[发明专利]一种基于环境吸引域的轴孔装配方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于装配自动化领域，尤其涉及一种基于环境吸引域的轴孔装配方法及系统。

背景技术

随着现代制造业的快速发展，对于装配自动化程度的要求越来越高。目前，轴孔装配系统一般由夹持机构、执行机构、传感系统和控制系统组成。针对非标准形状的轴孔装配，需要根据其特殊形状设计专门的装配策略。现阶段，这一过程主要由人工完成。然而，人工设计装配策略对于操作人员的经验技术要求比较高，而且对于形状相似、或者尺寸不同的零件装配都需要重新设计策略，灵活性较差，效率低下。

“环境吸引域”是在机器人操作过程中，存在于机器人与被操作物体共同形成的构型空间(即机器人的某种状态构成的空间)中的一个概念。在研究中发现，对于机器人轴孔装配问题，其构形空间中存在凸(或局部凸)区域，通过构造一个与轴、孔状态无关的输入，即可使机器人的状态收敛至该凸(或局部凸)区域的最低点，从而达到稳态、消除误差。这种区域被称作轴孔装配问题中的“环境吸引域”。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于，提供一种基于环境吸引域的轴孔装配方法及系统，能灵活、高效地完成轴零件和孔零件的装配。

(二)技术方案

本发明提供一种基于环境吸引域的轴孔装配方法，用于对轴零件和孔零件进行装配，方法包括：

S1，根据轴零件和孔零件的姿态，确定轴零件在构型空间中的约束域，其中，约束域为构型空间中满足轴孔的物理约束的所有姿态的集合；

S2，判断约束域或约束域的邻域是否为凸，若是，则约束域为环境吸引域，并进行步骤S3；

S3，将环境吸引域的最低点作为轴零件装配至孔零件时的目标姿态，根据该环境吸引域确定一目标函数，根据目标函数求取轴零件从初始姿态到目标姿态的路径，根据路径将所述轴零件装配至所述孔零件。

本发明还提供一种基于环境吸引域的轴孔装配系统，用于对轴零件和孔零件进行装配，系统包括：

分析子系统，用于根据轴零件和所述孔零件的姿态，确定轴零件在构型空间中的约束域，其中，约束域为构型空间中满足轴孔的物理约束的所有姿态的集合；判断约束域或该约束域的邻域是否为凸，若是，则约束域为环境吸引域，则将环境吸引域的最低点作为所述轴零件装配至孔零件时的目标姿态，根据该环境吸引域确定一目标函数，根据该目标函数求取轴零件从初始姿态到目标姿态的路径；

装配子系统，用于根据轴零件从初始姿态到目标姿态的路径，将轴零件装配至所述孔零件。

(三)有益效果

本发明利用高维环境吸引域理论对轴孔零件的构型空间进行分析，自动地得到轴孔零件的装配策略，尽可能减少操作人员的工作量，提高装配效率和系统的自动化程度。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于环境吸引域的轴孔装配方法的流程图。

图2是本发明实施例提供的基于环境吸引域的轴孔装配系统的示意图。

具体实施方式

本发明提供一种基于环境吸引域的轴孔装配方法及系统，方法首先根据轴零件和孔零件的姿态，确定轴零件在构型空间中的约束域，然后判断约束域或约束域的邻域是否为凸，若是，则该约束域为环境吸引域，再将环境吸引域的最低点作为轴零件装配至所述孔零件时的目标姿态，根据该环境吸引域确定一目标函数，根据该目标函数求取轴零件从初始姿态到目标姿态的路径，最后根据该路径将轴零件装配至孔零件。本发明利用高维环境吸引域理论对轴孔零件的构型空间进行分析，自动地得到轴孔零件的装配策略，尽可能减少操作人员的工作量，提高装配效率和系统的自动化程度。

根据本发明的一种实施方式，基于环境吸引域的轴孔装配方法包括：

S1，根据轴零件和孔零件的姿态，确定轴零件在构型空间中的约束域，其中，轴零件P在构型空间中由于受到孔H的约束，其可行范围是构型空间中的约束域，约束域为构型空间中满足轴孔的物理约束的所有姿态的集合；在本步骤中，可以根据轴零件CAD模型P、孔零件CAD模型H，确定轴零件和孔零件的姿态。

S2，判断约束域或约束域的邻域是否为凸，若是，则约束域为环境吸引域，并进行步骤S3；

S3，将环境吸引域的最低点作为轴零件装配至所述孔零件时的目标姿态，根据环境吸引域确定一目标函数，根据目标函数求取轴零件从初始姿态到目标姿态的路径，根据路径将轴零件装配至孔零件。其中，目标函数与轴的具体姿态无关，与时间t可以相关或者无关。

根据本发明的一种实施方式，约束域Ω_p的表达式为：