[发明专利]用于大型弱刚性结构件装配的双机器人协同柔顺装调方法

权利要求书

1.用于大型弱刚性结构件装配的双机器人协同柔顺装调方法，其特征在于，采用的双机器人协同柔顺装调系统包括第一AGV移动平台(1)和第二AGV移动平台(7)，第一AGV移动平台(1)上搭载有装调机器人(2)，装调机器人(2)末端安装有用于抓住待安装支架(8)的气动夹爪(4)，气动夹爪(4)和装调机器人(2)末端法兰盘间安装有六维力传感器(3)；第二AGV移动平台(7)上搭载有视觉跟踪机器人(6)，视觉跟踪机器人(6)末端安装有双目深度相机(5)；

所述双机器人协同柔顺装调方法包括如下步骤：

步骤S1、对双机器人协同柔顺装调系统进行机电耦合结构分析，将整个系统分为电气子系统、传动子系统和机械子系统，并将电气子系统和传动子系统合并作为交流永磁伺服电机传动系统；

步骤S2、建立交流永磁伺服电机传动系统的数学模型，通过Clarke变换，将包括电机电压、电机电流的三相正交交流量转换为两相正交交流量；

步骤S3、再Park变换，将两相正交交流量转换为两相正交直流量；

步骤S4、通过步骤S2和S3确定输出扭矩与定子电流的关联关系，并获得三相交流永磁伺服电机数学模型，确定电机电流与输出扭矩之间的关系；

步骤S5、将机械子系统分解为包括移动平台、连杆、关节和末端的多体系统，并根据各部分自然属性，分为“体”元件和“铰”元件，并建立拓扑结构图；

步骤S6、求解机械子系统“体”元件与“铰”元件各部件传递矩阵和传递方程，通过固定机器人姿态下的系统边界条件，求解系统特征方程，得到系统未知状态变量及边界点状态矢量，获得机械子系统的动力学传递方程；在机械子系统的动力学传递方程的基础上，结合参数识别、系统的边界条件，求解机械子系统的动力学方程；

步骤S7、将步骤S4的三相交流永磁伺服电机数学模型带入机械子系统的动力学方程中，获得装调机器人系统机电耦合动力学模型；

步骤S8、完成六维力传感器(3)、气动夹爪(4)的空间位置标定及手眼标定；

步骤S9、对六维力传感器(3)进行零点标定及滤波处理；

步骤S10、通过视觉跟踪机器人(6)对待安装支架(8)进行扫描定位，确定待安装支架(8)空间位置，将空间位置经过双机器人当前空间位置转换后发送给装调机器人(2)，完成对待安装支架(8)的自动识别与装夹；

步骤S11、在装调机器人(2)夹持待安装支架(8)后，采集机器人6组重力标定姿态下的机器人位姿和六维力传感器(3)的读数，通过空间转换求得气动夹爪(4)及待安装支架(8)的重力和重心；

步骤S12、经步骤S11计算得到当前气动夹爪(4)及待安装支架(8)的重力和重心后，通过视觉识别安装面的空间位置及安装姿态，按照步骤S10中的空间位置转换方法，将待安装支架(8)的安装位置及姿态经过转换后发送给装调机器人(2)；

步骤S13、装调机器人(2)夹持待安装支架(8)进行装调的过程包括定位与姿态调整过程、预接触过程及柔顺装调过程；

在定位与姿态调整过程中，装调机器人(2)根据步骤S12中的待安装支架(8)的安装位置及姿态，在进入预接触过程前达到安装位置L，并完成安装姿态的调整；

在预接触过程中，降低机器人当前运行速度，并开启柔顺控制功能；

在柔顺装调过程中，利用步骤S7中得到的装调机器人系统机电耦合动力学模型，设计阻抗控制器，并以步骤S12中得到的安装位姿为期望位姿，通过阻抗控制方式实现柔顺装调；

在预接触过程和柔顺装调过程中，根据步骤S11求得的气动夹爪(4)及待安装支架(8)的重力和重心，进行实时重力补偿，消除气动夹爪(4)及待安装支架(8)的重力对装调柔顺控制的影响；

在装调机器人(2)夹持待安装支架(8)进行装调的整个过程中，采用视觉跟踪机器人(6)进行全程跟踪、预判，保证装调机器人(2)平稳有序的完成支架柔顺装调；

步骤S14、除步骤S13中的视觉跟踪进行防碰撞外，在进入预接触过程后，还为六维力传感器(3)设置各方向上的最大接触力阈值，当超过阈值后则停止机器人当前动作，并朝着力减小的方向进行调整，直至六维力信息小于设置的阈值；同时，还设置单向力瞬间改变值阈值，当某一方向发生单向力信息瞬间变化超过瞬间改变阈值，则机器人急停；

步骤S15、在保证步骤S12至S14顺利执行的前提下，当装调机器人(2)达到期望安装位置和姿态，六维力信息达到期望力信息后，则完成当前待安装支架(8)的柔顺装调；当安装新的支架时，则重复步骤S10至S15，实现对不同形状、大小及安装面的支架的自动化柔顺装调。