[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

说明书

本发明提供了一种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，包括：对机器人系统进行机电耦合分析，通过加速度多体系统传递矩阵法建立机械子系统的动力学模型，与建立PMSM数学模型相结合，得到装调机器人机电耦合动力学模型；通过视觉识别支架及安装面的空间位姿，以机电耦合动力学模型为基础设计阻抗控制器，结合视觉跟踪、重力补偿、防碰撞机制实现支架的柔顺装调。本发明的柔顺装调方法，装调柔顺性好、响应快，同时通过双机器人协作实现了多型号支架的自主识别、自动抓取、在线补偿与防碰撞处理。柔顺性好、响应快，同时通过双机器人协作实现了多型号支架的自主识别、自动抓取、在线补偿与防碰撞处理。

技术领域

本发明属于大型结构件装配技术领域，具体涉及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。

背景技术

随着新一代航空航天产品性能需求逐渐提升，其零部件结构逐渐呈现大尺寸、弱刚性、一体化等加工需求。如大型弱刚性舱体结构件的支架，存在种类多、规格不一、定位面朝向多变的特点，在采用机器人进行自动装夹及柔顺装调时，需要考虑不同支架的装夹状态、重力及重心、安装面与支架孔位相匹配等因素，并且视觉识别、跟踪定位、轨迹控制等过程存在不可避免的误差，同时舱体及支架存在弱刚性特点，为防止装调过程中发生刚性碰撞损坏零件，需要采用视觉定位、引导与基于力信息的柔顺装调相结合的移动式双机器人协同装调方法。

阻抗控制方法是实现柔顺控制的主要方式，中国专利“CN109571484A，一种自组装任务的空间机械臂柔顺装配控制方法”，通过建立舱体-机械臂-底座的封闭链结构动力学模型，结合阻抗控制规律，实现空间机械臂稳定可靠完成舱体自组装任务。中国专利“CN111319042A，一种基于遗忘因子动态参数的机器人柔顺装配控制方法”，采用遗忘因子函数动态改变阻抗控制初始位置值，然后基于阻抗控制获取机器人末端运动位置。上述两项专利方案在动力学建模过程中，均没有考虑电机对机械臂控制的影响，降低了动力学模型的准确性，影响装调的柔顺性。

中国专利“CN109940605A，融合三维视觉与接触力分析的柔顺装配系统及方法”，通过深度相机将采集的数据转化为位置信息，规划装配路线；结合六维力传感器采集不同装配条件下的数据，训练神经网络模型并建立映射关系，对装配过程中的力与力矩进行预测，保障装调动作的柔顺性和准确性。但该方法仍存在不足：采用基于视觉的离线轨迹规划，忽视了装调过程中轴孔无法完全匹配及意外碰撞等情况；同时，采用神经网络计算装调过程力传感器数据中重力的影响因素，只能对单一规格产品固定装夹及安装姿态进行重力补偿。

现有的机器人柔顺装调方法主要是针对固定装调产品与对象，通过视觉或离线编程的方式确定初始安装轨迹，结合力传感器计算装调接触力进行柔顺控制。但在面对多规格产品、变安装面且开敞性较差的装调任务时，会因没有全程视觉引导及通用的重力补偿方法而发生产品与安装面或环境碰撞的情况，损坏产品。同时，现有的基于动力学的阻抗控制模型多是建立机器人及装配对象的动力学模型，忽视了机器人电机对控制效果的影响，影响装配过程的稳定性，严重时将导致柔顺装调过程中发生颤振。

发明内容

针对上述背景技术中所指出的现有技术存在的不足，本发明提出一种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。

本发明所采用的技术方案为：

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，采用的双机器人协同柔顺装调系统包括第一AGV移动平台和第二AGV移动平台，所述第一AGV移动平台上搭载有装调机器人，所述装调机器人末端安装有用于抓住待安装支架的气动夹爪，所述气动夹爪和所述装调机器人末端法兰盘间安装有六维力传感器；所述第二AGV移动平台上搭载有视觉跟踪机器人，所述视觉跟踪机器人末端安装有双目深度相机；

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；