飞机蒙皮柔性打磨机械装置的力控制系统和方法

本发明涉及打磨力控制领域，具体为飞机蒙皮柔性打磨机械装置的力控制系统和方法。

背景技术：

1、现有技术中的打磨力控制总体上分为被动力控制和主动力控制。被动力控制主要借助外部结构，而没有对力直接进行控制，控制精度较低；主动力控制是利用机器人控制器结合力算法实现力的控制，主要有力位混合控制、阻抗控制等。

2、专利202011125354.0公开了一种无编程的机器人在线恒力打磨控制方法，该方法采用六自由度机器人及控制器，控制器接收六维力传感器信号使机器人末端自动辨认打磨工具与待打磨件接触情况，并基于力导纳控制输出信号来驱动机器人末端，使打磨工具的法向磨削力为恒力且切向磨削速度为恒速。但该方法只能针对任意形状轮廓的边缘进行打磨，不适用于物体整个表面的打磨。本专利对此设计出了一种飞机蒙皮柔性打磨机械装置的力控制系统和方法，该系统对整个打磨过程进行说明，设计出的力控制方法可以对物体整个表面做到柔性打磨。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供飞机蒙皮柔性打磨机械装置的力控制系统和方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：飞机蒙皮柔性打磨机械装置的力控制系统，包括机器人，所述机器人的末端执行设置有打磨工具，所述机器人和所述打磨工具相连接的传动轴上设置有力传感器，所述力传感器的电性输出端设置有交换机，所述交换机的电性输出端设置有上位机，所述上位机的电性输出端通过交换机设置有控制器，所述控制器的输出端与所述机器人和所述打磨工具电性连接。

3、优选的，所述力传感器设置在机器人和打磨工具之间，实时采集坐标系下三个方向的打磨压力值。

4、优选的，所述交换机上设置有模数转换模块，可以将力信息转换成数字信号传输给上位机。

5、优选的，所述上位机实时控制系统并计算出法向偏移量，将计算出的位姿信息通过交换机处理并传输给控制器，所述控制器接收信号驱动机器人和打磨工具对飞机蒙皮表面进行打磨。

6、一种使用所述的飞机蒙皮柔性打磨机械装置的力控制系统的力控制方法，该方法包括以下步骤：

7、步骤1，阻抗控制，打磨工具上的力传感器将机器人末端力反馈到控制器，期望力与实际力进行求差计算得到打磨力误差，打磨输入力进入阻抗模型输出位置信息得到打磨法向偏移量；

8、步骤2，正逆运动学，通过正逆运动学计算出机器人偏移的量；

9、步骤3，驱动控制，将计算得出的偏移量通过传递函数传递给控制器驱动机器人运动，同时在打磨环境的作用下使打磨力反馈到力传感器上。

10、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

11、1、本发明采用机器人取代工人手工打磨，机器人末端安装打磨工具，打磨过程中利用接触力控制打磨运动，控制器可实时调节机器人末端打磨工具的姿态，使得打磨工具的法向打磨力垂直作用于物体表面，这样可以使飞机蒙皮的表面材料去除始终保持均匀一致，打磨工具做到柔性打磨，减少了加工件表面损伤情况的出现，打磨过程实现自动化，提高了打磨效率；

12、2、本发明同时还通过力传感器、交换机、上位机和控制器，通过交换机和上位机将力信息传输给上位机和交换机进行运算处理得到位姿信息，再将位姿信息传送给控制器进行修正，实时反馈修正，进一步保证了打磨效率；

13、3、本发明同时还采用基于力的阻抗控制方法，采用主动力控制代替当前的被动力控制，可以在打磨环境的作用下使打磨力反馈到力传感器上。

技术特征：

1.飞机蒙皮柔性打磨机械装置的力控制系统，包括机器人(1)，其特征在于：所述机器人(1)的末端执行设置有打磨工具(2)，所述机器人(1)和所述打磨工具(2)相连接的传动轴上设置有力传感器(3)，所述力传感器(3)的电性输出端设置有交换机(4)，所述交换机(4)的电性输出端设置有上位机(5)，所述上位机(5)的电性输出端通过交换机(4)设置有控制器(6)，所述控制器(6)的输出端与所述机器人(1)和所述打磨工具(2)电性连接。

2.根据权利要求1所述的飞机蒙皮柔性打磨机械装置的力控制系统，其特征在于：所述力传感器(3)设置在机器人(1)和打磨工具(2)之间，实时采集坐标系下三个方向的打磨压力值。

3.根据权利要求1所述的飞机蒙皮柔性打磨机械装置的力控制系统，其特征在于：所述交换机(4)上设置有模数转换模块，可以将力信息转换成数字信号传输给上位机(5)。

4.根据权利要求2所述的飞机蒙皮柔性打磨机械装置的力控制系统，其特征在于：所述上位机(5)实时控制系统并计算出法向偏移量，将计算出的位姿信息通过交换机(4)处理并传输给控制器(6)，所述控制器(6)接收信号驱动机器人(1)和打磨工具(2)对飞机蒙皮表面进行打磨。

5.一种使用如权利要求1所述的飞机蒙皮柔性打磨机械装置的力控制系统的力控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了飞机蒙皮柔性打磨机械装置的力控制系统和方法，包括机器人，所述机器人的末端执行设置有打磨工具，所述机器人和所述打磨工具相连接的传动轴上设置有力传感器，所述力传感器的电性输出端设置有交换机，所述交换机的电性输出端设置有上位机，所述上位机的电性输出端通过交换机设置有控制器，所述控制器的输出端与所述机器人和所述打磨工具电性连接。本发明使得飞机蒙皮的表面材料去除始终保持均匀一致，打磨工具做到柔性打磨，减少了加工件表面损伤情况的出现，打磨过程实现自动化，提高了打磨效率。

技术研发人员：李双宝,李飞,祝恒佳
受保护的技术使用者：中国民航大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13