[发明专利]一种分布式力传感器反馈辅助装配方法

摘要

本发明提出一种分布式力传感器反馈辅助装配方法，属于大型多轴孔部件装配技术领域。该方法首先搭建由机械臂、一个力与力矩传感器、两个扭矩传感器和计算机组成的分布式力传感器反馈辅助装配系统，并将多轴工件与传感器连接后固定于机械臂末端；将多轴工件移动至距离多孔工件设定距离阈值内后，开始装配；在每个时刻，分别获取该时刻三个方向的轴孔接触力和力矩，并计算得到该时刻多轴工件的偏转角；利用PD控制方法，计算下一个时刻多轴工件需调整的旋转角度和每个方向的运动位移，并控制机械臂进行相应的运动，直至多轴孔的装配深度达到预设深度值，装配结束。本发明方法装配精度高，稳定性好，可以用于大型工件的自动装配。

主权项

1.一种分布式力传感器反馈辅助装配方法，其特征在于，包括以下步骤：1)搭建分布式力传感器反馈辅助装配系统；所述分布式力传感器反馈辅助装配系统包括：一个机械臂，一个力与力矩传感器，两个扭矩传感器和一台计算机；工作时，将力与力矩传感器安装于待装配的多轴工件的连接板上表面中心处，两个扭矩传感器分布式地固定于多轴工件的连接板上表面并分别与该多轴工件最外侧的两个轴的中心线对齐，所述力与力矩传感器和两个扭矩传感器组成分布式力传感器并将分布式力传感器固定于机械臂末端，力与力矩传感器和两个扭矩传感器分别通过信号线连接机械臂，机械臂通过网线连接计算机；2)将待装配的多孔工件固定于实验台上，且使多孔工件位于机械臂末端的运动范围之内；在待装配多轴工件上建立轴三维坐标系Xp‑Yp‑Zp，在待装配的多孔工件上建立孔三维坐标系Xh‑Yh‑Zh；3)操纵机械臂将多轴工件移动至距离多孔工件设定距离阈值以内的位置，多轴工件不接触多孔工件；4)将力与力矩传感器和两个扭矩传感器进行回零标定，标定之后检查计算机输出的力与力矩传感器数值是否满足设定的传感器阈值：若是，则进入步骤5)；否则重新进行步骤4)，直至计算机输出的力与力矩传感器数值符合设定的传感器阈值；5)分别设置x方向、y方向、z方向的轴孔接触力的对应参考值为然后开始装配，记当前时刻为t时刻；6)利用力与力矩传感器，分别获得t时刻的x方向、y方向和z方向的轴孔接触力分别记为F_x0,F_y0,F_z0，以及x方向、y方向、和z方向的力矩分别记为M_x0,M_y0,M_z0，则t时刻的接触力和力矩构成一个六维力向量利用两个扭矩传感器分别获得t时刻作用到扭矩传感器安装位置的力矩记为Mx1和Mx2；7)计算多轴工件在t时刻整体偏转角α；获取多轴工件任意最外轴中心到多轴工件中心的连接长度为l，最外轴边缘到多轴工件中心的连接件长度为w,多轴工件的轴长与连接件的厚度的总和h,多孔工件上边缘到多轴工件上表面的垂直距离Δh；假设选取力矩Mx1对应的最外轴并计算该最外轴t时刻对应的变形角θ1，则θ1和α表达式分别如下：α＝arccot[((Fy0Δh+Mx0)/Fz0‑w)/(h‑Δh)]‑θ18)利用步骤7)计算得到的α，利用PD控制方法，设置α的参考角度为0°，计算t+1时刻多轴工件调整的旋转角度Δα；表达式如下：其中，K_pα和K_dα分别代表待装配多轴工件整体旋转的P控制参数和D控制参数，代表α关于时间的微分；计算t+1时刻多轴工件分别需在x方向、y方向和z方向上运动的位移Δx,Δy,Δz，Δx,Δy,Δz的计算表达式分别如下：其中，K_px,K_py,K_pz分别为x方向、y方向和z方向的平移运动P控制参数；K_dx,K_dy,K_dz分别为x方向、y方向和z方向的平移运动D控制参数；分别代表t时刻x方向、y方向和z方向的轴孔接触力与接触力参考值的差值关于时间的微分；9)t+1时刻，机械臂按照步骤8)的计算结果进行运动后，令t＝t+1,然后重新返回步骤6)，直到多轴工件z方向的移动距离达到设定的深度值，装配结束。