一种多机械臂力位耦合协同控制方法和焊接方法技术

本发明专利技术提供了一种多机械臂力位耦合协同控制方法和焊接方法，焊接方法包括

【技术实现步骤摘要】
一种多机械臂力位耦合协同控制方法和焊接方法


[0001]本专利技术属于多机械臂协同控制
，涉及一种多机械臂力位耦合协同控制方法；同时还涉及一种多机械臂协同的焊接方法。

技术介绍

[0002]在对批量工件进行拼装焊接的过程中，操作人员的经验显得尤其重要，具体地说人工放件焊接的过程中会出现偏差，造成熔深一致性不能保证的问题，由于熔深一致性差直接造成工件的外形尺寸存在着偏差，影响后期装配工艺及整备质量下降的缺陷，同时人工放件造成劳动强度大以及影响身体健康的问题，
[0003]为了解决上述缺陷，焊接工作由最初的人工焊接逐渐转变为自动焊接，并配合工装夹具等形式加以解决；由于工件种类繁多等问题，通常需要多机械臂配合进行工件的上下料。
[0004]目前的自动焊接机械臂需要配合变位机进行使用，通过变位机改变工件的位姿以配合焊接机械臂进行焊接，这种设置方式会导致焊接操作复杂、占地面积大，不能够有效利用机械臂；现有技术中有直接利用机械臂进行抓取的案例，但是由于工件具有一定重量，通常需要多机械臂进行协同，多机械臂之间如何实现有效协同配合而避免工件被损坏是目前需要解决的问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的缺陷，本专利技术提供了一种多机械臂力位耦合协同控制方法和焊接方法，通过对多机械臂进行力位耦合控制，能有效避免多机械臂的同步误差所引起的内力对工件造成损坏的现象。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术的第一目的是提供了一种多机械臂力位耦合协同控制方法，用以消除多机械臂的同步误差所引起的内力对工件造成损坏，其包括以下步骤：
[0007]步骤1)建立多机械臂的运动学模型，得到：
[0008][0009]其中分别代表机械臂基座相对于世界坐标系、物体坐标系相对于世界坐标系、机械臂末端坐标相对于物体坐标系和抓取机械臂末端相对于基坐标的齐次变换矩阵，i表示第i个抓取机械臂；
[0010]其中多机械臂呈正多边形分布，基坐标位于该正多边形的中心。
[0011]步骤2)将工件的运动轨迹映射到机械臂的关节空间，得到：
[0012][0013]其中，q
ri
，f
robotIK
(
·
)分别表示第i个抓取机械臂的关节向量和机械臂的逆运动
学；
[0014]步骤3)通过牛顿欧拉方程建立工件的运动学方程，得到：
[0015][0016]其中，m、I、g分别代表工件的质量、惯量矩阵和重力加速度；
[0017]f
e
、τ
c
表示环境施加的力和力矩；
[0018]v、ω代表工件的线速度和角速度；
[0019]表示抓取机械臂施加的力和力矩；
[0020]进一步的，W
r
可通过抓捕矩阵G求得，即W
r
＝GW
C
ꢀꢀꢀ
(4)
[0021]其中，为抓取机械臂施加在工件的力；
[0022][0023]由公式(4)可得：
[0024][0025]其中为广义逆矩阵，w
s
表示内力；
[0026][0027]根据抓取机械臂施加在工件上的力能分解为内力W
I
和外力W
E
，得到：
[0028][0029][0030]步骤4)得到多抓取机械臂的力位耦合算法如下：
[0031][0032][0033][0034][0035][0036][0037]其中W
Ec
、W
Ed
、T
Ec
、T
Ed
、M
E
、B
E
、K
E
、α
E
和β
E
分别表示工件与环境的接触力、期望外力、实际轨迹、期望轨迹、质量矩阵、阻尼参数矩阵、刚度参数、采样周期和更新率，W
Ic
、W
Id
、T
Ic
、T
Id
、M
I
、B
I
、K
I
、α
I
和β
I
分别表示工件与机械臂末端的接触力、期望内力、实际轨迹、期望轨迹、质量矩阵、阻尼参数矩阵、刚度参数、采样周期和更新率。
[0038]本专利技术的第二目的是一种多机械臂协同的焊接方法，其包括以下步骤：
[0039]步骤
①
将待焊接工件放置在第一平台上；
[0040]步骤
②
