[發(fā)明專利]軸孔裝配工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)及其工作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310578100.8
• 申請(qǐng)日: 2013-11-14
• 公開（公告）號(hào): CN104625676A
• 公開（公告）日: 2015-05-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐方;曲道奎;李學(xué)威;胡金濤;宋吉來(lái);鄒風(fēng)山
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 沈陽(yáng)新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司
• 主分類號(hào): B23P19/00
• 分類號(hào): B23P19/00;B25J9/10;B25J13/00;B25J13/08;B25J19/02
• 代理公司: 沈陽(yáng)科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富

1.一種軸孔裝配工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)，包括：

工業(yè)機(jī)器人、軸孔裝配平臺(tái)、力覺傳感器、夾持裝置、裝配工件、裝配孔及裝配軸，所述工業(yè)機(jī)器人包括運(yùn)動(dòng)計(jì)算模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊及力控制模塊；

所述工業(yè)機(jī)器人與所述軸孔裝配平臺(tái)的底座固定在同一基準(zhǔn)面上；所述夾持裝置安裝于所述工業(yè)機(jī)器人的手臂末端；所述裝配工件固定在所述軸孔裝配平臺(tái)上，所述裝配工件上設(shè)有所述裝配孔；所述力覺傳感器安裝在所述手臂末端與所述夾持裝置之間，用于實(shí)時(shí)測(cè)量所述裝配軸與所述裝配孔間接觸力；

所述工業(yè)機(jī)器人通過示教及軌跡規(guī)劃生成一系列運(yùn)動(dòng)軌跡點(diǎn)，以使所述夾持裝置夾持所述裝配軸運(yùn)動(dòng)至所述裝配孔上方；

所述運(yùn)動(dòng)計(jì)算模塊將所述運(yùn)動(dòng)軌跡點(diǎn)解析成對(duì)應(yīng)時(shí)間點(diǎn)的關(guān)節(jié)空間下各關(guān)節(jié)角度，并傳送至所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊；

所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)所述工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)并帶動(dòng)所述夾持裝置夾持所述裝配軸運(yùn)動(dòng)至所述裝配孔上方；

所述力控制模塊根據(jù)所述接觸力及所述裝配軸的位置，控制所述工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)使所述裝配軸與所述裝配孔以設(shè)定好的接觸力進(jìn)行接觸，將所述裝配軸順利插入至所述裝配孔中。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸孔裝配工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述力覺傳感器為六維力覺傳感器，能夠檢測(cè)笛卡爾坐標(biāo)系下三個(gè)方向的力和繞三個(gè)方向的力矩。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸孔裝配工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述工業(yè)機(jī)器人還包括示教模塊和軌跡規(guī)劃模塊，所述示教模塊控制所述工業(yè)機(jī)器人在笛卡爾空間和關(guān)節(jié)空間下進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)，直至所述夾持裝置夾持所述裝配軸到達(dá)所述裝配孔正上方，并記錄關(guān)鍵的示教點(diǎn)；所述軌跡規(guī)劃模塊將所述示教點(diǎn)解析成平滑的樣條曲線，再將所述樣條曲線按照時(shí)間點(diǎn)離散化成運(yùn)動(dòng)軌跡點(diǎn)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軸孔裝配工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊包括位置環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)，所述位置環(huán)輸入包括關(guān)節(jié)空間下所述工業(yè)機(jī)器人各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)角度和伺服系統(tǒng)反饋的位置；所述速度環(huán)輸入包括所述位置環(huán)計(jì)算出的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)速度、伺服系統(tǒng)反饋的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和力控制計(jì)算出的速度補(bǔ)償值；所述電流環(huán)輸入包括速度環(huán)計(jì)算出的電流值和伺服系統(tǒng)反饋的電流值。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的軸孔裝配工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述力控制模塊包括接觸單元、搜孔單元及插入單元；

所述接觸單元用于將所述接觸力與設(shè)定好的接觸力做差得出力補(bǔ)償值，并將所述力補(bǔ)償值轉(zhuǎn)化為速度補(bǔ)償值，并將所述速度補(bǔ)償值加載到所述速度環(huán)輸入上，實(shí)現(xiàn)所述接觸力的反饋控制；

所述搜孔單元用于控制所述裝配軸沿X方向和Y方向做搜孔運(yùn)動(dòng)的位置及控制Z方向的接觸力及位置，再由所述力覺傳感器檢測(cè)所述裝配軸與所述裝配工件Z方向的接觸力判斷是否找到正確的裝配孔；

插入單元通過所述力覺傳感器檢測(cè)所述裝配軸與所述裝配工件間產(chǎn)生的XYZ的力矩值判斷姿態(tài)的偏差并作出相應(yīng)的姿態(tài)補(bǔ)償，并控制所述裝配軸的Z向接觸力和位置，以檢測(cè)所述裝配軸的落底狀態(tài)。

6.一種軸孔裝配工業(yè)機(jī)器人的工作方法，其特征在于，包括下述步驟：

步驟A：所述工業(yè)機(jī)器人通過示教及軌跡規(guī)劃生成一系列運(yùn)動(dòng)軌跡點(diǎn)，以使所述夾持裝置夾持所述裝配軸運(yùn)動(dòng)至所述裝配孔上方；

步驟B：所述運(yùn)動(dòng)計(jì)算模塊將所述運(yùn)動(dòng)軌跡點(diǎn)解析成對(duì)應(yīng)時(shí)間點(diǎn)的關(guān)節(jié)空間下各關(guān)節(jié)角度，并傳送至所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊；

步驟C：所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)所述工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)并帶動(dòng)所述夾持裝置夾持所述裝配軸運(yùn)動(dòng)至所述裝配孔上方；

步驟D：所述力控制模塊根據(jù)所述接觸力及所述裝配軸的位置，控制所述工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)使所述裝配軸與所述裝配孔以設(shè)定好的接觸力進(jìn)行接觸，將所述裝配軸順利插入至所述裝配孔中。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的軸孔裝配工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，所述工業(yè)機(jī)器人還包括示教模塊和軌跡規(guī)劃模塊，所述示教模塊控制所述工業(yè)機(jī)器人在笛卡爾空間和關(guān)節(jié)空間下進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)，直至所述夾持裝置夾持所述裝配軸到達(dá)所述裝配孔正上方，并記錄關(guān)鍵的示教點(diǎn)；所述軌跡規(guī)劃模塊將所述示教點(diǎn)解析成平滑的樣條曲線，再將所述樣條曲線按照時(shí)間點(diǎn)離散化成運(yùn)動(dòng)軌跡點(diǎn)。