本发明属于机器人打磨技术领域，提供了一种机器人打磨控制系统及方法。
背景技术：
目前国内大部分工厂甚至大型的发动机制造公司的发动机外壳等压铸成型工件带有毛刺，因而需要进一步加工去掉毛刺使得工件的表面光滑而不影响使用性能。压铸件去毛刺为加工行业一大难题，而去毛刺加工作业大多采用手工或者使用手持气动，电动工具进打磨、研磨、锉等方式进行去毛刺加工，容易导致产品不良率上升，而且劳动强度大，工作环境差，生产效率不高，粉尘还会危害工作人员的身体健康，并且出现加工后的产品表面粗糙不均匀等问题。
技术实现要素：
本发明实施例提供一种机器人打磨控制系统，旨在解决人工去毛刺存在的的产品不良率上升，而且劳动强度大，工作环境差，生产效率不高，粉尘还会危害工作人员的身体健康的问题。
本发明是这样实现的，一种机器人打磨控制系统，该系统包括：
线激光传感器，对打磨工件进行扫描，获取打磨工件的结构参数；
三维模型构建模块，基于打磨工件的结构参数构建打磨工件的三维模型；
打磨区域生成模块，将重构的三维模型与CAD模型进行匹配，获取打磨区域的三维模型；
轨迹生成模块，基于打磨区域的三维模型生成打磨轨迹及对应轨迹点的打磨力；
仿真模块，三维机器人基于生成的打磨轨迹及对应轨迹点的打磨力来进行打磨仿真；
轨迹优化模块，基于三维机器人在打磨仿真过程中的运动空间可达性分析、工件与外围环境间的碰撞检测、及打磨结果，对生成的打磨轨迹及对应轨迹点的打磨力基于人机交互界面进行优化，将优化后的打磨轨迹及对应轨迹点的打磨力通过通讯模块发送至机器人控制器，
机器人控制器基于优化模块发送的打磨轨迹及对应轨迹点的打磨力来控制机器人进行打磨。
本发明是这样实现的，一种机器人打磨控制方法，所述方法包括如下步骤：
S1、对打磨工件进行扫描，获取打磨工件的结构参数；
S2、基于打磨工件的结构参数构建打磨工件的三维模型；
S3、将构建的三维模型与CAD模型进行匹配，获取打磨区域的三维模型；
S4、基于打磨区域的三维模型生成打磨轨迹及对应轨迹点的打磨力；
S5、三维机器人基于生成的打磨轨迹及对应轨迹点的打磨力来进行打磨仿真；
S6、基于三维机器人在打磨仿真过程中的运动空间可达性分析、工件与外围环境间的碰撞检测、及打磨结果，对生成的打磨轨迹及对应轨迹点的打磨力基于人机交互界面进行优化，将优化后的打磨轨迹及对应轨迹点的打磨力通过通讯模块发送至机器人控制器，
S7、机器人控制器基于优化模块发送的打磨轨迹及对应轨迹点的打磨力来控制机器人进行打磨。
进一步的，所述步骤S4具体包括如下步骤：
S41、获取初始打磨点，得到打磨初始点位置；
S42、对打磨初始点位置通过阻抗位置修正得到参考位置点，抗位置修正是基于力控制修正方法；
S43、判断是否接到停止信号，若判断结果为否，获取参考位置点的近似切向向量，并控制机器人手臂沿切向方向进给一个单位位移量得到下一个打磨初始点，返回步骤S42；若判断结果为是，停止下一个打磨初始点的获取，依据参考位置点的获取顺序将所有参考位置点连接成打磨轨迹。
进一步的，所述参考位置点的近似切相向量获取方法具体如下：
上一个参考位置点与参考位置点的连线得到的方向线段即为参考位置点的近似切向向量。
进一步的，所述打磨初始点的位置获取采用示教器获得，通过示教器控制机器人的末端移动至打磨起始点，从而获取起始点位置。
进一步的，所述抗位置修正具体如下：在机器人手臂末端设置力传感器获取打磨工具与工件的力，通过阻抗控制算法在初始点位置的法向方向上调节机器人末端位置，以满足预先建立的末端位置与接触力的动态关系。
本发明提供的打磨方法具有如下有益效果：基于自动获取的打磨区域模型来自动规划打磨轨迹，打磨轨迹的规划过程是基于力控制来修正机器人末端位置，从而得到打磨力下对应的打磨位置点，能提高打磨精度，且能适用于复杂工件的打磨；此外，该打磨方法自动化程度高，作业标准化，生产效率高。
附图说明
图1为本发明实施例提供的机器人打磨控制系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的循环求取下一个参考位置点的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1为本发明实施例提供的机器人打磨控制系统的结构示意图，为了便于说明，仅示出与本发明实施例相关的部分。
该系统包括：
线激光传感器1，对打磨工件进行扫描，获取打磨工件的结构参数；
三维模型构建模块2，基于打磨工件的结构参数构建打磨工件的三维模型；
打磨区域生成模块3，将重构的三维模型与CAD模型进行匹配，获取打磨区域的三维模型；
轨迹生成模块4，基于打磨区域的三维模型生成打磨轨迹及对应轨迹点的打磨力；
仿真模块5，三维机器人基于生成的打磨轨迹及对应轨迹点的打磨力来进行打磨仿真；
