[發明專利]基于操作意圖識別的變導納輔助大部件裝配方法及系統

有效

• 申請號: 202111118004.6
• 申請日: 2021-09-24
• 公開（公告）號: CN113568313B
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發明（設計）人: 田威;沈燁;段晉軍;王品章;劉明軒
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 南京泰普專利代理事務所(普通合伙) 32360
• 代理人: 張帆

1.基于操作意圖識別的變導納輔助大部件裝配方法，其特征在于包括如下步驟：

步驟S1、選擇當前裝配模式；

步驟S2、在機器人初始運動階段，選擇當前裝配模式為有軌約束模式；

步驟S3、機器人進入裝配空間運動時，選擇當前裝配模式為自由拖拽模式；

步驟S4、對人類操作意圖進行邏輯識別并分類；

步驟S4對人類操作意圖進行邏輯識別并分類的判斷邏輯包括：

若且，則人類意圖是加速；

若，則人類意圖是靜止；

剩余情況，若，則人類意圖是減速；若，則人類意圖是停止；

其中為上一采樣時刻的機器人末端速度，為上一采樣時刻的機器人末端加速度，為操作員施加的拖拽力；

步驟S5、根據步驟S4中的分類，順應操作平滑度要求，優化定導納控制模型，得到變導納控制模型；

步驟S5中所述變導納控制模型表達式如下：

式中，表示有效虛擬質量，表示有效虛擬阻尼；

通過引入步驟S4中人類操作意圖識別，結合系統對拖拽平滑度的要求，對導納系數進行分類設置；

靜止操作意圖時，導納系數設置如下：

式中，表示虛擬阻尼的默認值，表示虛擬質量的默認值；

加速操作意圖時，導納系數設置如下：

式中，用來控制虛擬阻尼的變化速率；為設置的虛擬阻尼理想變化區域邊緣最小值，r表示當前時刻有效虛擬阻尼與默認虛擬阻尼之比，即；為可調節方程；

減速操作意圖時，導納系數設置如下：

式中，用來控制虛擬阻尼的變化速率；為設置的虛擬阻尼理想變化區域邊緣最大值；為可調節方程；

停止操作意圖時，導納系數設置如下：

式中，為選定虛擬質量、且；

步驟S6、考慮導納系數對控制的影響，通過實驗標定方法確定步驟S5所建模型中各參數值；

步驟S6中實驗標定的過程進一步包括：

步驟S6-1、建立六組坐標軸，分別對應機器人末端運動的X、Y、Z、A、B、C軸，橫軸設置為虛擬阻尼c，縱軸設置為虛擬質量與虛擬阻尼的比值；

步驟S6-2、標定機器人X軸，選取虛擬阻尼值為a1，后由大到小選取的值，帶入定導納控制方程，關閉機器人除X軸以外的其它軸向運動，找到外力拖拽X軸方向時使機器人發生臨界抖動的橫縱坐標值，記錄下第一點；

步驟S6-3、選取虛擬阻尼值為a2，a2＞a1，重復步驟S6-2的過程，記錄下第二點；

步驟S6-4、重復步驟S6-1至步驟S6-3，記錄至少10個點，將各點相連成線，記為標定線，即完成機器人X軸實驗標定；

步驟S6-5、重復步驟S6-2至步驟S6-4，完成其余Y、Z、A、B、C軸的標定過程；

獲得機器人六軸實驗標定圖后，變導納控制模型中各系數選取規則如下：

對有效虛擬阻尼中的和進行計算：

式中，與是在實驗標定圖中設置的虛擬阻尼理想變化區域的最小值與最大值；為根據實驗具體需求設定的最大加速度，配合與的應用，限制機器人移動加速度不超過的值以保障加速階段的安全，直接抑制系統慣性；

在實驗標定圖中，存在當虛擬阻尼小于預定值時抖動區域面積會急速變大的情況，選擇該臨界值為，用以確定范圍的邊界，并選擇，進而為約束導納系數值一直處在穩定區域提供基準；

在標定圖中抖動區域面積變化較平緩的區段內，選擇較靠近縱軸的虛擬阻尼值為默認值，；

在所在橫軸位置畫豎線，與標定線相交于Q點，過Q點做縱軸的垂線，與所在橫軸位置豎線相交于O點，選擇O點為默認點，即默認點坐標為，由此得虛擬質量的默認值；

標記標定線在時的縱坐標值為，選擇該縱坐標值偏上的坐標點，確定值；

步驟S7、將步驟S6中各參數值帶入步驟S5的變導納控制模型得到變導納控制方程，分析變導納控制特性；

步驟S8、對力傳感器信號值進行重力補償后，獲得施加外力值，輸入至步驟S7中變導納控制方程，得到機器人末端理論運動信息，包括理論位移值、理論速度值與理論加速度值；

步驟S9、根據自由拖拽模式的設置，得到自由拖拽模式下的機器人末端實際運動信息，包括實際位移值、實際速度值與實際加速度值；

步驟S10、當機器人在裝配點附近準備裝配時，選擇當前裝配模式為無軌約束模式；

步驟S11、重復步驟S4-S8，根據無軌約束模式的設置，得到無軌約束模式下的機器人末端實際運動信息，包括實際位移值、實際速度值與實際加速度值；

步驟S12、根據機器人的安全工作空間，建立虛限位壁來限制拖拽范圍；

步驟S13、拖拽過程中時刻監測機器人當前時刻位姿信息，以判斷是否超出虛限位壁范圍。