[發(fā)明專(zhuān)利]用于大型弱剛性結(jié)構(gòu)件裝配的雙機(jī)器人協(xié)同柔順裝調(diào)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110493634.5
• 申請(qǐng)日: 2021-05-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113189950B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田威;王品章;李波;廖文和;梁爽;李宇飛;崔光裕
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G05B19/418
• 分類(lèi)號(hào): G05B19/418
• 代理公司: 南京鐘山專(zhuān)利代理有限公司 32252
• 代理人: 蘇良

1.用于大型弱剛性結(jié)構(gòu)件裝配的雙機(jī)器人協(xié)同柔順裝調(diào)方法，其特征在于，采用的雙機(jī)器人協(xié)同柔順裝調(diào)系統(tǒng)包括第一AGV移動(dòng)平臺(tái)(1)和第二AGV移動(dòng)平臺(tái)(7)，第一AGV移動(dòng)平臺(tái)(1)上搭載有裝調(diào)機(jī)器人(2)，裝調(diào)機(jī)器人(2)末端安裝有用于抓住待安裝支架(8)的氣動(dòng)夾爪(4)，氣動(dòng)夾爪(4)和裝調(diào)機(jī)器人(2)末端法蘭盤(pán)間安裝有六維力傳感器(3)；第二AGV移動(dòng)平臺(tái)(7)上搭載有視覺(jué)跟蹤機(jī)器人(6)，視覺(jué)跟蹤機(jī)器人(6)末端安裝有雙目深度相機(jī)(5)；

所述雙機(jī)器人協(xié)同柔順裝調(diào)方法包括如下步驟：

步驟S1、對(duì)雙機(jī)器人協(xié)同柔順裝調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)電耦合結(jié)構(gòu)分析，將整個(gè)系統(tǒng)分為電氣子系統(tǒng)、傳動(dòng)子系統(tǒng)和機(jī)械子系統(tǒng)，并將電氣子系統(tǒng)和傳動(dòng)子系統(tǒng)合并作為交流永磁伺服電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)；

步驟S2、建立交流永磁伺服電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)Clarke變換，將包括電機(jī)電壓、電機(jī)電流的三相正交交流量轉(zhuǎn)換為兩相正交交流量；

步驟S3、再Park變換，將兩相正交交流量轉(zhuǎn)換為兩相正交直流量；

步驟S4、通過(guò)步驟S2和S3確定輸出扭矩與定子電流的關(guān)聯(lián)關(guān)系，并獲得三相交流永磁伺服電機(jī)數(shù)學(xué)模型，確定電機(jī)電流與輸出扭矩之間的關(guān)系；

步驟S5、將機(jī)械子系統(tǒng)分解為包括移動(dòng)平臺(tái)、連桿、關(guān)節(jié)和末端的多體系統(tǒng)，并根據(jù)各部分自然屬性，分為“體”元件和“鉸”元件，并建立拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；

步驟S6、求解機(jī)械子系統(tǒng)“體”元件與“鉸”元件各部件傳遞矩陣和傳遞方程，通過(guò)固定機(jī)器人姿態(tài)下的系統(tǒng)邊界條件，求解系統(tǒng)特征方程，得到系統(tǒng)未知狀態(tài)變量及邊界點(diǎn)狀態(tài)矢量，獲得機(jī)械子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)傳遞方程；在機(jī)械子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)傳遞方程的基礎(chǔ)上，結(jié)合參數(shù)識(shí)別、系統(tǒng)的邊界條件，求解機(jī)械子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程；

步驟S7、將步驟S4的三相交流永磁伺服電機(jī)數(shù)學(xué)模型帶入機(jī)械子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程中，獲得裝調(diào)機(jī)器人系統(tǒng)機(jī)電耦合動(dòng)力學(xué)模型；

步驟S8、完成六維力傳感器(3)、氣動(dòng)夾爪(4)的空間位置標(biāo)定及手眼標(biāo)定；

步驟S9、對(duì)六維力傳感器(3)進(jìn)行零點(diǎn)標(biāo)定及濾波處理；

步驟S10、通過(guò)視覺(jué)跟蹤機(jī)器人(6)對(duì)待安裝支架(8)進(jìn)行掃描定位，確定待安裝支架(8)空間位置，將空間位置經(jīng)過(guò)雙機(jī)器人當(dāng)前空間位置轉(zhuǎn)換后發(fā)送給裝調(diào)機(jī)器人(2)，完成對(duì)待安裝支架(8)的自動(dòng)識(shí)別與裝夾；

