[发明专利]一种分布式力传感器反馈辅助装配方法

说明书

本发明提出一种分布式力传感器反馈辅助装配方法，属于大型多轴孔部件装配技术领域。该方法首先搭建由机械臂、一个力与力矩传感器、两个扭矩传感器和计算机组成的分布式力传感器反馈辅助装配系统，并将多轴工件与传感器连接后固定于机械臂末端；将多轴工件移动至距离多孔工件设定距离阈值内后，开始装配；在每个时刻，分别获取该时刻三个方向的轴孔接触力和力矩，并计算得到该时刻多轴工件的偏转角；利用PD控制方法，计算下一个时刻多轴工件需调整的旋转角度和每个方向的运动位移，并控制机械臂进行相应的运动，直至多轴孔的装配深度达到预设深度值，装配结束。本发明方法装配精度高，稳定性好，可以用于大型工件的自动装配。

技术领域

本发明提出一种分布式力传感器反馈辅助装配方法，属于大型多轴孔部件装配技术领域。

背景技术

产品制造过程中，装配作业是非常重要的环节，该环节将直接影响最终产品质量。据统计，在机械电子类产品的整个制造工作中，装配工作量占到20％～70％，装配费用也占到了总成本的1/3～1/2。目前工业中的装配环节很多还是由装配工人完成，但是人工装配存在很多问题，例如效率低，成本高，工人操作要求高，而且还容易发生安全事故。尤其对于大型工件的装配，工件太重，人工装配很不方便。在这样的背景下，能够进行自动装配的机械臂便显得尤为重要。相比于人工装配，机械臂适用的范围更广，尤其适用于重型工件等特殊环境下的装配。

通过对已公开的文献、专利和工业产品调研发现，现有的机械臂装配主要可以采用两种方式，一种是基于视觉伺服控制机械臂进行自动装配的装配方式，视觉伺服是通过采集装配时的图像并进行对比，从而判断此时工件的位姿，并将判断结果反馈给机械臂进行调整的一种方法。然而基于视觉伺服控制机械臂进行自动装配的方法还存在以下不足：

1、视觉伺服控制无法精确地控制装配工件的接触力大小，有可能发生严重的磕碰以致损伤工件。

2、采集图像时，存在局部遮挡和特征点不明显时，造成位姿判断出错或者无法判断的问题。

另外一种装配方式是基于力觉的装配方式，也称为机械臂的力控制装配方法。力控制可以分为被动力控制和主动力控制。被动力控制是设计柔顺的末端关节，帮助工件在位置不完全准确的情况下完成装配。主动力控制则是利用力传感器对机械臂末端受力进行实时的测量，通过比较参考力与真实力，判断当前的机械臂和工件的接触情况，控制机械臂运用以减小接触力，从而可以更好地完成装配。然而现有力控制装配方法还有如下几个问题：

1、被动力控制方法柔顺程度有限，且针对不同的工件需要设计不同的柔顺机械装置，适用程度有限。且因为柔性装置自由空间太大，不方便精确地控制。

2、现有的主动力控制装配方法主要适用于单轴孔装配，很少适用于多轴孔装配，而且没有发现适用于柔性多轴孔装配的方法。对于大型工件，例如飞机，汽车等工件，其体积大质量高，本身会因为重力等作用造成变形，从而不能完全视为刚性体，且这些大型工件的装配主要为多轴孔装配，因此需要对柔性多轴孔的装配方法进行研究。

3、仅有的一些主动力控制多轴孔装配方法只使用了单个六维力与力矩传感器，存在多轴孔接触状态无法解耦的问题，从而增加控制复杂性，因此需要设计合适的测量方法解耦多轴孔接触状态，从而实时估计多轴孔的相对姿态。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种分布式力传感器反馈辅助装配方法。本发明方法装配精度高，稳定性好，可以用于大型工件的自动装配。

本发明提出一种分布式力传感器反馈辅助装配方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)搭建分布式力传感器反馈辅助装配系统；所述分布式力传感器反馈辅助装配系统包括：一个机械臂，一个力与力矩传感器，两个扭矩传感器和一台计算机；