具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

请参考图1-图9，本发明提出一种多自由度力控减振装置。

一种多自由度力控减振装置，包括依次连接的打磨刀具1、安装台2和主动调位机构3，所述主动调位机构3包括多个滑台5和多个连接部6，每个所述滑台5的滑块8对应连接一个所述连接部6的一端，所述滑台5背离所述打磨刀具1的一端与移动部件固定连接，所述移动部件用于带动所述主动调位机构3移动，多个所述连接部6背离所述滑台5的一端均与所述安装台2连接，所述打磨刀具1与所述安装台2的一侧固定连接，多自由度力控减振装置还包括减振器4，所述减振器4设置于所述安装台2背离所述打磨刀具1的一侧，所述主动调位机构3用于在所述移动部件的带动下通过控制所述滑台5的运动，来控制所述安装台2的位置，从而控制打磨刀具1与待加工工件的接触力。

在需要进行打磨作业时，所述移动部件按预设轨迹带动所述主动调位机构3移动，从而带动打磨刀具1移动，使得所述打磨刀具1靠近待加工工件的表面，并按预设好的运行轨迹运动，替代了人工劳作；由于在打磨过程中，会发生振动，因此加设减振器4来抑制高频振动，提高打磨质量；同时由于待加工工件的表面情况在建模时无法完全体现，并加设主动调位机构3，通过调整多个滑台5来控制末端与工件表面接触的接触力，保持输出力的恒定，更进一步的提高了表面加工质量。

在本发明中，为便于描述，末端均指代打磨刀具。

进一步的，所述滑台5设置有三个，所述连接部6设置有三组，三个所述滑台5之间采用并联的方式，所述安装台2为法兰，以起到良好的固定效果。

优选的，所述滑台5包括驱动部7、滑块8和固定块9，所述固定块9的一侧与所述滑块8固定连接，所述滑块8和所述驱动部7连接，多个所述滑台的驱动部7围合成一个调位空间，且所述滑块8背离所述固定块9的一侧均朝向所述调位空间；所述驱动部7用于驱动所述滑块8沿所述滑台5的长度方向运动，所述固定块9朝向所述滑块8的一侧和背离所述滑块8的一侧之间的相对的两侧壁分别形成连接孔10，所述连接孔10用于与所述连接部6固定连接。

具体的，两个所述连接孔10关于所述固定块9互相对称，所述驱动部7选用伺服电缸；三个滑台5采用并联稳定结构，通过调节伺服电缸的输出位移来调整末端打磨刀具1的输出力。

优选的，每个所述连接部6包括两根连接杆，所述连接杆包括第一球铰11、连杆12和第二球铰13，所述第一球铰11与所述连杆12的一端固定连接，所述第二球铰13与所述连杆12的另一端固定连接，所述第一球铰11用于与所述滑台5固定连接，所述第二球铰13用于与所述安装台2固定连接。

具体的，所述第一球铰11向外凸出形成用于与所述滑台5连接的第一连杆12，所述第二球铰13向外凸出形成用于与所述安装台2连接的第二连杆12，所述第一连杆12与所述连接孔10过盈配合，所述安装台2的侧壁形成多个用于与所述连接杆固定连接的固定孔，所述第二连杆12用于与所述固定孔过盈配合。

优选的，所述减振器4包括连接块14、安装块15、阻尼块16、感应线圈17、磁铁18和直线轴承19，所述连接块14的一侧与所述安装台2背离所述打磨刀具1的一侧固定连接，所述连接块14背离所述安装台2的一侧与所述安装块15固定连接，所述安装块15和所述阻尼块16通过所述直线轴承19固定连接，所述感应线圈17与所述阻尼块16固定连接，所述磁铁18与所述安装块15固定连接，所述阻尼块16用于发生振动时，沿远离所述安装块15和朝向所述安装块15的方向来回运动，以带动所述感应线圈17切割磁铁18的磁感线。

具体的，所述减振器4的外轮廓为圆柱形，所述安装块15朝向所述阻尼块16的一侧的向外凸出形成用于连接所述直线轴承19的连接柱，所述连接柱的轴线与所述安装块15的轴线共线，所述阻尼块16用于朝向所述安装块15的一侧向外凸起形成安装筒，所述安装筒的内壁套设在所述直线轴承19的外表面，所述安装筒的外壁用于安装所述感应线圈17。