轨迹优化模块6，基于三维机器人在打磨仿真过程中的运动空间可达性分析、工件与外围环境间的碰撞检测、及打磨结果，对生成的打磨轨迹及对应轨迹点的打磨力基于人机交互界面进行优化，将优化后的打磨轨迹及对应轨迹点的打磨力通过通讯模块发送至机器人控制器，
机器人控制器7基于优化模块发送的打磨轨迹及对应轨迹点的打磨力来控制机器人进行打磨。
在本发明实施例中，机器人的末端执行器上设有高速电主轴，电主轴的夹持部夹持有打磨工具；打磨工具上设有力传感器，用于采集机器人打磨手臂夹持的打磨工具与工件之间的压力，机器人按照机器人控制器基于打磨轨迹及对应轨迹点的打磨力来生成机器人控制指令，机器人基于控制指令进行打磨操作，对固定在工作台上的待加工零件的表面进行打磨作业。
本发明提供还一种基于机器人打磨器系统的打磨方法，该方法包括如下步骤：
S1、对打磨工件进行扫描，获取打磨工件的结构参数；
S2、基于打磨工件的结构参数构建打磨工件的三维模型；
S3、将构建的三维模型与CAD模型进行匹配，获取打磨区域的三维模型；
S4、基于打磨区域的三维模型生成打磨轨迹及对应轨迹点的打磨力；
在本发明实施例中，打磨在起始时，通过示教的方式控制机器人的末端先确定其实的打磨初始点，从打磨初始点开始沿工件进行打磨轨迹获取。打磨初始点的位置即为机器人手臂末端位置，通过机器人控制器获取位置数据送入到上位机控制器中，上位机控制器采用力控制策略进行打磨加工时，通过力控制对打磨初始点进行修正，打磨初始点修正后的位置点比较精确，可作为参考位置点，参考点位置点即为打磨点，实时获取参考位置点，构成参考轨迹；
参考位置轨迹的切向方向，即是打磨轨迹的切向方向，打磨运动就是机器人末端打磨工具沿着打磨轨迹的切向向量进给运动。通过参考位置轨迹的切向向量，根据切向单位进给量，就可以计算出下一个打磨初始点，再通过阻抗控制算放估算出打磨参考位置点，进而估算整个打磨轨迹。参考位置轨迹的切线向量求取采用微小线段近似的方式，以近似切向方向代替：参考位置点是初始位置点在法向方向上修正得到的，连接各个参考位置点，生成无数个极小线段，将极小线段方向近似作为参考位置轨迹的切向方向，得到近似切向向量。
上述力控制策略采用阻抗控制算法，在法向方向上修正末端位置，得到参考位置点。是该过程中的法向力，额定法向力为5N，阻抗控制算法即建立机器人末端位置和接触力之间的动态关系式，分别对应机器人末端的位置、速度、加速度，设定相应的阻抗系数，通过调节系数大小控制反馈的接触力。
其中，Md、Bd、Kd——期望惯性矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵；——末端期望加速度、实际加速度(m/s2)；——末端期望速度、实际速度(m/s)；Xd、X——末端期望轨迹、实际轨迹(m)；F——末端与环境接触时的作用力(N)。
轨迹估算的力控制是基于上述初始轨迹点的力控制进行的，由当前参考位置点和前一参考位置点计算得到当前参考位置点切向向量，再给机器人在切向方向上一个位移量，计算得到坐标值，即下一个要打磨的初始点，控制机器人运动到该点，进行控制策略修正在法向方向上修正得到参考位置点，记录参考点位置，为下次循环使用，完成整个打磨过程的全部轨迹，如图2所示即为循环求取下一个参考位置点的流程图，由本参考位置点通过该参考位置点的切向方向控制机器人末端进给一个单位进给量，得到下一个打磨初始点位置，然后在该切相向量的法相方向上修正该位置点，得到参考位置点的位置参数，然后循环求取下一个参考点，所有参考点按求取顺序得到轨迹。打磨加工过程，实时修正当前点位置，得到参考位置点，控制打磨力精度；实时估算下一打磨初始点，修正打磨初始点得到参考位置点生成打磨轨迹，实时过程中，看可以实现边估算轨迹边打磨加工或者通过控制机器人末端的一端先将轨迹求取完成后在再进行打磨，或者为了更高的精度，对该轨迹进行进一步修正得到更为精准的打磨轨迹。本申请中，打磨轨迹的开始由示教器获取初始位置点，并由认为控制给出触发控制信号，停止打磨轨迹的获取，停止上位机控制器控制机器人末端的移动。
S5、三维机器人基于生成的打磨轨迹及对应轨迹点的打磨力来进行打磨仿真；
S6、基于三维机器人在打磨仿真过程中的运动空间可达性分析、工件与外围环境间的碰撞检测、及打磨结果，对生成的打磨轨迹及对应轨迹点的打磨力基于人机交互界面进行优化，将优化后的打磨轨迹及对应轨迹点的打磨力通过通讯模块发送至机器人控制器，
S7、机器人控制器基于优化模块发送的打磨轨迹及对应轨迹点的打磨力来控制机器人进行打磨。
本发明提供的打磨方法具有如下有益效果：基于自动获取的打磨区域模型来自动规划打磨轨迹，打磨轨迹的规划过程是基于力控制来修正机器人末端位置，从而得到打磨力下对应的打磨位置点，能提高打磨精度，且能适用于复杂工件的打磨；此外，该打磨方法自动化程度高，作业标准化，生产效率高。
上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。