[发明专利]轴孔装配工业机器人系统及其工作方法

权利要求书

1.一种轴孔装配工业机器人系统，包括：

工业机器人、轴孔装配平台、力觉传感器、夹持装置、装配工件、装配孔及装配轴，所述工业机器人包括运动计算模块、电机驱动模块及力控制模块；

所述工业机器人与所述轴孔装配平台的底座固定在同一基准面上；所述夹持装置安装于所述工业机器人的手臂末端；所述装配工件固定在所述轴孔装配平台上，所述装配工件上设有所述装配孔；所述力觉传感器安装在所述手臂末端与所述夹持装置之间，用于实时测量所述装配轴与所述装配孔间接触力；

所述工业机器人通过示教及轨迹规划生成一系列运动轨迹点，以使所述夹持装置夹持所述装配轴运动至所述装配孔上方；

所述运动计算模块将所述运动轨迹点解析成对应时间点的关节空间下各关节角度，并传送至所述电机驱动模块；

所述电机驱动模块驱动所述工业机器人运动并带动所述夹持装置夹持所述装配轴运动至所述装配孔上方；

所述力控制模块根据所述接触力及所述装配轴的位置，控制所述工业机器人运动使所述装配轴与所述装配孔以设定好的接触力进行接触，将所述装配轴顺利插入至所述装配孔中。

2.根据权利要求1所述的轴孔装配工业机器人系统，其特征在于，所述力觉传感器为六维力觉传感器，能够检测笛卡尔坐标系下三个方向的力和绕三个方向的力矩。

3.根据权利要求1所述的轴孔装配工业机器人系统，其特征在于，所述工业机器人还包括示教模块和轨迹规划模块，所述示教模块控制所述工业机器人在笛卡尔空间和关节空间下进行点动，直至所述夹持装置夹持所述装配轴到达所述装配孔正上方，并记录关键的示教点；所述轨迹规划模块将所述示教点解析成平滑的样条曲线，再将所述样条曲线按照时间点离散化成运动轨迹点。

4.根据权利要求1所述的轴孔装配工业机器人系统，其特征在于，所述电机驱动模块包括位置环、速度环和电流环，所述位置环输入包括关节空间下所述工业机器人各关节转动角度和伺服系统反馈的位置；所述速度环输入包括所述位置环计算出的关节转动速度、伺服系统反馈的转动速度和力控制计算出的速度补偿值；所述电流环输入包括速度环计算出的电流值和伺服系统反馈的电流值。

5.根据权利要求4所述的轴孔装配工业机器人系统，其特征在于，所述力控制模块包括接触单元、搜孔单元及插入单元；

所述接触单元用于将所述接触力与设定好的接触力做差得出力补偿值，并将所述力补偿值转化为速度补偿值，并将所述速度补偿值加载到所述速度环输入上，实现所述接触力的反馈控制；

所述搜孔单元用于控制所述装配轴沿X方向和Y方向做搜孔运动的位置及控制Z方向的接触力及位置，再由所述力觉传感器检测所述装配轴与所述装配工件Z方向的接触力判断是否找到正确的装配孔；

插入单元通过所述力觉传感器检测所述装配轴与所述装配工件间产生的XYZ的力矩值判断姿态的偏差并作出相应的姿态补偿，并控制所述装配轴的Z向接触力和位置，以检测所述装配轴的落底状态。

6.一种轴孔装配工业机器人的工作方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤A：所述工业机器人通过示教及轨迹规划生成一系列运动轨迹点，以使所述夹持装置夹持所述装配轴运动至所述装配孔上方；

步骤B：所述运动计算模块将所述运动轨迹点解析成对应时间点的关节空间下各关节角度，并传送至所述电机驱动模块；

步骤C：所述电机驱动模块驱动所述工业机器人运动并带动所述夹持装置夹持所述装配轴运动至所述装配孔上方；

步骤D：所述力控制模块根据所述接触力及所述装配轴的位置，控制所述工业机器人运动使所述装配轴与所述装配孔以设定好的接触力进行接触，将所述装配轴顺利插入至所述装配孔中。

7.根据权利要求6所述的轴孔装配工业机器人系统，其特征在于，所述工业机器人还包括示教模块和轨迹规划模块，所述示教模块控制所述工业机器人在笛卡尔空间和关节空间下进行点动，直至所述夹持装置夹持所述装配轴到达所述装配孔正上方，并记录关键的示教点；所述轨迹规划模块将所述示教点解析成平滑的样条曲线，再将所述样条曲线按照时间点离散化成运动轨迹点。