[發明專利]用于大型弱剛性結構件裝配的雙機器人協同柔順裝調方法

有效

• 申請號: 202110493634.5
• 申請日: 2021-05-07
• 公開（公告）號: CN113189950B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 田威;王品章;李波;廖文和;梁爽;李宇飛;崔光裕
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 蘇良

本發明提供了一種用于大型弱剛性結構件裝配的雙機器人協同柔順裝調方法，包括：對機器人系統進行機電耦合分析，通過加速度多體系統傳遞矩陣法建立機械子系統的動力學模型，與建立PMSM數學模型相結合，得到裝調機器人機電耦合動力學模型；通過視覺識別支架及安裝面的空間位姿，以機電耦合動力學模型為基礎設計阻抗控制器，結合視覺跟蹤、重力補償、防碰撞機制實現支架的柔順裝調。本發明的柔順裝調方法，裝調柔順性好、響應快，同時通過雙機器人協作實現了多型號支架的自主識別、自動抓取、在線補償與防碰撞處理。柔順性好、響應快，同時通過雙機器人協作實現了多型號支架的自主識別、自動抓取、在線補償與防碰撞處理。

技術領域

本發明屬于大型結構件裝配技術領域，具體涉及用于大型弱剛性結構件裝配的雙機器人協同柔順裝調方法。

背景技術

隨著新一代航空航天產品性能需求逐漸提升，其零部件結構逐漸呈現大尺寸、弱剛性、一體化等加工需求。如大型弱剛性艙體結構件的支架，存在種類多、規格不一、定位面朝向多變的特點，在采用機器人進行自動裝夾及柔順裝調時，需要考慮不同支架的裝夾狀態、重力及重心、安裝面與支架孔位相匹配等因素，并且視覺識別、跟蹤定位、軌跡控制等過程存在不可避免的誤差，同時艙體及支架存在弱剛性特點，為防止裝調過程中發生剛性碰撞損壞零件，需要采用視覺定位、引導與基于力信息的柔順裝調相結合的移動式雙機器人協同裝調方法。

阻抗控制方法是實現柔順控制的主要方式，中國專利“CN109571484A，一種自組裝任務的空間機械臂柔順裝配控制方法”，通過建立艙體-機械臂-底座的封閉鏈結構動力學模型，結合阻抗控制規律，實現空間機械臂穩定可靠完成艙體自組裝任務。中國專利“CN111319042A，一種基于遺忘因子動態參數的機器人柔順裝配控制方法”，采用遺忘因子函數動態改變阻抗控制初始位置值，然后基于阻抗控制獲取機器人末端運動位置。上述兩項專利方案在動力學建模過程中，均沒有考慮電機對機械臂控制的影響，降低了動力學模型的準確性，影響裝調的柔順性。

中國專利“CN109940605A，融合三維視覺與接觸力分析的柔順裝配系統及方法”，通過深度相機將采集的數據轉化為位置信息，規劃裝配路線；結合六維力傳感器采集不同裝配條件下的數據，訓練神經網絡模型并建立映射關系，對裝配過程中的力與力矩進行預測，保障裝調動作的柔順性和準確性。但該方法仍存在不足：采用基于視覺的離線軌跡規劃，忽視了裝調過程中軸孔無法完全匹配及意外碰撞等情況；同時，采用神經網絡計算裝調過程力傳感器數據中重力的影響因素，只能對單一規格產品固定裝夾及安裝姿態進行重力補償。

現有的機器人柔順裝調方法主要是針對固定裝調產品與對象，通過視覺或離線編程的方式確定初始安裝軌跡，結合力傳感器計算裝調接觸力進行柔順控制。但在面對多規格產品、變安裝面且開敞性較差的裝調任務時，會因沒有全程視覺引導及通用的重力補償方法而發生產品與安裝面或環境碰撞的情況，損壞產品。同時，現有的基于動力學的阻抗控制模型多是建立機器人及裝配對象的動力學模型，忽視了機器人電機對控制效果的影響，影響裝配過程的穩定性，嚴重時將導致柔順裝調過程中發生顫振。

發明內容

針對上述背景技術中所指出的現有技術存在的不足，本發明提出一種用于大型弱剛性結構件裝配的雙機器人協同柔順裝調方法。

本發明所采用的技術方案為：

用于大型弱剛性結構件裝配的雙機器人協同柔順裝調方法，采用的雙機器人協同柔順裝調系統包括第一AGV移動平臺和第二AGV移動平臺，所述第一AGV移動平臺上搭載有裝調機器人，所述裝調機器人末端安裝有用于抓住待安裝支架的氣動夾爪，所述氣動夾爪和所述裝調機器人末端法蘭盤間安裝有六維力傳感器；所述第二AGV移動平臺上搭載有視覺跟蹤機器人，所述視覺跟蹤機器人末端安裝有雙目深度相機；

所述雙機器人協同柔順裝調方法包括如下步驟：

步驟S1、對雙機器人協同柔順裝調系統進行機電耦合結構分析，將整個系統分為電氣子系統、傳動子系統和機械子系統，并將電氣子系統和傳動子系統合并作為交流永磁伺服電機傳動系統；