0]t，实际传感器力的读数记为:f＝[fxfyfz]t，末端工具重力记为g，g在力传感器坐标系上产生的力和力矩记为:gs＝[gxgygz]t。
s12、末端工具重力g在机器人基坐标系o的分力表示为g0＝[00-g]t，通过位姿变换矩阵，可得到g在传感器坐标系s上的分力gs＝[gxgygz]t。
其中：
a、b、c——机器人姿态角；s、c——三角函数sin、cos缩写。
传感器安装偏角α可采用如下公式计算求得，传感器安装偏角α是指传感器坐标系x轴和末端法兰坐标系x轴之间的偏转角。
s13、为了结果的准确性，选取最少3组不同姿态下，通过实验的方法，记录下多组机器人姿态数据，从而求出安装偏角α平均值。补偿后得到的力方向的数值即为真实接触力，可以直接用于力位控制算法。经补偿后的力fr为：
fr＝[fx-fx0-gxfy-fy0-gyfz-fz0-gz]t
步骤s4具体包括以下步骤：
s41、基于实时打磨力数据对初始位置数据进行修正以得到修正位置数据，通过以下公式将采集到的力f(i)转换为当前位移修正量x(i)
其中，f(i)为机器人第i个采样时刻末端受到的力，md为惯性系数，bd为阻尼系数，kd为刚度系数，x(i)、x(i-1)、x(i-2)为机器人第i个采样时刻末端修正量、第i-1个采样时刻末端修正量、第i-2个采样时刻末端修正量；
s42、基于实时打磨力数据对初始速度数据进行修正以得到修正速度数据v(i)；
其中，t为采样周期；
s43、基于实时打磨力数据对初始加速度数据进行修正以得到修正加速度数据；
其中，t为采样周期，v(i)为步骤s41所得修正速度数据。
步骤s3具体包括如下步骤：
s31、数据经滤波处理后通过机器人动力学计算求得各个关节所需的转矩；
s32、求取计算所得转矩与实际驱动器力矩的差值，并经折算为电流值后输入驱动器电流环进行力矩补偿。
采用上述技术方案后，本发明具有如下优点：本发明通过使用六维力传感器实时读取机器人打磨力，通过计算模块将其分解为各电机轴上的力矩，注入电流环进行力矩补偿。同时将六维力传感器测量的力信号引入位置控制系统，可以构成力反馈型阻抗控制，将实时打磨力转换为实时运动偏差，实现对运动偏差的补偿。本发明能够实时有效的对打磨路径进行修正，能够保证打磨的运动精度，提高打磨质量。
附图说明
图1为本方法所述的打磨方法的流程图
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明优选实施例提供了一种工业机器人恒力打磨方法，本发明的力传感器安装于打磨机器人末端法兰与打磨电主轴之间，通过力传感器获取反馈力，如图1所示，本发明包括如下步骤：
s1、对力传感器检测到的力进行打磨工具的重力补偿，消除打磨工具重力的干扰
在5种不同的机器人末端姿态角下进行实验测试，数据经处理后计算求得传感器安装偏角α，并对传感器进行重力补偿；具体步骤如下：
s11、力传感器的零点数据记为:f0＝[fx0fy0fz0]t，实际传感器力的读数记为:f＝[fxfyfz]t，末端打磨工具重力记为g，g在力传感器坐标系上产生的力和力矩记为:gs＝[gxgygz]t。
s12、末端工具重力g在机器人基坐标系o的分力表示为g0＝[00-g]t，通过位姿变换矩阵，可得到g在传感器坐标系s上的分力gs＝[gxgygz]t。
其中：
a、b、c——机器人姿态角；s、c——三角函数sin、cos缩写。
传感器安装偏角α可采用如下公式计算求得。
s13、为了结果的准确性，选取最少3组不同姿态下，通过实验的方法，记录下多组机器人姿态数据，从而求出安装偏角α平均值。补偿后得到的力方向的数值即为真实接触力，可以直接用于力位控制算法。经补偿后的力fr为：
fr＝[fx-fx0-gxfy-fy0-gyfz-fz0-gz]t
s2、根据打磨位置计算机器人初始打磨数据，将初始打磨数据下发给工业机器人，控制机器人进行打磨作业，其中初始打磨数据包括初始位置数据、初始速度数据和初始加速度数据；
利用视觉手段获取铸件待打磨区域的位置信息，识别需打磨的领域，并在上位机控制系统中根据打磨位置信息进行轨迹规划，生成机器人初始打磨数据，初始打磨数据包括初始位置数据、初始速度数据和初始加速度数据；
s3、打磨力矩补偿
在打磨过程中，六维力传感器会实时生成打磨力数据并反馈给位置控制和关节驱动器电流环，根据实时反馈的末端打磨力数据计算机器人各关节上由于实时打磨力而产生的各关节所需转矩，并将其引入相应的关节驱动器进行力矩补偿；
