基于协作机器人的工件疲劳测试方法技术

本发明专利技术提出了一种基于协作机器人的工件疲劳测试方法，包括：搭建疲劳测试平台；将第一工件固定在协作机器人的末端执行器上，计算出末端执行器和第一工件的重力和惯性矩阵；将末端执行器和第一工件的质量和惯量矩阵补偿至机器人控制器；由协作机器人夹持第一工件，通过拖动示教方式将第一工件的轴与第二工件的孔对齐；获取测试时的协作机器人的运行轨迹；将协作机器人的控制方式调整为力位混合控制，根据得到的运行轨迹计算出下一时刻的期望位姿，并进一步计算出期望力矩；协作机器人夹持第一工件重复做疲劳测试实验，通过实时通信接口实时采集各关节的受力力矩。本发明专利技术从控制角度上看实现了主动柔顺，避免了繁琐的专机结构设计，具有通用性。

Fatigue test method of workpiece based on Cooperative robot

The invention proposes a fatigue test method of workpiece based on Cooperative robot, which includes: building a fatigue test platform; fixing the first workpiece on the end actuator of cooperative robot, calculating the gravity and inertia matrix of the end actuator and the first workpiece; compensating the mass and inertia matrix of the end actuator and the first workpiece to the robot controller; clamping by cooperative robot Holding the first workpiece, align the axis of the first workpiece with the hole of the second workpiece by dragging the teaching mode; obtain the running track of the cooperative robot during the test; adjust the control mode of the cooperative robot to force position hybrid control, calculate the expected position and pose of the next moment according to the running track obtained, and further calculate the expected torque; the cooperative robot holds the first workpiece repeatedly The fatigue test experiment is done, and the force moment of each joint is collected in real time through the real-time communication interface. The invention realizes active compliance from the control point of view, avoids tedious special machine structure design, and has universality.

