[发明专利]一种大尺寸轴孔工件装配的螺旋插装方法

说明书

本发明提出一种大尺寸轴孔工件装配的螺旋插装方法，属于大尺寸轴孔工件装配领域。该方法的实现过程中，机械臂接收上位机的运动指令，操纵大尺寸孔工件轴以往复式螺旋运动的形式插入大尺寸工件孔中，力传感器实时监测轴孔之间的接触力/力矩，上位机利用装配过程中机械臂末端的位姿和轴孔之间的接触力/力矩，实现调整轴孔之间相对位姿的功能，同时用于监测轴孔装配的卡阻状态，调整螺旋插装的运动参数，以减小大尺寸轴孔工件之间的摩擦阻力，避免机械卡阻的发生。本发明使得机械臂在大尺寸轴孔工件的装配过程中更容易避免机械卡阻的发生，操作方法简单易行，能有效地提高装配效率和装配成功率。

技术领域

本发明涉及大尺寸轴孔工件装配领域，尤其涉及一种大尺寸轴孔工件装配的螺旋插装方法。

背景技术

装配作业是生产制造过程中至关重要的环节之一，直接决定了产品的最终质量，而轴孔装配则是装配作业中最常见且最重要的一种配合形式。目前工业领域的大部分装配环节仍由人工操作或半自动化工装完成，随着自动化技术的发展，使用机器人实现自动化装配操作已成为一种趋势。

轴孔装配过程中的机械卡阻问题，是机器人自动化轴孔装配失败的主要原因。轴孔配合的间隙根据工艺需求，变化范围由几毫米到几微米，而现有的机器人定位精度往往难以满足高精密轴孔装配的精度要求，轴孔之间微小的位姿偏差都会造成较大的接触力，导致机械卡阻的发生。

为了克服轴孔装配过程中的机械卡阻问题，现有的轴孔装配方法往往采用力控来实现装配过程的柔顺运动，主要包括被动柔顺和主动柔顺两种方式。被动柔顺方法是指设计弹性元件组成的具有特性柔顺特性的柔性手腕，利用结构柔性自适应补偿轴孔工件之间的位姿偏差，但是这种方法的适用范围有限，对于大尺寸工件、非垂直装配操作以及精密轴孔装配等情况都很难奏效。主动柔顺方法则是利用力传感器实时监测轴孔装配过程中的接触力的大小，并依据阻抗控制算法或者力位混合控制算法对轴孔之间的位姿偏差进行补偿，这种方法适用范围更广。但是现有的主动柔顺装配方法在面对大尺寸工件之间的轴孔装配时仍然有一定的困难。在航空航天、船舶制造、汽车制造等领域，工件的结构较复杂，尺寸较大(跨度在0.5m以上，配合孔径在80mm以上)，重载操作使得轴孔工件在装配过程中产生了更大的接触压力和摩擦阻力，尤其是轴向的摩擦阻力的增大，使得轴孔之间更容易发生机械卡阻，而且一旦出现卡阻就很难恢复和调整。同时，过大的接触力也使得阻抗控制算法的运动步长较小，影响了轴孔装配的效率。因此，一种针对大尺寸轴孔工件装配的机械卡阻问题的装配方法十分有必要。

发明内容

本发明的目的是为克服大尺寸轴孔工件(跨度大于0.5m，配合孔径大于80mm)的装配中容易出现的机械卡阻问题，提出一种大尺寸轴孔工件装配的螺旋插装方法。本发明在现有主动柔顺装配方法的基础上，使得机械臂在大尺寸轴孔工件的装配过程中更容易避免机械卡阻的发生，操作方法简单易行，能有效地提高装配效率和装配成功率。

本发明提出一种大尺寸轴孔工件装配的螺旋插装方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)搭建大尺寸轴孔装配系统；所述系统包括：基座、待装配轴工件、待装配孔工件、力传感器、末端执行器、机械臂和上位机；所述待装配孔工件和基座分别固定于操作台上，机械臂通过螺纹连接固定在基座上，力传感器通过螺纹连接固定于机械臂的最末关节，力传感器通过电缆连接机械臂，末端执行器通过螺纹连接固定于力传感器上，待装配轴工件通过螺纹连接固定于末端执行器上，上位机通过网线连接机械臂；

2)操作机械臂完成轴孔粗对准，使得待装配轴工件的轴位于待装配孔工件的孔的上方且轴与孔的同轴度不超过待装配孔工件孔倒角宽度；