[發明專利]基于赫茲彈性模型的機器人主動力柔順銷孔對接裝配方法

有效

• 申請號: 201710840223.2
• 申請日: 2017-09-18
• 公開（公告）號: CN107553492B
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發明（設計）人: 董愨;萬畢樂;易旺民;衛月娥;杜瑞兆;楊春生;徐波濤;張立建;程越;李慶輝;樊志國;孟少華;胡瑞欽
• 申請（專利權）人: 北京衛星環境工程研究所
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于赫茲彈性模型的機器人主動力柔順銷孔對接裝配方法，該方法根據力柔順控制方式進行機器人主動力柔順銷孔的自動對接，機器人在導向銷孔的導引下，將被安裝設備或艙板安裝面與被安裝面貼合，該改進的力柔順控制方式是在阻抗力柔順控制方式上增加了彈性接觸數學模型和摩擦模型進行控制的。本發明通過增加數學模型，將力傳感器信息和機器人末端位姿信息進行校正，使反饋到控制器的系統反饋量更精確，解決了航天器裝配中大型儀器設備及艙板的力柔順安裝問題，提高裝配質量和裝配效率。

技術領域

本發明屬于航天器自動化裝配技術領域，具體涉及一種基于赫茲彈性模型的機器人主動力柔順銷孔對接裝配方法。

背景技術

航天器總裝工作中，大型儀器設備和艙板的安裝已越發依賴于大負載工業機器人，在其工作過程中要求末端具有力柔順能力，從而保證設備、艙板、星體結構的安全。

目前大型儀器設備和艙板的自動化安裝在對接結構上一般采用兩個安裝面分別布置定位銷和定位孔，利用銷孔配合定位的方式，在控制方式方面采用力柔順控制方法(阻抗控制或其簡化形式)，該方法的控制效果除了算法控制參數的影響外，從力傳感器得到的反饋力信息對接觸狀態描述的準確度也是重要的影響因素。

傳統的阻抗控制算法(及其簡化形式)將定位銷和定位孔簡化為兩個光滑的剛體，就可以適用于中小型儀器設備的自動化安裝，而大型設備和艙板由于本身尺寸較大，彈性接觸和摩擦等問題會引起尺寸更大而被放大，影響裝配效果和安全性，本發明針對該問題，將大型設備和艙板裝配過程中，對接銷和對接孔之間的接觸和摩擦考慮到控制算法中，以赫茲模型描述銷孔間的彈性接觸，以庫倫摩擦模型描述銷孔間的摩擦力，使原有的機器人力柔順裝配算法能夠適應更大尺寸設備的裝配工作。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明的目的是提供一種基于赫茲彈性模型的機器人主動力柔順銷孔對接裝配方法，解決機器人進行航天器大型設備及艙板安裝中，傳統的力柔順控制效果無法滿足安全平穩裝配要求的問題。

本發明是通過如下技術方案實現的：

基于赫茲彈性模型的機器人主動力柔順銷孔對接裝配方法，包括如下步驟：

1)將工業機器人通過以太網網線與控制計算機進行電連接，被安裝設備或艙板通過連接工裝設置到工業機器人末端，機器人末端和被安裝設備或艙板之間設置六維力傳感器；

2)控制計算機獲得六維力傳感器的數據并根據力柔順控制方式對機器人的運動狀態進行實時控制；

3)根據裝配任務，控制計算機獲得對接銷和對接孔分別的制造材料，并根據預先保存的設計手冊確定材料的彈性模量和泊松比；根據對接銷和對接孔的尺寸確定定位銷頭的曲率半徑；

4)進行裝配粗定位，使用機器人示教器將被安裝設備或艙板靠近被安裝位置，手動調節機器人末端位姿，盡量對正安裝位置；

5)控制計算機根據力柔順控制方式進行自動對接，機器人在導向銷孔的導引下，將被安裝設備或艙板安裝面與被安裝面貼合；

6)手動拆除導向銷，換裝緊固件，被安裝設備或艙板安裝；

其特征在于，所述力柔順控制方式為：在阻抗力柔順控制方式上增加了彈性接觸數學模型和摩擦模型。

其中，阻抗力柔順控制方法建立了機器人末端運動方式和末端接觸力之間的非線性聯系，末端接觸力通過六維力傳感器測得，將末端接觸力和機器人在當前控制周期的運動狀態作為輸入，通過力柔順控制器計算得到機器人在下一控制周期的期望運動狀態，將其發送給機器人關節控制器，機器人關節控制器再控制機器人實現這些期望的運動狀態，從而完成一個控制周期內的力柔順控制，每個控制周期都進行這一過程，從而得到完整的力柔順控制過程。