[發明專利]一種基于裝配狀態認知的機器人柔性裝配方法及系統

有效

• 申請號: 202010535627.2
• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN111633657B
• 公開（公告）日: 2021-12-03
• 發明（設計）人: 宋銳;李鳳鳴;付天宇;李貽斌;李國梁
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李圣梅

本公開提出了一種基于裝配狀態認知的機器人柔性裝配方法及系統，包括：傳感系統模塊，實時在線檢測機器人裝配接觸過程中的環境信息；感知系統模塊，接收機器人裝配作業的環境信息并根據機器人的當前運動狀態信息感知出機器人的作業狀態信息；認知系統模塊，基于機器人的作業狀態信息，對當前的裝配狀態通過認知模型進行識別，認知新的裝配狀態并實時更新認知模型中的裝配知識庫，其中，該裝配知識庫中裝配狀態與機械臂動作呈對應映射關系；機器人模塊，執行操作根據識別的狀態映射的機械臂動作，完成裝配。本公開技術方案能對機器人裝配接觸過程中的未知狀態實時在線檢測，認知新的裝配狀態，并實時更新裝配知識庫，指導機器人完成裝配作業。

技術領域

本公開屬于裝配技術領域，尤其涉及一種基于裝配狀態認知的機器人柔性裝配方法及系統。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

目前工業機器人已經廣泛用于裝配行業中，大都采用傳統復雜編程、示教等方法來實現裝配。對于一些軸孔等固定的裝配任務，可以通過指定操作精確的數學模型來實現。但是由于實際機器人裝配環境中在零件定位、機器人運動及傳感信息等各方面存在諸多不確定性，例如插入期間的干擾、位置不確定性、關節齒輪的間隙、整體機構的老化和噪聲等。在常規位置控制機器人裝配對象間的微小偏差可能使裝配對象間不能裝配，也可能破壞裝配對象或周邊設備，甚至導致裝配完全失敗。

發明人在研究中發現，針對這些不確定性，通過對裝配環境的感知認知來實現裝配是一種重要的方法。視覺和力覺信息作為機器人獲得環境信息最重要的來源，在機器人作業過程中被廣泛應用。基于視覺傳感將機器視覺技術獲取工件尺寸、軸孔位置等信息并將其導入機器人，使機器人在開始運動前就能智能識別出目標工件的位置及姿態，工件放置于裝配臺任意位置系統都可完成裝配任務。但這種方法需要提前對相機、機器人進行標定，并且工件位置解算易受光照等環境因素影響。當裝配工件之間發生接觸時，用力傳感器在主動柔順裝配過程中對軸孔接觸力信息進行檢測、采集并分析，與機器人控制系統形成反饋控制系統，通過力位混合控制和阻抗控制來實現裝配，防止被卡住或打破，并補償組件失調。這種方法依賴于對裝配階段的劃分，并對裝配姿態調整階段進行精確的受力分析。還有基于接觸狀態建模的方法，比如雙單元法和螺旋理論，以分解裝配過程，對不同的裝配階段，采用模糊分類器和神經網絡、隱馬爾科夫模型、隨機梯度下降法、引力搜索算法、高斯混合模型的期望最大化等方法進行識別。但是裝配過程的復雜多變性導致接觸狀態種類多樣。

以上這些方法以離線學習為主，構建的接觸狀態認知模型無法識別隨機出現的裝配狀態，并對新的裝配過程無法存儲。

發明內容

為克服上述現有技術的不足，本公開提供了一種基于裝配狀態認知的機器人柔性裝配方法，指導機器人完成裝配作業。

為實現上述目的，本公開的一個或多個實施例提供了如下技術方案：

一方面，公開了一種基于裝配狀態認知的機器人柔性裝配方法，包括：

實時在線檢測機器人裝配接觸過程中的當前的裝配狀態；

對當前的裝配狀態通過認知模型進行識別，認知新的裝配狀態并實時更新認知模型中的裝配知識庫，其中，該裝配知識庫中裝配狀態與機械臂動作呈對應映射關系；

執行操作根據識別的狀態映射的機械臂動作，完成裝配。

另一方面，公開了一種基于裝配狀態認知的機器人柔性裝配系統，包括：

傳感系統模塊，實時在線檢測機器人裝配接觸過程中的環境信息；

感知系統模塊，接收機器人裝配作業的環境信息并根據機器人的當前運動狀態信息感知出機器人的作業狀態信息；