s31、对力传感器打磨力数据进行滤波处理，排除干扰的影响，处理后的打磨力进行机器人动力学计算，将末端打磨力分解为各个关节所需的转矩τni。机器人动力学详细计算可参考机械工业出版社出版的《机器人学导论》(原书第4版)/(美)约翰j.克雷格著，贠超、王伟译；
s32、计算所得转矩τni与实际驱动器力矩τri的差值δτi，并经折算为电流值δi后写入驱动器电流环对应得pdo地址实现对驱动器的力矩补偿。
s4、修正打磨数据，修正打磨数据包括修正位置数据、修正速度数据和修正加速度数据，控制机器人按新打磨路径进行运动；
机器人按初始打磨数据进行打磨时，获取实时反馈力并经零点标定和重力补偿计算实时打磨力数据；根据实时打磨力数据更新初始打磨数据，形成修正打磨数据，将修正打磨数据引入控制系统对初始打磨数据进行修正后重新下发给机器人，进而不断的修正打磨轨迹，保障打磨运动的精度；具体步骤如下：
s41、基于实时打磨力数据对初始位置数据进行修正以得到修正位置数据，通过以下公式将采集到的力f(i)转换为当前位移修正量x(i)
其中，f(i)为机器人第i个采样时刻末端受到的力，md为惯性系数，bd为阻尼系数，kd为刚度系数，x(i)、x(i-1)、x(i-2)为机器人第i个采样时刻末端修正量、第i-1个采样时刻末端修正量、第i-2个采样时刻末端修正量；
s42、基于实时打磨力数据对初始速度数据进行修正以得到修正速度数据v(i)；
其中，t为采样周期。
s43、基于实时打磨力数据对初始加速度数据进行修正以得到修正加速度数据；
s5、打磨作业结束后，将工业机器人停止运动，机器人和控制器断电。
1.一种工业机器人恒力打磨方法，其特征在于，包括以下步骤：
s1、对机器人的力传感器检测到的力进行打磨工具的重力补偿；
s2、根据打磨位置计算初始打磨数据，并控制机器人按照规划的初始打磨数据进行运动，所述初始打磨数据包括初始路径数据、初始位置数据和初始速度数据；
s3、根据实时反馈的打磨力数据计算机器人各关节上由于实时打磨力而产生的转矩，并对相应的关节驱动器进行力矩补偿；
s4、获取实时反馈力数据并计算实时打磨力数据，根据实时打磨力数据更新初始打磨数据，形成修正打磨数据，控制机器人按新打磨路径进行运动；
s5、打磨作业结束；
其中步骤s3和步骤s4在机器人打磨过程中同时进行。
2.如权利要求1所述的一种工业机器人恒力打磨方法，其特征在于：步骤s1具体包括如下步骤：
s11、力传感器的零点数据记为:f0＝[fx0fy0fz0]t，实际传感器力的读数记为:f＝[fxfyfz]t，末端工具重力记为g，g在力传感器坐标系上产生的力和力矩记为:gs＝[gxgygz]t；
s12、末端工具重力g在机器人基坐标系o的分力表示为g0＝[00-g]t，通过位姿变换矩阵，可得到g在传感器坐标系s上的分力gs＝[gxgygz]t
其中：
a、b、c——机器人姿态角；s、c——三角函数sin、cos缩写；
传感器安装偏角α采用如下公式计算求得，传感器安装偏角α是指传感器坐标系x轴和末端法兰坐标系x轴之间的偏转角；
s13、为了结果的准确性，选取至少3组不同姿态下，通过实验的方法，记录下多组机器人姿态数据，从而求出安装偏角α平均值，补偿后得到的力方向的数值即为真实接触力，经补偿后的力fr为：
fr＝[fx-fx0-gxfy-fy0-gyfz-fz0-gz]t。
3.如权利要求1所述的一种工业机器人恒力打磨方法，其特征在于，所述步骤s4具体包括以下步骤：
s41、基于实时打磨力数据对初始位置数据进行修正以得到修正位置数据，通过以下公式将采集到的力f(i)转换为当前位移修正量x(i)
其中，f(i)为机器人第i个采样时刻末端受到的力，md为惯性系数，bd为阻尼系数，kd为刚度系数，x(i)、x(i-1)、x(i-2)为机器人第i个采样时刻末端修正量、第i-1个采样时刻末端修正量、第i-2个采样时刻末端修正量；
s42、基于实时打磨力数据对初始速度数据进行修正以得到修正速度数据v(i)；
其中，t为采样周期；
s43、基于实时打磨力数据对初始加速度数据进行修正以得到修正加速度数据；
其中，t为采样周期，v(i)为步骤s41所得修正速度数据。
4.如权利要求1所述的一种工业机器人恒力打磨方法，其特征在于，所述步骤s3具体包括如下步骤：
s31、数据经滤波处理后通过机器人动力学计算求得各个关节所需的转矩；
s32、求取计算所得转矩与实际驱动器力矩的差值，并经折算为电流值后输入驱动器电流环进行力矩补偿。
技术总结