本文根據打磨機器人作業對位置和力同時控制的要求，在分析了基于位置伺服力/位混合控制策略的基礎上，對基于速度伺服的力/位混合控制策略進行了研究，對測量的力信號進行了濾波、重力補償及傳感器坐標系標定等處理，以提高所測力信號的抗干擾性和準確性。仿真結果表明：該方案可以滿足打磨機器人對位置和力分別控制的要求。

　　隨著科學技術的進步和制造業的不斷發展，市場對打磨拋光加工的需求不斷增長。然而，目前我國打磨拋光加工主要以人工為主，人工打磨效率低下，費時費力，精度不高，而且產品均一性差，工人工作環境惡劣，難以實現自動化生產，已經成為打磨拋光行業進一步發展的瓶頸。因此，自動打磨拋光設備的研究引起了很多高校、科研機構和公司的廣泛關注。

　　打磨拋光機器人能夠實現高效率、高質量的自動化打磨，為代替人工打磨提供了一種有效的解決方案。打磨機器人的核心為力控制技術，通過控制加工軌跡和打磨工具末端的力保證打磨質量，即對機器人的位置和力這兩方面都要進行控制。目前國內外已經研發出較成熟的位置控制型機器人，對力控制機器人也開展了很多研究，但是大部分力控制機器人都是基于位置伺服實現的，其響應時間長，不能對力進行直接控制，影響了力控制的精度和效果。針對上述情況，筆者對基于速度伺服的力控制打磨機器人進行了研究，給出了打磨機器人系統組成，對測量的力信號進行了濾波、重力補償和傳感器坐標系標定，提高了所測力信號的抗干擾性和準確性，最后對上述算法進行了仿真實驗。

　　1 打磨機器人系統組成

　　打磨機器人系統（圖1）由新松6kg工業機器人本體、機器人控制柜、路徑規劃計算機、打磨工具、六維力－力矩傳感器及打磨工作臺等組成，六維ATI力－力矩傳感器安裝在機器人六軸末端法蘭盤上，用來測量在傳感器坐標系下x、y、z3個方向所受力和力矩大小。打磨工具通過連接件安裝在力－力矩傳感器的測量面。路徑規劃計算機用來規劃打磨工具在待加工工件上的打磨路徑，其輸出和機器人控制柜相連。打磨機器人的加工過程為：首先路徑規劃計算機對打磨工具在工件上的打磨路徑進行規劃，并將規劃完的機器人位置信息傳遞給機器人位置控制器，機器人位置控制器驅動機器人到達相應位置開始打磨，力－力矩傳感器測量打磨工具和加工件之間的力大小，再將測量的信息傳遞給力控制器，力控制器對機器人進行調節以保持打磨工具和加工件之間的力相對恒定，從而保證打磨的效果。

　　2 力信息處理

　　2．1濾波器設計

　　傳感器在實際測量中，會受到各種因素的干擾，測量數據會發生波動，對力控制的精度造成影響，因此在得到力傳感器測量的數據后要進行濾波。由于噪聲信號多分布在高頻部分，信號集中在低頻部分，故選用巴特沃斯數字低通濾波器對其進行濾波。

　　ATI力－力矩傳感器采樣頻率fs為7000Hz，根據實際測量其工作頻率范圍集中在0～200Hz，而噪聲信號分布在高頻部分，故該巴特沃斯低通

　　3 機器人控制系統方案

　　本方案的大體思路分為兩個部分：

　　a．建立機器人工具末端測量力和關節空間

　　速度的關系。即將機器人工具末端測量的力轉換為關節空間速度信號，并將該信號加入到伺服電機的速度環上。這種基于速度伺服的力控制策略比基于位置伺服的力控制策略響應速度快，對力可以進行直接控制。

　　b．采用力/位混合的控制策略，通過S矩陣來選擇每個方向是位置控制還是力控制，滿足打磨應用對力、位置兩方面控制的要求。

　　圖4所示為基于速度伺服的力/位混合控制系統方框圖，從圖中可知本控制方案主要包括兩個控制回路：力控制回路和位置控制回路。在力控制回路中，用ATI力傳感器測量外力大小，得到

　　5 結束語

　　筆者對基于速度伺服的力/位混合控制策略進行了研究，給出了打磨機器人系統組成，對采集的力信號進行了濾波、重力補償及傳感器標定等處理，消除了外界對力測量信息的干擾。對控制算法進行了仿真實驗，實驗結果表明該算法能夠滿足機器人打磨應用對位置和力控制的要求。