[發明專利]六維力傳感器裝配機械手姿態及力的控制方法

無效

• 申請號: 200710045617.5
• 申請日: 2007-09-06
• 公開（公告）號: CN101116968A
• 公開（公告）日: 2008-02-06
• 發明（設計）人: 李彥明;劉成良
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J13/00;B25J19/00
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種機械工程技術領域的控制方法，具體是一種六維力傳感器裝配機械手姿態及力的控制方法。

背景技術

汽車尾氣凈化器生產過程中，凈化器陶瓷芯載體與金屬外殼裝配尺寸間隙小，稍有不甚陶瓷芯就會破碎，在裝配過程中需要根據陶瓷芯載體受力狀態自動調整裝配姿態，目前國內都是通過人工裝配，每個工人每天要裝配幾千個，長時間工作易產生厭倦疲勞，造成不和各產品出現。在其它一些對尺寸及變形、受力要求比較嚴格的場合機械自動化生產中，也經常出現因沒有滿足要求的自動化裝配裝置而必須進行人工裝配，降低了生產效率及質量。在自動化生產過程中急需姿態自適應、帶力覺的高精度裝配機械手，并在裝配過程中對工件裝配姿態和裝配力進行實時控制。

經對現有技術的文獻檢索發現，中國發明專利“機器人及機器人的姿態控制方法”，申請號200410087422.3，公開號CN1590039，該專利公開了一種機器人姿態控制方法：一個或多個相位發生器用于機器人系統，且根據產生的相位來選擇多個控制器中的一個，控制器根據連續相位信息控制可移動部分的驅動。該發明的實質仍是通過控制精度提高各運動部件的精度，實現機器人姿態的精密控制。存在以下不足：[1]姿態調整屬于傳統調整方法，不能從原理上獲得更高的精度；[2]采用串聯機構存在姿態調整累積誤差。[3]采用采用串聯機構系統本身剛度，從而導致多自由度裝配精度低。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，針對生產線精密裝配過程中缺乏精密工件姿態及力控制，提出了一種六維力傳感器裝配機械手姿態及力的控制方法，提高工件自動化裝配的質量。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括以下步驟：

第一步，建立三聯桿并聯操作平臺

所述三聯桿并聯操作平臺中，上平臺和下平臺為平板，調整作動臂為可軸向伸縮的套筒機構，調整作動臂通過球鉸鏈與上平臺和下平臺聯接。上平臺固定為機架，通過調整作動臂的伸縮變化實現下平臺的姿態調整。下平臺上安裝有六維力傳感器，六維力傳感器下邊安裝指爪式夾持機械手，夾持機械手上安裝微動開關作為工件夾持感知系統；

第二步，根據三聯桿并聯操作平臺中六維力傳感器的輸出通過調整控制下平臺位姿實現對工件姿態及裝配力的控制

機械手夾牢工件后，微動開關和六維力傳感器檢測工件姿態及裝配力并傳送到工業控制機，經工業控制機處理后變為控制指令發送到運動控制卡，運動控制卡發出的運動指令經放大器驅動直流電機，在工件姿態調整過程中作動臂的調節位置反饋給工業控制機，經PID控制實現作動臂動作的精密控制，這樣，根據六維力傳感器的輸出不斷調整并聯平臺三個作動臂的長度，實現工件裝配姿態精密自動調整。

所述的微動開關和六維力傳感器檢測工件姿態及裝配力，是指：抓取機械手安裝微動開關，當機械手緊密抓取工件時，微動開關動作，輸出信號，表示機械手與工件成為一體，通過調整并聯平臺三個作動臂可實現工件姿態的調整；裝配過程中工件與裝配殼體之間的作用力及變形通過下平臺上安裝的六維力傳感器輸出，六維力傳感器輸出表示三個扭矩和三個力分量，分別表示裝配過程中工件所受外部扭矩及力。

所述工件裝配姿態精密自動調整，是指：

(1)確定工件姿態調整方向。工件姿態方向與所受力及扭矩失量方向相反，工件所收力及扭矩由六維力傳感器檢測，六維力傳感器輸出X，Y，Z三個方向的力及繞X軸、Y軸和Z軸三個方向的扭矩，工件姿態調整方向為工件所受力及扭矩失量的反方向。

(2)確定工件姿態調整實現的并聯平臺作動臂單位調整量。記憶當前姿態下并聯平臺各作動臂長度以及并聯平臺下平臺當前姿態參數，加上工件姿態調整所需單位變形姿態得到新的并聯平臺下平臺的目標姿態。通過矩陣變換確定得到并聯平臺下平臺的目標姿態所需的并聯平臺各作動臂長度，與記憶中的并聯平臺各作動臂長度相減，即可得到并聯平臺各作動臂的調整量。

(3)各作動臂長度按(2)所述調整量進行調整。控制器對長度需要調整的作動臂驅動電機發出控制指令，通過位置-速度雙閉環實現作動臂長度調整的精確控制。

(4)檢測六維力傳感器輸出，重復(1)到(3)直到工件姿態及受力滿足要求。

與現有技術相比具有的優點，本發明采用并聯機構和六維力傳感器進行工件裝配姿態和力的控制，通過三個平臺作動臂可實現工件六自由度姿態調整，調整機構相對簡單；在姿態調整過程中沒有累積誤差，剛度大，從而調整精度高，同時采用同樣的驅動元件，可達到比采用迪卡爾平面直角坐標系統的裝配機械手高5—10倍的精度。

附圖說明