(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210669669.4 (22)申请日 2022.06.14 (71)申请人 广东天太 机器人有限公司 地址 528322 广东省佛山市顺德区大良10 5 国道大墩段 （5-1号地块） 六号综合楼 三层 （广珠公路红岗路段23号之9） (72)发明人 吴志诚　龙腾发　雷勤　 (74)专利代理 机构 佛山市禾才知识产权代理有 限公司 4 4379 专利代理师 刘羽波　陈嘉琦 (51)Int.Cl. B24B 27/00(2006.01) B24B 49/12(2006.01) B24B 49/16(2006.01) B25J 9/16(2006.01)B25J 11/00(2006.01) (54)发明名称 一种抛光打磨机 械臂控制系统及方法 (57)摘要 本申请涉及机器人控制技术的技术领域， 尤 其是涉及一种抛光打磨机械臂控制系统及方法, 包括机械臂， 机械臂上设有图像采集模块、 模板 制作模块、 识别模块和执行模块； 图像采集模块 用于采集目标物的图像信息， 提取图像的特征信 息； 模板制作模块用于以参照物 为对象制作全角 度模板， 提取模板的特征信息； 识别模块用于特 征信息的匹配识别， 以确定待打磨工件和匹配模 板； 识别模块包括修正模块， 用于获取匹配模板 和待打磨工件的特征点， 计算特征点之间的偏差 并修正； 执行模块用于对工件进行打磨； 执行模 块包括力控算法子模块， 用于对打磨力进行恒力 柔顺控制； 本发明具有增加实际打磨 的柔顺性， 提高加工质量的效果。 权利要求书3页 说明书13页 附图2页 CN 114888692 A 2022.08.12 CN 114888692 A 1.一种抛光打磨机械臂的控制系统， 其特征在于： 包括机械臂， 所述机械臂上设有图像 采集模块、 模板制作模块、 识别模块和执 行模块； 所述图像采集模块用于采集目标物的图像信息， 并提取图像的特 征信息； 所述模板制作模块用于以参照物为对象制作全角度模板， 提取每一模板的特征信息， 并存储至识别模块； 所述识别模块用于将所述图像信 息与全角度模板的特征信 息进行匹配识别， 以确定待 打磨工件和匹配模板； 所述识别模块包括修正模块， 所述修正模块用于获取匹配模板的特征点和待打磨工件 的实际特征点， 计算匹配模板的特征点与待打磨工件的实际特征点的偏差， 并对偏差进行 修正， 得到修 正后的打磨轨 迹； 所述识别模块与执行模块信号连接， 当识别模块判断当前物体为待打磨工件时， 执行 模块根据修正后的打磨轨 迹对工件进行打磨； 所述执行模块包括力控算法子模块， 所述力控算法子模块用于在抛光打磨过程中对打 磨机械臂的打磨力进行恒力柔顺控制， 以修正打磨机械臂的末端位置， 保持恒定的打磨力 大小。 2.根据权利要求1所述的一种自动纠偏的抛光打磨机械臂控制系统， 其特征在于： 所述 力控算法子模块包括微分跟踪器TD、 比例微分控制器PD、 状态观测器ESO及运算子模块， 用 于执行以下步骤： 步骤1： 识别 模块将测量的异常轮廓S1前馈到微分跟踪器TD， 进行前后区间提前控制的 平滑过渡,测量的异常轮廓S1与工件轮廓S进行比较， 得到轮廓误差值S2， 在微分跟踪器TD 中通过调整参数， 为比例微分控制器PD提供轮廓误差信号R1及对应的轮廓误差微分信号 R2： S2＝S‑S1 R1(k+1)＝R1(k)+hR2(k) R2(k+1)＝R2(k)+hfh(R1(k)‑S2,R2(k),v0,q0)； 其中， 异常轮廓S1为实际待打磨工件的表面可能存在的瑕疵， 工件轮廓S对应为图像采 集装置采集的待打磨工件的图像信息， v0为速度因子， q0为滤波因子； 步骤2： 比例微分控制器PD根据微分跟踪器TD得出的轮廓误差信号R1和轮廓误差微分 信号R2， 与状态观测器ESO观测到的轮廓误差Z1和轮廓误差导数的误差Z2， 得到控制量U0， 气动恒力装置的总控制量U和实时的工件轮廓S0输入到状态观测器ESO， 状态观测器ESO得 到观测的恒力装置内外扰动的实际值， 并在比例微分控制器PD输出信号U0中进 行补偿， b为 比例微分控制器PD的补偿量； 状态观测器ESO观测到的系统总扰动Z3和比例微分控制器PD 的输出值U0进行补偿得到U， 总控制量U对气动柔顺装置的数学模型进行提前控制， 控制量 关系式下式所示： U0(t)＝Kp[R1‑Z1]+Kd[R2‑Z2] 3.