机器人抛光磨头定位特性技术

   工业机器人具有的成本低、位姿易控、行程范围大、能满足非球面以及自由曲面元件加工要求等优势，将其用于光学元件的研抛加工是当前柔性光学制造技术的发展趋势之一。在研抛过程中，为保证加工精度和加工效率，需精确控制各点研抛压力，然而工业机器人维修关节刚度及定位精度较低，难以达到精密加工设备的精度要求，存在的定位误差将导致实际研抛压力与理论值存在偏差，进而影响研抛精度与加工效率。且目前大多现有基于末端执行器的机器人抛光技术通常采用气动控制研抛压力，其响应速度较慢、压力控制精度偏低，不利于对工件的高效高精度研抛加工。

   针对传统CCOS小工具加工效率低，面形收敛能力弱以及工业机器人存在的定位误差会对研抛加工过程中研抛压力产生波动的问题，友仪机电提出了一种基于研抛压力主动控制的机器人恒压球形公自转磨头抛光技术，完成了该抛光磨头的机械结构设计，建立了材料去除理论模型。通过对机器人定位精度和磨头输出力的响应性与稳定性进行测量，验证了所设计的恒压球形公自转磨头，能够较好地对工业机器人的绝对定位误差所引入，的研抛压力波动做出相应的研抛压力响应进行修正的技术思路。通过定点抛光及研抛加工试验表形公自转磨头抛光方法去除函数稳定，加工效率高，面形收敛效果好，能获得较高的面形精度与加工质量。

一、球形公自转抛光磨头设计

   所研制的恒压研抛球形公自转抛光磨头主要由公自转联动机构和研抛施力机构组成，通过法兰连接到工业机器人末端上，以实现元件的研抛加工。在伺服电机带动下，公转的球形磨头通过锥齿轮在锥齿盘上的滚动产生自转，形成公自转联动运动。为减少主、从动同步带轮之间张紧力对研抛力的影响，从动同步带轮的上下端通过轴承被固定在从动同步带轮座上。磨头主轴通过联轴器与套筒内的滚珠花键相连，音圈电机通过改变输入电机线圈电流的大小与方向来实现其力位控制，三角传力支撑架对音圈电机的输出，力进行传递，以获得恒定研抛压力的精确输出。

二、机器人定位特性

   在工业机器人研抛加工过程中，为实现去除函数的稳定，通常过对机器人整体的运动控制即力/位控制来实现对研抛力的控制，而该方法控制复杂度较高，其控制精度取决于工业机器人的定位特性。机器人在受外力条件下其连杆和关节的弹性变形与振动将会引入动力学误差，而其零部件制造与装配及其电机码盘和关节运动副磨损所带来的运动学误差都会影响工业机器人的定位精度。相关研究表明，采用逆运动学方法将笛卡尔位姿转换为机器人关节角控制序列所引入的连杆关节参数（DH参数）误差占机器人总体误差的4/5，使其绝对定位精度偏低。

三、磨头输出力稳定性测试

   在实际加工过程中，球形公自转磨头的研抛压力是抛光过程所需控制的重要参数之一，其恒定研抛压力的精度与稳定性直接影响着被抛光工件加工表面的面型质量与精度。机器人与工件在保持位置相对静止（静态）和按照光栅路径运动（动态）两种状态下所测研抛压力分别在10~60N时的波动曲线图，即研抛压力误差曲线。