在用于待焊接工件进行焊接前定位的第二平台上设置一组以上的夹具，同时将焊接机械臂、两个抓取机械臂布置在第二平台的外周，并且两个抓取机械臂分立在焊接机械臂的相对两侧；
[0041]步骤
③
利用两个抓取机械臂将位于第一平台上的两个或两个以上的待焊接工件同步或者异步的抓取，并放置在第二平台的设定区域内，通过夹具将待焊接工件进行定位夹紧，并通过焊接机械臂对两个或两个以上的待焊接工件进行正面焊接；
[0042]步骤
④
将夹具放松，利用两个抓取机械臂协同将进行正面焊接后的两个或两个以上的待焊接工件抓取并进行180
°
翻转变位，同时通过两个抓取机械臂对进行正面焊接后的两个或两个以上的待焊接工件进行支撑，通过焊接机械臂进行反面焊接；
[0043]步骤
⑤
焊接完成后，利用两个抓取机械臂协同将完成焊接的工件放置在第三平台进行存放；
[0044]其中在步骤
④
和步骤
⑤
中，采用前述的多机械臂力位耦合协同控制方法对两个抓取机械臂进行控制。
[0045]作为本专利技术的另一种具体实施方式，在步骤
①
中设置有两个第一平台，两个第一平台分别对应两个抓取机械臂。
[0046]作为本专利技术的另一种具体实施方式，在步骤
③
中利用CCD工业相机对第一平台上所放置的待焊接工件进行识别检测。
[0047]作为本专利技术的另一种具体实施方式，利用阈值分割法获取放置在第一平台上的待焊接工件的抓取位置。
[0048]作为本专利技术的另一种具体实施方式，在步骤
③
中通过示教的方式将两个抓取机械臂所抓取的待焊接工件放置在第二平台的设定区域内，通过夹具将待焊接工件进行定位夹
紧并完成拼接，等待焊接操作。
[0049]作为本专利技术的另一种具体实施方式，在步骤
③
和步骤
④
中通过示教的方式进行焊接机械臂对焊缝的焊接，单次焊接完成后焊接机械臂回到初始位置。
[0050]本专利技术具备以下有益效果：
[0051]本专利技术中在利用多个机械臂进行工件抓取过程中，多个机械臂之间协同，采用力位耦合算法协同控制多个机械臂进行同步抓取工件，能有效消除多机械臂的同步误差所引起的内力对工件造成损坏的现象本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多机械臂力位耦合协同控制方法，用以消除多机械臂的同步误差所引起的内力对工件造成损坏，其特征是包括：步骤1)建立多机械臂的运动学模型，得到：其中分别代表机械臂基座相对于世界坐标系、物体坐标系相对于世界坐标系、机械臂末端坐标相对于物体坐标系和抓取机械臂末端相对于基坐标的齐次变换矩阵，i表示第i个抓取机械臂；多机械臂呈正多边形分布，基坐标位于该正多边形的中心步骤2)将工件的运动轨迹映射到机械臂的关节空间，得到：其中，q
ri
,f
robotIK
(.)分别表示第i个抓取机械臂的关节向量和机械臂的逆运动学；步骤3)通过牛顿欧拉方程建立工件的运动学方程，得到：其中，m、I、g分别代表工件的质量、惯量矩阵和重力加速度；f
e
、τ
e
表示环境施加的力和力矩；v、ω代表工件的线速度和角速度；表示抓取机械臂施加的力和力矩；进一步的，W
r
可通过抓捕矩阵G求得，即W
r
＝GW
C
ꢀꢀꢀꢀ
(4)其中，为抓取机械臂施加在工件的力；由公式(4)可得：其中为广义逆矩阵，w
s
表示内力；根据抓取机械臂施加在工件上的力能分解为内力W
I
和外力W
E
，得到：
步骤4)得到多抓取机械臂的力位耦合算法如下：步骤4)得到多抓取机械臂的力位耦合算法如下：步骤4)得到多抓取机械臂的力位耦合算法如下：步骤4)得到多抓取机械臂的力位耦合算法如下：步骤4)得到多抓取机械臂的力位耦合算法如下：步骤4)得到多抓取机械臂的力位耦合算法如下：其中W
Ec
、W
Ed
、T
Ec
、T
Ed
、M
E
、B
E
、K
E
、α
E
和β
E
分别表示工件与环境的接触力、期望外力、实际轨迹、期望轨迹、质量矩阵、阻尼参数矩阵、刚度参数、采样周期和更新率，W
Ic
、W
Id
、T
Ic
、T
Id
、M
I
、B
I
、K
I
、α
I
和β<...

【专利技术属性】
技术研发人员：李兵，宋小刚，徐文福，程天泓，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：发明
国别省市：