[发明专利]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

说明书

本申请提出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，涉及机器人自动化装配技术领域，其中，方法包括：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；根据状态映射模型和当前交互作用力获取轴孔相对位姿的当前状态，并根据当前状态确定系统控制器的控制方向，根据控制方向和系统控制器的控制参数，进行过盈轴孔装配。由此，通过建立轴孔过盈装配的相对位姿与交互作用力的状态映射模型，使用机器人力控技术，以广义导纳控制的形式，实现过盈轴孔的装配。

技术领域

本申请涉及机器人自动化装配技术领域，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。

背景技术

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，由于轴孔配合性质发生变化，导致以上方法并不适用。轴孔配合性质发生变化后，一方面，交互的力学模型已经发生本质性变化，基于间隙配合的构建力学模型不再适用。另一方面，由于过盈配合性质对于装配过程的探索自由度约束极大，使得强化学习的训练过程难以进行。因此需要一种全新的解决过盈轴孔装配的力控方法。

发明内容

本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本申请的第一个目的在于提出一种基于力位状态映射模型的机器人过盈轴孔装配方法，通过建立一种过盈轴孔装配的力位状态映射模型，提出一种基于模型的广义导纳控制方法，完成过盈轴孔的装配任务。

本申请的第二个目的在于提出一种基于力位状态映射模型的机器人过盈轴孔装配装置。

为达上述目的，本申请第一方面实施例提出了一种基于力位状态映射模型的机器人过盈轴孔装配方法，包括：

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。

本申请实施例的基于力位状态映射模型的机器人过盈轴孔装配方法，通过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；根据状态映射模型和当前交互作用力获取轴孔相对位姿的当前状态，并根据当前状态确定系统控制器的控制方向，根据控制方向和系统控制器的控制参数，进行过盈轴孔装配。由此，通过建立轴孔过盈装配的相对位姿与交互作用力的状态映射模型，使用机器人力控技术，以广义导纳控制的形式，实现过盈轴孔的装配。

可选地，在本申请的一个实施例中，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；