【技术实现步骤摘要】
基于力位状态映射模型的机器人过盈轴孔装配方法和装置
本申请涉及机器人自动化装配
，尤其涉及一种基于力位状态映射模型的机器人过盈轴孔装配方法和装置。
技术介绍
随着机器人技术的快速发展，机器人逐渐在机械制造行业的各个领域内取得更加广泛的应用。在机械制造行业中，装配任务是不可或缺的一环。为解决装配自动化的需求，机器人装配技术成为时下技术研究热点。轴孔装配是机械制造行业中最普遍、最简单的一种任务形式，关于使用机器人装配技术完成间隙配合的轴孔装配任务的研究已相对成熟，但是使用机器人装配技术完成过盈配合的轴孔装配任务的研究并不完善。针对轴孔装配问题，通用的技术路径之一是通过力传感器检测装配力学信号，通过力控技术实现轴孔装配任务。基于力控的技术路径解决轴孔装配问题的方法有两种：基于模型的方法与不基于模型的方法。基于模型的方法包括，主动柔顺控制与被动柔顺机构等。相关技术中，普遍以间隙轴孔装配为研究对象，基于模型的方法与不基于模型的方法均有所涉及。然而，相关技术中的前提条件是轴孔配合性质为间隙配合。对于过盈轴孔装配任务...
【技术保护点】
1.一种基于力位状态映射模型的机器人过盈轴孔装配方法，其特征在于，包括以下步骤：/n构建过盈轴孔的机器人装配系统；/n建立轴孔相对位姿与交互作用力的状态映射模型；/n通过所述机器人装配系统中的力传感器信号获取当前交互作用力；/n根据所述状态映射模型和所述当前交互作用力获取轴孔相对位姿的当前状态，并根据所述当前状态确定系统控制器的控制方向，根据所述控制方向和所述系统控制器的控制参数，进行过盈轴孔装配。/n
【技术特征摘要】 【专利技术属性】
1.一种基于力位状态映射模型的机器人过盈轴孔装配方法，其特征在于，包括以下步骤：
构建过盈轴孔的机器人装配系统；
建立轴孔相对位姿与交互作用力的状态映射模型；
通过所述机器人装配系统中的力传感器信号获取当前交互作用力；
根据所述状态映射模型和所述当前交互作用力获取轴孔相对位姿的当前状态，并根据所述当前状态确定系统控制器的控制方向，根据所述控制方向和所述系统控制器的控制参数，进行过盈轴孔装配。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述机器人装配系统，包括：力传感器、力传感器信号放大器、力传感器数据采集卡、机器人、机器人控制器、系统控制器、圆孔、圆轴、轴夹持器和孔夹持器；所述圆孔与所述圆轴配合性质为过盈配合，所述构建过盈轴孔的机器人装配系统，包括；
所述机器人基座固定在台面，所述机器人的末端与所述轴夹持器固定连接，所述轴夹持器夹持待装配轴；
所述力传感器下端与所述台面固定连接，所述力传感器上端与所述孔夹持器固定连接，所述孔夹持器夹持待装配孔；
所述力传感器信号经所述力传感器信号放大器、所述力传感器数据采集卡，上载至所述系统控制器；
所述系统控制器的控制指令经所述机器人控制器发送到所述机器人。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立轴孔相对位姿与交互作用力的状态映射模型，包括：
所述状态映射模型中，轴的半径为r，孔与轴配合的内半径为R，配合性质为过盈，孔的外半径为R1，孔的深度为L，孔坐标系的原点定义于孔上端面的圆心处，X轴方向与力传感器的X轴方向相同，Y轴方向与力传感器的Y轴方向相同，Z轴方向与力传感器的Z轴方向相同，Z轴方向同时也是孔的轴线方向；
在轴与孔接触区域进行积分，获得特定轴孔相对位姿对应的交互作用力；
获取力传感器的检测数据作为施加在孔底部端面中心的力与力矩，以孔为对象进行受力分析，以孔的底部端面中心为分析的等效点，将所有接触位置的应力积分后等效为作用在孔的底部端面中心的力与力矩，获取轴孔相对位姿与交互作用力的初始状态映射模型；
对所述初始状态映射模型进行简化处理，获取所述状态映射模型。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，机器人的位姿控制采用双闭环控制框架，所述机器人执行位置闭环，所述机器人在广义导纳控制器的控制下执行力闭环；
广义导纳控制率为：
其中，xrfr为装配过程中轴的参考位姿，为xrfr的一阶导数，为xrfr的二阶导数，Md，Dd，Kd为所述广义导纳控制器的控制参数，A为所述广义导纳控制器的方向控制矩阵，xd为所述广义导纳控制器输出的期望参量，为xd的一阶导数，为xd的二阶导数，Fext为装配过程中，轴孔变形导致的应力在孔端面底部的等效力向量，Frfr为依据轴孔的标称尺寸，按照参考位姿xrfr计算获得的参考力。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
当孔的位置并非水平放置时，或者当孔自身也处于运动状态中时，对所述力传感器信号获取当前交互作用力进行调整处理。
技术研发人员：吴丹，盖宇航，郭九明，张继文，陈恳，徐静，王国磊，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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