[发明专利]一种机器人装配姿态纠偏的软体致动器控制方法

说明书

一种机器人装配姿态纠偏的软体致动器控制方法，对于能向任意方向偏转的多腔室气动软体致动器，采用一种结合偏转方向向量以及偏转角度的方法表示软体致动器的变形情况；根据气动软体致动器气压控制以及弹性变形的特点，将装配姿态纠偏控制过程分为装配姿态感知以及装配姿态调整两个阶段：装配姿态感知阶段和装配姿态调整阶段。本发明实现异构非刚性零件机器人装配过程中的装配姿态感知以及装配姿态纠偏。

技术领域

本发明涉及一种软体致动器控制方法，尤其是一种机器人装配姿态纠偏的软体致动器控制方法。

背景技术

对于广泛存在于低压电器、塑料玩具以及3C等产品中的异构非刚性零件，这类零件的装配过程中接触力以及零件之间的配合情况复杂，在此类零件的自动化装配中，传统的刚性末端执行器所执行的的夹紧-定位-安装这样的装配动作，通常会由于零件的制造误差、定位误差以及装配执行系统刚度过大等原因造成零件损坏。在当前的机器人自动化装配领域中，为了保证此类异构非刚性零件的有效装配，多采用刚性末端夹持器进行零件夹持。在机器人末端关节安装力反馈传感器，通过装配接触力反馈进行零件装配姿态感知，然后根据所感知的零件装配姿态，控制装配机器人对装配姿态进行调整。这类机器人装配姿态纠偏控制方法需要额外安装力传感器，且需要在机器人运行控制程序中增加特定的装配姿态纠偏算法，即增加了成本，降低了姿态纠偏方法对于不同机器人的适应性，又降低了机器人自动化装配的运行的效率。

相比于刚性夹持机构，采用橡胶材料制造的气动软体致动器具有多自由度以及对复杂力作用环境适应性高的特点，使得气动软体致动器对应用于装配姿态纠偏具有很好的潜力。但是目前对弹性气动软体的形变控制只对单一形变方向的大变形量进行控制，并不适用于装配姿态纠偏时多形变方向、小变形量的情况。

发明内容

为了克服已有装配姿态纠偏控制方法硬件成本高、适应性不强的不足，本发明提出了一种机器人装配姿态纠偏的软体致动器控制方法，实现异构非刚性零件机器人装配过程中的装配姿态感知以及装配姿态纠偏。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种机器人装配姿态纠偏的软体致动器控制方法，对于能向任意方向偏转的多腔室气动软体致动器，采用一种结合偏转方向向量以及偏转角度的方法表示软体致动器的变形情况；根据气动软体致动器气压控制以及弹性变形的特点，将装配姿态纠偏控制过程分为装配姿态感知以及装配姿态调整两个阶段：

在装配姿态感知阶段，将气动软体机器人视为一个弯曲形变传感器，根据各腔室的气压值可以得到软体形变的偏转方向向量，根据各腔室的气压值反馈以及理想气体状态方程计算软体形变过程的体积变化，进而根据弹性材料变形的曲率连续准则计算当前体积变化下的弯曲角；

在装配姿态调整阶段，将多腔室软体视为气动弯曲致动器，根据弹性体的Yeoh本构模型以及虚功原理可以得到气压做功与弯曲角度的关系，通过控制各腔室的气压使软体向指定的方向以指定的角度弯曲，从而实现装配姿态纠偏。

进一步，对于一个具有n个腔室的软体致动器，软体致动器控制方法包括以下步骤：

步骤一：确定软体致动器各腔室的弯曲方向向量

选择软体致动器的底部截面作为投影基准面，选取软体致动器底部中心点为原点，在投影基准面上建立平面坐标系，使气动软体致动器的各腔室控制气压相等，然后增加软体致动器的第i(i＝1～n)腔室的控制气压使软体致动器产生弯曲，将气动致动器轴线在投影基准面投影方向上的单位向量作为第i腔室的弯曲方向向量；

步骤二：采集标准装配过程的各腔室气压变化情况

在机器人完成标准装配的过程中，每间隔相同时间采集n·k组软体致动器各腔室的气压数据P_i,j，其中i＝1～n代表软体致动器各不同腔室，j＝1～k代表执行装配动作时采集得到的各腔室气压值序号；

步骤三：评判装配偏差状况