[發明專利]一種基于六維力感知的低應力裝調系統及方法

在審

• 申請號: 202010177310.6
• 申請日: 2020-03-13
• 公開（公告）號: CN111531530A
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發明（設計）人: 王海元;韓建超;趙帆;李德勇;高鵬;汪龍;曾婷
• 申請（專利權）人: 北京衛星制造廠有限公司
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 陳鵬

一種基于六維力感知的低應力裝調系統及方法，通過提前計算裝配軌跡，利用六維力感知時時反饋裝配體裝配軌跡動態并校準路徑，達到以六維力感知進行裝配體拼接、擴展、到位鎖定的目的，能夠自主調整裝配體軌跡姿態，完成裝配作業，解決了傳統裝配技術中依靠標定路徑或人為判定容易出現的裝配精度較低、難以完整裝配到位的問題，結構穩定，裝配精度更高。

技術領域

本發明涉及一種基于六維力感知的低應力裝調系統及方法，屬于裝備及通 用機械領域。

背景技術

基于六維力感知裝調工藝具備超低應力、較高測量精度和超快的響應時間， 適用于航空、航天、交通、船舶、國防等領域大型裝配體拼接、擴展、到位的 工藝方法，本發明特別適用于航天器空間在軌自主交會對接作業，在此工藝實 施全流程中，可控制裝配全過程中最低裝配應力，避免裝配體發生摩擦、擠壓、 碰撞等應力過大引起的裝配事故發生。本工藝方法使用的機械臂是KR 150R3100prime型工業機械臂，具有路徑規劃可自主作業，手持器人工操控作 業兩種模式。使用ATI Mini58 SI-2800-120型號六維力傳感器，該傳感器靈敏 度高、耦合誤差低、單向線性好、響應時間短，對空間裝配體運動位置感知模 擬，時時測量位置、反饋操控終端，操控終端數據處理、矯正軌跡、發送指令、 從而時時矯正裝配路徑，避免在裝配全流程中過應力發生。

為適應航空、航天、交通、船舶、國防等領域大型裝配體間拼接、擴展， 到位鎖定，傳統裝配技術，費時費力操作到位精度誤差大，依靠標定路徑或人 為判定，不能有效丈量裝配是否到位，不能精確測量到位力值力矩。特別在航 天器空間交會對接時，靠標定和規劃好的路徑，不能時時檢測航天器在軌運行 軌跡，不能提前排除運行軌跡中存在的干涉、摩擦、碰撞。傳統裝配工藝方法 既不能精確確定力值，也不能準確確定力矩，大大增加了裝配中過應力導致的 災難性事故發生。

發明內容

本發明解決的技術問題是：針對目前現有技術中，傳統裝配技術僅依靠標 定路徑或人為判定，裝配精度較低且難以完整裝配到位的問題，提出了一種基 于六維力感知的低應力裝調系統及方法。

本發明解決上述技術問題是通過如下技術方案予以實現的：

一種基于六維力感知的低應力裝調系統，包括計算控制終端模塊、機械臂 控制器、機械臂、六維力感知模塊、末端執行器、裝配空間，其中：

六維力感知模塊：在裝配元件于裝配空間內的裝配過程中，實時測量裝配 元件與裝配空間接觸位置三維力數據信息及三維力矩數據信息，將所得信息發 送至計算控制終端模塊；

計算控制終端模塊：根據裝配任務需求向機械臂控制器發送預設控制指令， 同時接收六維力感知模塊發送的三維力數據信息及三維力矩數據信息，并于裝 配元件裝配過程中根據所得數據信息進行裝配階段狀態實時檢測，若當前裝配 階段裝配狀態滿足當前裝配階段裝配條件，則繼續向機械臂控制器發送預設控 制指令，否則重新設定新的軌跡調整指令并發送至機械臂控制器；

機械臂控制器：接收計算控制終端模塊發送的預設控制指令，根據該控制 指令控制機械臂實施裝配元件的裝配，若接收到計算控制終端模塊發送的軌跡 調整指令，則根據軌跡調整指令對速度、位姿、軌跡進行調整并繼續實施裝配；

機械臂：在機械臂控制器的控制下實施對裝配元件的裝配；

六維力感知模塊：對裝配元件與裝配空間接觸位置的三維力數據信息及三 維力矩數據信息進行測量，并將所得測量信息發送至計算控制終端模塊；

裝配空間：根據裝配任務需求與裝配元件匹配設置。

所述機械臂末端設置有機械臂末端執行器，通過機械臂帶動并用于抓取裝 配產品并于裝配空間上進行裝配。

所述六維力感知器安裝于機械臂與機械臂末端執行器之間，對裝配元件與 裝配空間接觸位置的三維力及力矩進行實時監測。