[發明專利]一種自動裝配系統的進給柔順控制系統及方法

有效

• 申請號: 202010215383.X
• 申請日: 2020-03-24
• 公開（公告）號: CN111381613B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 陳桂;李振華;周磊;胡詩羽;王劉銀;束嘉豪;萬其
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: G05D13/62
• 分類號: G05D13/62
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 劉林峰

1.一種自動裝配系統的進給柔順控制系統，其特征在于：包括控制器、電機驅動器、進給電機、編碼器、傳動絲桿、擰緊系統，所述控制器、電機驅動器、進給電機、傳動絲桿和擰緊系統依次連接，所述編碼器設于進給電機上，所述編碼器和電機驅動器連接；

所述控制器的結構包括增量發生器、目標位置、位置調節器和參數配置，所述增量發生器和目標位置連接，用于產生目標位置，所述增量發生器根據目標位置和編碼器的差值對目標位置進行調整，所述位置調節器連接目標位置，用于進給電機的位置控制，所述參數配置用于配置進給電機驅動器中的飽和值。

2.根據權利要求1所述的一種自動裝配系統的進給柔順控制系統，其特征在于：所述控制器和電機驅動器通過現場總線連接。

3.根據權利要求1所述的一種自動裝配系統的進給柔順控制系統，其特征在于：所述位置調節器為比例調節器，允許位置控制在進給過程中有偏差。

4.根據權利要求1所述的一種自動裝配系統的進給柔順控制系統，其特征在于：所述電機驅動器的結構包括速度控制、飽和值和電流控制，所述位置調節器連接速度控制，用于通過現場總線向速度控制輸出，所述速度控制、飽和值和電流控制依次連接，所述飽和值和參數配置連接，飽和值接收控制器通過現場總線傳輸來的值并通過參數配置進行大小配置，用于限制速度控制的輸出幅值，即限制進給電機輸出力矩的最大值，再將該最大值輸出到電流控制。

5.一種自動裝配系統的進給柔順控制方法，其特征在于：具體步驟如下：

(1)設增量發生器每次增量為Δθ，每次增量最大閾值為Δθ_max，即Δθ≤Δθ_max，目標位置為θ_goal，編碼器值為θ_act，控制器采樣周期為T，目標位置θ_goal在每個采樣周期進行積分計算，來控制進給電機以Δθ/T的角速度進行旋轉，最大旋轉速度為Δθ_max/T，Δθ_max依據實際系統的進給最大允許速度進行選取；目標位置θ_goal在每個采樣周期的目標位置的計算公式為：

θ_goal＝θ_act+Δθ；

(2)在控制過程中，存在兩種工作情況：

1)當進給阻力矩小于等于飽和值，此時的進給電機角速度為Δθ/T，進給電機實際輸出扭矩為實際需要的扭矩；

2)當進給阻力矩大于飽和值，此時的進給電機的進給角速度為實際需要的進給角速度，進給電機的輸出扭矩為設定的飽和值；

(3)接觸控制：

1)選取進給電機額定扭矩的一個值進行配置電機驅動器飽和值，選取原則是：保證進給電機能夠推動擰緊系統向前進給的最小值；此時，目標位置的計算公式在步驟(2)中的工作情況1)中；

2)選取合適的Δθ，選取原則為選取該值可避免擰緊系統對螺栓進行接觸時產生較大沖擊；

3)通過采樣周期計算公式計算目標位置θ_goal，并根據目標位置θ_goal控制進給電機轉動；

4)判斷進給電機是否停止轉動，停止轉動時，判定待裝配螺栓與螺紋孔已經接觸；

(4)擰緊進給控制：

1)以保證擰緊系統和螺栓可靠接觸為準則配置進給電機驅動器飽和值，此時，目標位置的計算公式在步驟(2)中的工作情況2)中；

2)通過采樣周期計算公式計算目標位置θ_goal，并根據目標位置θ_goal控制進給電機轉動；

3)進給電機轉動向擰緊系統送出擰緊的信號；

4)判斷進給電機是否停止轉動，停止轉動時，判定待裝配螺栓與螺紋孔已經完成擰緊操作。

6.根據權利要求5所述的一種自動裝配系統的進給柔順控制方法，其特征在于：所述步驟(3)和步驟(4)中判斷進給電機停止轉動的判別方法為，當目標位置θ_goal在若干采樣周期不變化時，判斷進給電機停止轉動。