根据权利要求1所述的一种抛光打磨机械臂控制系统， 其特征在于： 所述识别模块还 用于执行以下步骤： 在每一次打磨操作之后， 所述识别模块均对所述待打磨工件进行再识权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114888692 A 2别， 提取再识别时的待打磨工件的轮廓特征点， 将轮廓特征点与上一次提取 的待打磨工件 的实际特征点进行比较计算， 获取计算的偏差， 根据偏差判断待打磨工件是否发生位置偏 移。 4.根据权利要求2所述的一种抛光打磨机械臂控制系统， 其特征在于： 所述识别模块包 括特征提取子模块和特 征匹配子模块； 所述特征提取子模块用于提取模板的特征信 息， 以及提取由所述图像采集模块采集的 目标物的图像的特 征信息； 所述特征匹配子模块用于设定阈值， 根据模板的特征信息和目标物图像的特征信息， 将当前目标物的特征与上述每个模板的特征进行特征匹配， 并进行分数计算， 当某一模板 的分数达 到阈值时， 则该模板与目标物图像相互匹配。 5.根据权利要求1所述的一种抛光打磨机械臂控制系统， 其特征在于： 所述修正模块包 括识别特 征关联子模块和旋转平 移子模块； 所述识别特征关联子模块用于按照比例将目标边框上的识别特征以及其余识别特征 组合成第一识别点， 根据第一识别点找出所述模板图上与所述第一识别点所对应的第二识 别点； 获取所有第 一识别点和与其对应第 二识别点之间的距离， 判断所有第 一识别特征点与 其对应第二识别点之间的距离是否大于距离阈值， 若满足， 则获取满足距离阈值第一识别 特征的数量， 并判断数量是否满足第一数量阈值， 若不满足， 则向所述旋转平移子模块 发出 修正指令； 所述旋转平移子模块用于接收所述修正指令， 并将所述第 一识别点与第 二识别点代入 至变化矩阵中， 修 正模板图的位姿， 得到修 正后的模板图。 6.一种自动纠偏的抛光打磨机械臂控制方法， 应用于权利要求1 ‑5任一所述一种抛光 打磨机械臂控制系统， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤A0： 以参照物为对象制作全角度模板， 并提取每一模板的特征信息， 所述全角度模 板包括360个模板， 每 个模板对应一个角度； 步骤A1： 采集目标物的图像信息， 并提取图像的特 征信息； 步骤A2： 将采集到的图像信息与全角度模板的特征信息进行匹配识别， 判断是否存在 某一角度的模板的特征信息与所述图像信息相互匹配， 若是， 则当前物体为待打磨工件， 对 应该角度的模板为匹配模板； 步骤A3： 获取匹配模板的特征点和待打磨工件的实际特征点， 计算匹配模板的特征点 与待打磨工件的实际特 征点的偏差； 步骤A4： 基于ICP算法对 匹配模板的偏差进行修正， 根据修正后得到的修正模板的特征 点形成打磨轨 迹； 步骤A5： 根据修正后的打磨轨迹， 基于力控算法对打磨力进行恒力控制， 对待打磨工件 进行恒力柔 顺控制的抛光打磨。 7.根据权利要求6所述的一种自动纠偏的抛光打磨机械臂控制方法， 其特征在于： 所述 步骤A5中基于力控算法对打磨力进行恒力控制， 具体包括以下步骤： 步骤1： 将测量的异常轮廓S1前馈到微分跟踪器TD， 进行前后区间提前控制的平滑过 渡,测量的异常轮廓S1与工件轮廓S进行比较， 得到轮廓误差值S2， 在微分跟踪器TD中通过权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114888692 A 3