[发明专利]一种基于触觉与听觉的机械臂柔性装配方法

说明书

本发明公开了一种基于触觉与听觉的机械臂柔性装配方法，它解决了现有技术中控制参数较为单一、难以实现精密产品的高质量的装配需求的问题，其综合机械臂的触觉信息和听觉信息可以实现更精确、更高质量的柔性装配过程。其技术方案为：包括以下步骤：进行标准制定实验，得到接触力矩阵、位置矩阵、响度向量、锐度向量四个参量，以及各参量的允许误差矩阵和向量；根据接触力矩阵、位置矩阵计算其二阶阻抗控制模型的最佳控制参数矩阵；在装配过程中实时监测四个参量的数值是否满足允许的误差范围以及接触力与位置参量是否满足其阻抗控制模型，并反馈至控制中心进行实时调整。

技术领域

本发明涉及装配技术领域，尤其涉及一种基于触觉与听觉的机械臂柔性装配方法。

背景技术

当前，机械装配已逐步代替人工装配。然而，机械装配过程中机械臂与环境之间的接触力尤为重要，过大可能会导致零部件破损，过小则可能导致装配产品质量不合格。同时，机械臂与环境之间的相对位置也很关键，将直接影响装配产品的质量。

已有许多专家提出通过控制机械臂与环境之间的接触力或位置(触觉)来操作机械臂进行柔性装配，使得机械臂能够像人一样根据接触环境灵活调整作用力与位姿，与作用对象保持弹性接触，从而提高装配合格率。发明人发现，仅依靠机械臂的触觉信息来进行柔性装配的方法使用的控制参数较为单一，难以实现精密产品的高质量的装配需求。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于触觉与听觉的机械臂柔性装配方法，其综合机械臂的触觉信息和听觉信息可以实现更精确、更高质量的柔性装配过程。

本发明采用下述技术方案：

一种基于触觉与听觉的机械臂柔性装配方法，包括以下步骤：

进行标准制定实验，得到接触力矩阵、位置矩阵、响度向量、锐度向量四个参量，以及各参量的允许误差矩阵和向量；

根据接触力矩阵、位置矩阵计算其二阶阻抗控制模型的最佳控制参数矩阵；

在装配过程中实时监测四个参量的数值是否满足允许的误差范围以及接触力与位置参量是否满足其阻抗控制模型，并反馈至控制中心进行实时调整。

进一步的，在机械臂上安装力传感器、垂直陀螺仪和声音传感器，并进行多次机械臂装配实验，选取装配成功的n次实验，其中，n大于100。

进一步的，装配成功的每次实验中，由力传感器和垂直陀螺仪采集的数据得到接触力矩阵、位置矩阵，由声音传感器采集的数据得到响度向量与锐度向量。

进一步的，分别将n次实验的接触力矩阵和位置矩阵代入机械臂的二阶阻抗控制模型：

其中，M_d表示目标惯性矩阵，C_d表示阻尼矩阵，K_d表示刚度矩阵，F_e表示接触力矩阵，X_e表示位置矩阵，X_d表示理想位置；取n次实验中位置矩阵的均值。

进一步的，基于M_d、C_d、K_d参量的基本初值M_d0、C_d0、K_d0进行经验调节，然后对n次实验中调节后的M_d0、C_d0、K_d0分别取均值，得到机械臂的二阶阻抗控制模型的最佳参数矩阵M_d、C_d、K_d，最佳模型为标准二阶阻抗控制模型M(M_d，C_d，K_d)。