【技术实现步骤摘要】
基于协作机器人的工件疲劳测试方法
本专利技术涉及工业机器人
，特别涉及一种基于协作机器人的工件疲劳测试方法。
技术介绍
在汽车制造和装配领域，大量零部件加工装配完成后需要对其疲劳强度进行测试。例如汽车头枕调节测试，座椅调节测试等等。这种测试需要保证工件测试时受力处于一个合理范围内，目前大都采用专机的方式进行测试，专机给测试工件添加一个运动的同时检测工件的受力，多次往复运动来测试其疲劳性，目的是模仿人手调节的过程。人手是柔性的，而专机往往是刚性的，专机刚性过大带来的问题是：由于工件一致性和加工精度等问题，工件在运动时受到的阻力是不一样的，然而专机的运动轨迹都是一样的，会造成工件误差较大时发生卡死的情况，导致测试失败甚至会损坏工件或者工具。人手的优势在于可以感知力的变化，根据力的大小来改变调节轨迹，从而保持测试过程中工件受力处于一个合理的范围。实际生产中依靠人工来进行疲劳性测试是不现实的。为此，现有的解决方法是在专机上加上浮动装置，使得专机具有一定柔性，这种柔性是依靠机械机构来保证的，例如利用气缸的弹性等，这种柔性也称为被动柔性，是不可控的，因此其应用具有一定柔性。另外一种柔性称为主动柔性，是从控制的角度来说，根据外部环境变化主动地调节装置刚度，实现起来比较复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。为此，本专利技术的目的在于提出一种基于协作机器人的工件疲劳测试方法。为了实现上述目的，本专利技术的实施例提供一种基于协作机器人的工件疲劳测试方法，包括如下步骤：步骤S1，搭建疲劳测试平台，所述疲劳测试平台包括：协作机器人本体、机器人控制器、上位机、末端执行器、第一工件和第二工件，其中，由协作机器人本体的关节内部的力矩传感器采集关节力矩信息；所述上位机与所述协作机器人控制器连接，以采集协作机器人的状态信息，并发送机器人状态控制指令至所述机器人控制器，以由所述机器人控制器对所述协作机器人进行控制；步骤S2，将所述第一工件固定在所述协作机器人的末端执行器上，计算出末端执行器和第一工件的重力和惯性矩阵；步骤S3，将所述末端执行器和第一工件的质量和惯量矩阵补偿至所述机器人控制器；步骤S4，由所述协作机器人夹持所述第一工件，通过拖动示教方式将第一工件的轴与第二工件的孔对齐；步骤S5，获取测试时的协作机器人的运行轨迹；步骤S6，将协作机器人的控制方式调整为力位混合控制，根据得到的运行轨迹计算出下一时刻的期望位姿，并进一步计算出期望力矩；步骤S7，所述协作机器人夹持所述第一工件重复做疲劳测试实验，通过实时通信接口实时采集各关节的受力力矩。进一步，在所述步骤S2中，通过末端执行器和第一工件的CAD三维模型，计算出末端执行器和第一工件的重力和惯性矩阵。进一步，在所述步骤S4中，所述协作机器人将第一工件的轴与第二工件的孔对齐，第二工件水平放置，第一工件在测试时的运动方向是基坐标系中的Z方向，记录下此刻机器人的位姿T1。进一步，在所述步骤S5中，由人手拖动示教得到协作机器人的运行轨迹。进一步，在所述步骤S5中，采用以下规划方法得到协作机器人的运行轨迹：所述协作机器人加减速采用T型加减速，假设加速度为amax，加减速时间为ta，最大线速度为vmax，测试一次的时间为2T，包括下降阶段和上升阶段；下降和上升的速度和位移是对称的，循环测试一次过程中下降阶段的位移为：故下降过程中的期望位姿可以表示成：下降完成后记录下此刻机器人的位姿为T2，那么上升阶段的期望位姿可以表示成：进一步，在所述步骤S6中，通过实时通信接口可以实时采集机器人当前位姿T当前、关节角度q、关节角速度dq和机器人的雅克比矩阵J，根据轨迹规划计算出下一时刻的期望位姿T期望，位姿用一个六维向量Q[x,y,z,α,β,γ]来表示，故位姿差可以表示为：Q差＝Q期望-Q当前，设置机器人笛卡尔空间的刚度矩阵为：Bd＝diag(1000,1000,3000,20,20,20)；设置机器人笛卡尔空间内的阻尼矩阵为：Dd＝diag(20,20,40,5,5,5)；由阻抗方程计算出期望力矩：t期望＝JT(-Bd·Q差-Dd(J·dq))+τcoriolis当B＝diag(3000,3000,3000,200,200,200)时可以将机器人看做是刚性的。进一步，在所述步骤S6中，重复做疲劳测试实验，通过实时通信接口实时采集各关节力矩τq＝[τ1,τ2,τ3,τ4,τ5,τ6]，末端受力为F＝[fx,fy,fz,nx,ny,nz]，两者的关系可以表示为：τq-τ重-τ负载＝JTF，其中，τ重为机器人的重力矩，τ负载为末端执行器和第一工件负载的等效关节力矩，通过公式F＝(J·JT)-1J·(τq-τ重-τ负载)，实时计算出第一工件的受力，判断是否在合理范围内，若整个测试过程都在合理范围内，则判断工件疲劳强度是合格的。根据本专利技术实施例的基于协作机器人的工件疲劳测试方法，利用协作机器人代替传统机器人或者专机来进行测试，避免了繁琐的钻机结构设计，具有通用性。充分利用协作机器人关节内部集成力矩传感器的特点，从控制上实现了主动柔顺控制。