[發明專利]一種基于觸覺與聽覺的機械臂柔性裝配方法

有效

• 申請號: 201911135175.2
• 申請日: 2019-11-19
• 公開（公告）號: CN110695999B
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 蔣奇;劉福香
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J19/02
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 武博

本發明公開了一種基于觸覺與聽覺的機械臂柔性裝配方法，它解決了現有技術中控制參數較為單一、難以實現精密產品的高質量的裝配需求的問題，其綜合機械臂的觸覺信息和聽覺信息可以實現更精確、更高質量的柔性裝配過程。其技術方案為：包括以下步驟：進行標準制定實驗，得到接觸力矩陣、位置矩陣、響度向量、銳度向量四個參量，以及各參量的允許誤差矩陣和向量；根據接觸力矩陣、位置矩陣計算其二階阻抗控制模型的最佳控制參數矩陣；在裝配過程中實時監測四個參量的數值是否滿足允許的誤差范圍以及接觸力與位置參量是否滿足其阻抗控制模型，并反饋至控制中心進行實時調整。

技術領域

本發明涉及裝配技術領域，尤其涉及一種基于觸覺與聽覺的機械臂柔性裝配方法。

背景技術

當前，機械裝配已逐步代替人工裝配。然而，機械裝配過程中機械臂與環境之間的接觸力尤為重要，過大可能會導致零部件破損，過小則可能導致裝配產品質量不合格。同時，機械臂與環境之間的相對位置也很關鍵，將直接影響裝配產品的質量。

已有許多專家提出通過控制機械臂與環境之間的接觸力或位置(觸覺)來操作機械臂進行柔性裝配，使得機械臂能夠像人一樣根據接觸環境靈活調整作用力與位姿，與作用對象保持彈性接觸，從而提高裝配合格率。發明人發現，僅依靠機械臂的觸覺信息來進行柔性裝配的方法使用的控制參數較為單一，難以實現精密產品的高質量的裝配需求。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供了一種基于觸覺與聽覺的機械臂柔性裝配方法，其綜合機械臂的觸覺信息和聽覺信息可以實現更精確、更高質量的柔性裝配過程。

本發明采用下述技術方案：

一種基于觸覺與聽覺的機械臂柔性裝配方法，包括以下步驟：

進行標準制定實驗，得到接觸力矩陣、位置矩陣、響度向量、銳度向量四個參量，以及各參量的允許誤差矩陣和向量；

根據接觸力矩陣、位置矩陣計算其二階阻抗控制模型的最佳控制參數矩陣；

在裝配過程中實時監測四個參量的數值是否滿足允許的誤差范圍以及接觸力與位置參量是否滿足其阻抗控制模型，并反饋至控制中心進行實時調整。

進一步的，在機械臂上安裝力傳感器、垂直陀螺儀和聲音傳感器，并進行多次機械臂裝配實驗，選取裝配成功的n次實驗，其中，n大于100。

進一步的，裝配成功的每次實驗中，由力傳感器和垂直陀螺儀采集的數據得到接觸力矩陣、位置矩陣，由聲音傳感器采集的數據得到響度向量與銳度向量。

進一步的，分別將n次實驗的接觸力矩陣和位置矩陣代入機械臂的二階阻抗控制模型：

其中，M_d表示目標慣性矩陣，C_d表示阻尼矩陣，K_d表示剛度矩陣，F_e表示接觸力矩陣，X_e表示位置矩陣，X_d表示理想位置；取n次實驗中位置矩陣的均值。

進一步的，基于M_d、C_d、K_d參量的基本初值M_d0、C_d0、K_d0進行經驗調節，然后對n次實驗中調節后的M_d0、C_d0、K_d0分別取均值，得到機械臂的二階阻抗控制模型的最佳參數矩陣M_d、C_d、K_d，最佳模型為標準二階阻抗控制模型M(M_d，C_d，K_d)。