进一步的，减振器4采用电磁感应原理，感应线圈17在高频振动过程中切割磁铁18的磁感线产生感应电动势，从而产生感应电流，继而产生磁场力阻碍阻尼块16的运动，以消耗振动能量，从而达到抑制振动的目的。

优选的，多自由度力控减振装置还包括固定板20，所述固定板20的一侧与多个滑台5的一端固定连接，所述固定板20背离所述滑台5的一侧用于与移动部件连接。

具体的，所述固定板20的一侧与所述滑台5固定连接，所述固定板20的另一侧连接一个六维力传感器（产品型号为ATI80x），所述六维力传感器用于检测每个滑台5的受力情况，所述六维力传感器背离所述固定板20的一侧与所述移动部件固定连接。

为实现上述目的，本发明还提出一种多自由度力控减振装置控制方法，其中所述多自由度力控减振装置还加设检测部件和控制部件，所述检测部件用于检测所述滑台5的实时位置和工作台与滑台5的受力，所述控制部件用于控制所述移动部件和所述主动调位机构3的运动；

具体的，所述检测部件包括六维力传感器和反馈组件，所述反馈组件加设在所述滑台5内部，所述反馈组件用于反馈滑台5的位置信息。

请参考图8，本发明提出的一种所述多自由度力控减振装置控制方法的第一实施例中，所述多自由度力控减振装置控制方法包括如下步骤：

S10：建立待打磨工件模型；

S20：根据待打磨工件模型确定打磨刀具1的运行轨迹、运行时间和期望接触力：

S30：所述控制部件获取运行轨迹、运行时间和期望接触力；

S40：所述控制部件根据运行轨迹和运行时间计算出控制信息，所述控制信息包括移动部件控制信息和主动调位机构3的滑台控制命令；

S50：所述控制部件根据所述控制信息控制所述移动部件以及所述主动调位机构3运动，以贴合运动轨迹；

S60：所述检测部件在运行过程中实时获取滑台5的实时位置以及滑台5的实时受力，并将实时位置和实时受力输入所述控制部件；

S70：所述检测部件根据滑台5的实时位置和实时受力计算出末端的实际受力和实际位置；

S80：所述控制部件将末端的实际受力与期望接触力进行比对以确定误差结果，根据比对结果确认误差是否在设定误差范围内，确定是否实时修正运动轨迹；

S90：若误差结果在设定范围外，则所述控制部件进行运动轨迹修正

S100：所述控制部件根据修正运动轨迹和实际位置计算出控制信号以控制所述主动调位机构的运动，以满足期望接触力的要求。

S110：若误差结果在设定范围内，则不进行运动轨迹的修正。

具体的，在外部装置建立待打磨工件模型，并按常规编程的方式确定控制信息，在控制多自由度力控减振装置进行打磨作业时，通过预先设定的控制程序，所述控制部件在获取实际受力后，自动反馈修正运动轨迹，以保证末端始终为恒力输出状态，提高打磨质量。

本发明提出的一种所述多自由度力控减振装置控制方法的第二实施例中，所述控制部件根据运行轨迹和运行时间计算出控制信息的步骤包括：

S120：所述控制部件将运行轨迹离散为多个运行点位；

S130：所述控制部件将运行时间离散为多个运行时刻；

S140：所述控制部件将运行时刻和运行点位一一对应；

S150：所述控制部件根据所述运行点位和所述运行时刻计算出控制信息。

具体的，请参考图5和图6，由于我们只能得知并且直接控制滑台5的位置，但我们需求和设计的轨迹均为末端轨迹，因此需要对末端轨迹进行运动学的逆解，逆解公式如下：

（1）；

（2）；

（3）；

其中，坐标系的原点为三个滑台5背离所述打磨刀具1一端的外接圆的圆心、和分别对应一个所述滑台5的输出高度（以滑台5背离打磨刀具1的一端为起点），x、y和z表示末端位置关于原点的坐标，R表示外接圆的半径，r表示安装台2的半径。

在需要进行末端位置和三个所述滑台5输出位置的转换时，调用上述逆解公式，通过上述的逆解公式得出需要的滑台控制命令。

本发明提出的一种所述多自由度力控减振装置控制方法的第三实施例中，在所述控制部件根据所述控制信息控制所述移动部件以及所述主动调位机构3运动，以贴合运动轨迹步骤之前还包括：

