[发明专利]一种可变刚度的工业机器人被动柔顺装置及协作装配方法

说明书

本发明公开了一种可变刚度的工业机器人被动柔顺装置及协作装配方法，被动柔顺装置主要包括MRE被动柔顺装置、励磁线圈、吸盘、承重连接装置等，其中磁流变弹性体作为变刚度元件用于实现被动柔顺装置的变刚度特性。MRE被动柔顺装置可通过承载连接装置与机器人末端固连，依据机器人末端所需夹取装配工件的重量体积等特征，涵盖轻载至重载、平面至曲面工件，并可相应地增加/减少所述被动柔顺装置数量或移动装置位置以达到理想效果，具有适用范围广，可拆卸重组，灵活性强等优点。最终利用装置变刚度被动柔顺特性，在机器人混合主被动柔顺高精度装配过程中，一种被动协作装配方案能配合主动柔顺控制进行各阶段作业。

技术领域：

本发明涉及机器人被动柔顺控制方法，尤其涉及一种可变刚度的工业机器人被动柔顺装置及协作装配方法。

背景技术：

随着智能制造领域对自动化生产要求的升级，工业机器人协作装配精度与装配效率面临更高的挑战，对人机协同作业而言，准确、高效的机器人柔顺控制技术能带来生产技术的革新。然而，对于在非结构化环境中作业的机器人末端而言，单纯依靠六维力感知进行主动柔顺控制调节的方式仅能满足装配过程部分阶段的需求，当力感知信息混入装配力、约束力等不可控力时，微小的力控偏差都能造成设备或工件的损坏，尤其在一些高精度装配领域。因此，被动柔顺装置往往被安装于机器人末端，在装配接触时起一定的缓冲作用或配合主动柔顺控制进行微调。

然而，一般的定刚度被动柔顺装置的柔性存在于装配的整个流程，视末端负载的不同，会对主动柔顺控制的力感知造成不同程度的影响，因此，研究者们对变刚度柔顺控制装置进行了探索。专利“CN113001398A，一种变刚度柔顺磨抛执行器”对机器人磨抛过程进行了变刚度被动柔顺设计，可以通过改变弹簧刚度施加力补偿，然而基于其作业目标，末端仅能承受小负载。专利“CN108481311A，一种变刚度柔顺抓取装置”以精密装配为目的，设计柔顺抓取装置，可适应各硬度、各形状工件的夹取，然而其所能夹取工件的重量及形状受限于装置本身大小及夹持摩擦力，灵活性较差，且其变刚度体现在夹持刚度上，并不适合应用于被动柔顺控制。

磁流变弹性体作为一种可变刚度的新型材料，在隔振减震领域有着广泛应用，但将其作为被动柔顺元件应用于力控领域的尝试还较少。论文“基于磁流变液的柔顺关节及其控制研究”设计了基于磁流变液的变刚度被动柔顺关节，其利用了磁流变材料的变刚度特性，但磁流变液液体渗漏、颗粒沉淀等问题不可避免，且其柔顺关节应用于传动刚度的调控，并不适用于末端装配。

综上，现有变刚度被动柔顺装置的承载能力受限于装置本身，承载范围较小，且装置灵活性较差，无拆卸重组能力，对各形状工件的应对能力也较差。

因此，确有必要对现有技术进行改进以解决现有技术之不足。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种可变刚度的工业机器人被动柔顺装置及协作装配方法。

本发明采用如下技术方案：一种可变刚度的工业机器人被动柔顺装置，所述可变刚度的工业机器人被动柔顺装置系统包括机器人本体、控制柜与配重元件、AGV小车、连接法兰、法兰盘、承重连接装置、小移动滑块、大移动滑块、被动柔顺装置、吸附工件、第一滑轨以及第二滑轨，所述机器人本体、控制柜与配重元件与AGV小车构成了机器人系统，连接法兰固连于承重连接装置上，机器人系统的末端设有法兰盘，所述小移动滑块与大移动滑块连接着被动柔顺装置与承重连接装置，所述小移动滑块上安装有第一滑轨螺栓，小移动滑块通过第一滑轨螺栓沿第二滑轨调节被动柔顺装置的高度，所述大移动滑块上安装有第二滑轨螺栓，大移动滑块通过第二滑轨螺栓沿第一滑轨移动被动柔顺装置在承重连接装置上的位置，所述承重连接装置、小移动滑块、大移动滑块以及被动柔顺装置共同构成被动柔顺装置系统，被动柔顺装置系统通过连接法兰与法兰盘连接。

进一步地，所述被动柔顺装置为MRE被动柔顺装置。

进一步地，所述承重连接装置设计为规则的长方体。