买专利卖专利找龙图腾，真高效！ 查专利查商标用IPTOP,全免费！专利年费监控用IP管家,真方便！

申请/专利权人：华中科技大学

摘要：本发明属于材料磨抛加工技术领域，公开了一种二自由度刚柔耦合磨抛力控制装置及其解耦控制方法，法兰盘与机器人末端法兰连接，二自由度柔顺执行器连接在的二自由度伺服平台上，二自由度柔顺执行器在两个平移自由度运动方向上串联弹簧；力传感器连接磨抛电主轴和二自由度柔顺执行器，检测磨抛过程中的接触力；磨头连接于磨抛电主轴上；连接件分别连接于二自由度柔顺执行器、力传感器及磨抛电主轴。本发明可以实现二自由度刚柔耦合力控装置磨抛过程中法向力控制和切向位置控制解耦，每一个自由度上的伺服电机单独控制法向力或者切向位置。本发明可以同时提高磨抛加工效率和提高复杂曲面零件磨抛后的表面质量。

主权项：1.一种二自由度刚柔耦合磨抛力解耦控制方法，其特征在于，包括：某一自由度方向上的伺服电机只单独控制法向力或者切向位置，另一方向上的伺服电机在控制过程中带来的法向力分量和切向位置分量视为干扰，并进行前馈补偿，实现法向力和切向位置控制解耦；二自由度刚柔耦合磨抛力解耦控制方法具体包括如下步骤：S1，对力传感器测量的x、y方向上的力进行重力补偿，磨抛装置力控制器采用倍福控制器，通过TCPIP协议与机器人控制器进行通信，实时得到机器人末端的姿态角；S2，然后通过传感器经重力补偿后x方向受到的力和y方向受到的力，计算出磨抛过程中的法向力Fn为： ；其中，u为磨抛法向力Fn与磨抛切向力Ft之间的系数，其根据磨抛实验辨识得到，为0.3；再计算出传感器y方向Fy与法向力Fn的之间的接触角a为： ；S3，通过磨抛实验离线辨识出刚柔耦合执行器x，y方向上负载的质量Mx、My，阻尼Cfx、Cfy，弹簧刚度Kx、Ky和磨头刚度Ke；得到y向伺服电机位移Xy关于磨头在y方向上的位移XGHy的传递函数P3s和x向伺服电机位移Xx关于磨头在x方向上的位移XGHx的传递函数P4s分别为： ；S4，将磨抛过程中的法向力信息Fn和切向位置误差信息反馈给末端执行器控制器，形成力位闭环控制，将法向力信息Fn与预设的期望法向力Fd进行比较得到力误差，再根据力误差计算得到y方向伺服电机的位移控制量为： ；其中，u1s为y方向伺服电机的位移控制量，Kp为比例系数，取值范围为0.005~0.05；Ki为积分系数，取值范围为0.001~0.01；Kd为微分系数，取值为0；ef为力误差，ef=法向力Fn-期望接触力Fd，期望接触力Fd设置为5~10N；S5，为简化力和位置解耦控制器，将伺服电机视为理想的位置源，其位置跟踪误差视为扰动，通过设计扰动观测器进行补偿，因此得到y方向和x方向上的伺服电机位移补偿量分别为： ；其中，Xpy为y方向伺服电机位移指令，Xpx为x方向伺服电机位移指令,,,,Qis为二阶巴特沃斯滤波器,i=1、2，Wc为角频率，Wc=2×pi×f，f为5~20Hz；S6，计算出力前馈解耦控制器为： ；计算出位置前馈解耦控制器为： ；其中，,Qjs为巴特沃斯滤波器，j=3、4，Wc=2×pi×f，f为5~20Hz；S7，计算出y方向伺服电机总的位移指令为： ；x方向伺服电机总的位移指令为： ；S8，为保证在任意接触角a时，磨抛过程中的法向力或者切向位置误差都可以得到有效控制，使用了力位切换控制方法，在接触角a为45°~135°和225°~315°时，y轴控制切向位置，x轴控制法向力；在接触角a为135°~225°和315°~45°时，y轴控制法向力，x轴控制切向位置；S9，在接触角a为45°、135°、225°和315°附近时，采用力位模糊切换控制方法，模糊控制器具有一个输入、两个输出，输入为接触角a，输出为控制权值，其中输出给切向位置控制系统的权值为，输出给法向力控制系统的权值为，则在力位切换控制时，切向位置控制系统的输入为： ；法向力控制系统的输入为： ；通过模糊规则设计控制权值的取值，进行精准的力位切换控制，使得切换过程中波动更小，实现力位控制的平顺切换。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 华中科技大学 一种二自由度刚柔耦合磨抛力控制装置及其解耦控制方法