步驟S11、在裝調(diào)機(jī)器人(2)夾持待安裝支架(8)后，采集機(jī)器人6組重力標(biāo)定姿態(tài)下的機(jī)器人位姿和六維力傳感器(3)的讀數(shù)，通過(guò)空間轉(zhuǎn)換求得氣動(dòng)夾爪(4)及待安裝支架(8)的重力和重心；

步驟S12、經(jīng)步驟S11計(jì)算得到當(dāng)前氣動(dòng)夾爪(4)及待安裝支架(8)的重力和重心后，通過(guò)視覺(jué)識(shí)別安裝面的空間位置及安裝姿態(tài)，按照步驟S10中的空間位置轉(zhuǎn)換方法，將待安裝支架(8)的安裝位置及姿態(tài)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后發(fā)送給裝調(diào)機(jī)器人(2)；

步驟S13、裝調(diào)機(jī)器人(2)夾持待安裝支架(8)進(jìn)行裝調(diào)的過(guò)程包括定位與姿態(tài)調(diào)整過(guò)程、預(yù)接觸過(guò)程及柔順裝調(diào)過(guò)程；

在定位與姿態(tài)調(diào)整過(guò)程中，裝調(diào)機(jī)器人(2)根據(jù)步驟S12中的待安裝支架(8)的安裝位置及姿態(tài)，在進(jìn)入預(yù)接觸過(guò)程前達(dá)到安裝位置L，并完成安裝姿態(tài)的調(diào)整；

在預(yù)接觸過(guò)程中，降低機(jī)器人當(dāng)前運(yùn)行速度，并開(kāi)啟柔順控制功能；

在柔順裝調(diào)過(guò)程中，利用步驟S7中得到的裝調(diào)機(jī)器人系統(tǒng)機(jī)電耦合動(dòng)力學(xué)模型，設(shè)計(jì)阻抗控制器，并以步驟S12中得到的安裝位姿為期望位姿，通過(guò)阻抗控制方式實(shí)現(xiàn)柔順裝調(diào)；

在預(yù)接觸過(guò)程和柔順裝調(diào)過(guò)程中，根據(jù)步驟S11求得的氣動(dòng)夾爪(4)及待安裝支架(8)的重力和重心，進(jìn)行實(shí)時(shí)重力補(bǔ)償，消除氣動(dòng)夾爪(4)及待安裝支架(8)的重力對(duì)裝調(diào)柔順控制的影響；

在裝調(diào)機(jī)器人(2)夾持待安裝支架(8)進(jìn)行裝調(diào)的整個(gè)過(guò)程中，采用視覺(jué)跟蹤機(jī)器人(6)進(jìn)行全程跟蹤、預(yù)判，保證裝調(diào)機(jī)器人(2)平穩(wěn)有序的完成支架柔順裝調(diào)；

步驟S14、除步驟S13中的視覺(jué)跟蹤進(jìn)行防碰撞外，在進(jìn)入預(yù)接觸過(guò)程后，還為六維力傳感器(3)設(shè)置各方向上的最大接觸力閾值，當(dāng)超過(guò)閾值后則停止機(jī)器人當(dāng)前動(dòng)作，并朝著力減小的方向進(jìn)行調(diào)整，直至六維力信息小于設(shè)置的閾值；同時(shí)，還設(shè)置單向力瞬間改變值閾值，當(dāng)某一方向發(fā)生單向力信息瞬間變化超過(guò)瞬間改變閾值，則機(jī)器人急停；

步驟S15、在保證步驟S12至S14順利執(zhí)行的前提下，當(dāng)裝調(diào)機(jī)器人(2)達(dá)到期望安裝位置和姿態(tài)，六維力信息達(dá)到期望力信息后，則完成當(dāng)前待安裝支架(8)的柔順裝調(diào)；當(dāng)安裝新的支架時(shí)，則重復(fù)步驟S10至S15，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同形狀、大小及安裝面的支架的自動(dòng)化柔順裝調(diào)。