S160：建立恒力输出混合力位控制模型；

S170：将恒力输出混合力位控制模型输入控制部件；

S180：所述恒力输出混合力位控制模型用于根据实时受力、实时位置和期望接触力修正运动轨迹。

提前建立所述恒力输出混合力位控制模型，通过它来修正运动轨迹，从而实现末端的恒力输出。

本发明提出的一种所述多自由度力控减振装置控制方法的第四实施例中，所述控制部件将工作台的实时受力与期望接触力进行比对，根据比对结果实时修正运动轨迹包括：

S190：将实时受力、实时位置和期望接触力输入恒力输出混合力位控制模型；

S200：所述恒力输出混合力位控制模型根据计算出期望点位；

S210：所述恒力输出混合力位控制模型将所述期望点位与运行点位进行替换，以修正运动轨迹。

具体的，步骤S190中，公式中；

，是期望接触力，F为接触力误差，为实时受力，E=，其中E为位置误差，为期望点位在X轴方向的坐标，为实时位置在X轴方向的坐标；

其中，为位置误差关于时间的二次导数，为位置误差关于时间的一次导数，M表示整体质量（以矩阵形式表示），B表示整体阻尼系数（以矩阵形式表示）、K表示虚拟刚度系数（以矩阵形式表示）；

采用恒力输出混合力位控制模型的优势在于，首先规定装置末端的期望位置（运行点位），根据测量的接触力（实时受力）大小，通过调整各伺服电机的位置来进行控制（逆解控制），保证装置末端与工件的紧密贴合，从而保证装置输出力和期望接触力的误差在一定范围；同时具有结构稳定，能够同时调整三个方向输出力大小（沿z轴，绕x轴，绕y轴），且由于采用了直线驱动形式，末端的响应速度快。

更进一步的，所述需要进行三次计算，以获取X、Y和Z三个方向的期望点位，当进行X方向的计算时E=，当进行Y方向的计算时E=，当进行Z方向的计算时E=；为期望点位在Y轴方向的坐标，为实时位置在Y轴方向的坐标；为期望点位在Z轴方向的坐标，为实时位置在Z轴方向的坐标；由于不同方向得出的滑台的控制量不同，可滑台只能进行一组控制量的运动，此时会发生控制干涉，因此在实际控制时，往往会提前规定一个主控制方向，本申请以X方向为主方向，具体主方向的规定受到刀具的不同，加工情况的不同等因素共同影响，往往根据经验选择控制位移最大的方向；

请参考图7，在本申请中，由于选用侧向打磨的刀具，因此规定X方向为主方向，具体指向为：在底部外接圆的轴线上取一点，使其与打磨刀具侧表面与工件的接触点，连接成的直线垂直于底部外接圆的轴线。

本发明提出的一种所述多自由度力控减振装置控制方法的第五实施例中，所述控制部件根据修正运动轨迹和实际位置计算出控制信号以控制所述主动调位机构3的运动，以满足期望接触力的要求的步骤，包括：

S220：所述控制部件从所述恒力输出混合力位控制模型处获取所述期望点位；

S230：所述控制部件根据所述期望点位逆解出单个滑台5的控制命令；

S240：所述控制部件根据所述控制命令控制单个滑台5运动，进而调整连接台的位置，从而满足期望接触力的要求。

具体的，步骤S220包括：

S250：所述控制部件接收所述期望点位，并将所述期望点位替换对应的运行点位；

S260：所述控制部件调用逆解公式，计算出单个滑台5的控制命令。

请参考图9，为便于理解本发明，还提供一个控制反馈模型，所述控制反馈模型说明如下：

首先规定期望位置（即第二实施例中的运行轨迹离散出的运行点位）；并规定期望接触力，将期望接触力和期望位置输入混合控制器；

通过检测部件实时检测实际的接触力，并与期望接触力比对（参考步骤S90-S110）；根据比对结果调整当前位置，随后根据运动学模型得出滑台内部伺服电机的控制信息，根据所述控制信息控制所述伺服电机运动，以调整末端与工件之间的距离，从而调整实际的接触力。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。