采用协作机器人关节内部的力矩传感器，实时采集各关节力矩传感器的值，进一步计算出末端笛卡尔空间的力和力矩。控制方式采用笛卡尔空间的阻抗控制，使得机器人在空间内六个自由度方向上都具有一定柔性，能够使工件顺应约束运动，不至于卡死，导致测试失败，通过利用协作机器人的碰撞检测功能，给笛卡尔空间上各方向受力设定一个阈值，超过阈值时则视为发生碰撞，机器人立即停止。本专利技术解决了由于工件精度和一致性差造成测试过程中卡死或受力过大等问题，通过笛卡尔空间的阻抗控制，使得机器人和人手臂一样具有柔性，从控制角度上看实现了主动柔顺，相对于被动柔顺，其鲁棒性更好，柔顺效果更好，非常适合需要根据力来改变位置的应用场合。另外，其避免了繁琐的专机结构设计，具有通用性。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为根据本专利技术实施例的基于协作机器人的工件疲劳测试方法的流程图；图2为根据本专利技术实施例的基于协作机器人的工件疲劳测试方法的疲劳测试平台示意图；图3为根据本专利技术实施例的机器人控制框架示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。传统工业机器人进行装配具有重复定位精度高，效率高，运动范围大，刚度大的特点，强调快速准确。而协作机器人强调本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于协作机器人的工件疲劳测试方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤S1，搭建疲劳测试平台，所述疲劳测试平台包括：协作机器人本体、机器人控制器、上位机、末端执行器、第一工件和第二工件，其中，由协作机器人本体的关节内部的力矩传感器采集关节力矩信息；所述上位机与所述协作机器人控制器连接，以采集协作机器人的状态信息，并发送机器人状态控制指令至所述机器人控制器，以由所述机器人控制器对所述协作机器人进行控制；/n步骤S2，将所述第一工件固定在所述协作机器人的末端执行器上，计算出末端执行器和第一工件的重力和惯性矩阵；/n步骤S3，将所述末端执行器和第一工件的质量和惯量矩阵补偿至所述机器人控制器；/n步骤S4，由所述协作机器人夹持所述第一工件，通过拖动示教方式将第一工件的轴与第二工件的孔对齐；/n步骤S5，获取测试时的协作机器人的运行轨迹；/n步骤S6，将协作机器人的控制方式调整为力位混合控制，根据得到的运行轨迹计算出下一时刻的期望位姿，并进一步计算出期望力矩；/n步骤S7，所述协作机器人夹持所述第一工件重复做疲劳测试实验，通过实时通信接口实时采集各关节的受力力矩。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于协作机器人的工件疲劳测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，搭建疲劳测试平台，所述疲劳测试平台包括：协作机器人本体、机器人控制器、上位机、末端执行器、第一工件和第二工件，其中，由协作机器人本体的关节内部的力矩传感器采集关节力矩信息；所述上位机与所述协作机器人控制器连接，以采集协作机器人的状态信息，并发送机器人状态控制指令至所述机器人控制器，以由所述机器人控制器对所述协作机器人进行控制；
步骤S2，将所述第一工件固定在所述协作机器人的末端执行器上，计算出末端执行器和第一工件的重力和惯性矩阵；
步骤S3，将所述末端执行器和第一工件的质量和惯量矩阵补偿至所述机器人控制器；
步骤S4，由所述协作机器人夹持所述第一工件，通过拖动示教方式将第一工件的轴与第二工件的孔对齐；
步骤S5，获取测试时的协作机器人的运行轨迹；
步骤S6，将协作机器人的控制方式调整为力位混合控制，根据得到的运行轨迹计算出下一时刻的期望位姿，并进一步计算出期望力矩；
步骤S7，所述协作机器人夹持所述第一工件重复做疲劳测试实验，通过实时通信接口实时采集各关节的受力力矩。


2.如权利要求1所述的基于协作机器人的工件疲劳测试方法，其特征在于，在所述步骤S2中，通过末端执行器和第一工件的CAD三维模型，计算出末端执行器和第一工件的重力和惯性矩阵。


3.如权利要求1所述的基于协作机器人的工件疲劳测试方法，其特征在于，在所述步骤S4中，所述协作机器人将第一工件的轴与第二工件的孔对齐，第二工件水平放置，第一工件在测试时的运动方向是基坐标系中的Z方向，记录下此刻机器人的位姿T1。


4.如权利要求1所述的基于协作机器人的工件疲劳测试方法，其特征在于，在所述步骤S5中，由人手拖动示教得到协作机器人的运行轨迹。


5.如权利要求1所述的基于协作机器人的工件疲劳测试方法，其特征在于，在所述步骤S5中，采用以下规划方法得到协作机器人的运行轨迹...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘凯，庹华，曹华，王皓，韩建欢，于文进，
申请(专利权)人：珞石北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11