视觉与力觉结合的卫星部件机器人装配

针对卫星特殊部件的装配需求,为了使机器人具有适用不同工况的柔性并在卫星多变的装配工况中获得较高的应用效率,本文研究视觉引导与力反馈控制下的机器人装配技术,给出一种视觉与力觉结合的机器人装配方案:在装配孔位安装辅助销钉,通过视觉引导将部件引导至销钉的锥面导向范围内,而后在销钉导向下对机器人采用力反馈控制,实现工件的准确装配到位。采用红外相机结合合作靶标的方式实现稳定地视觉识别与目标定位,设计了探针式测量工具,并给出测量方法,实现了目标点位的柔性便捷测量。给出了一种已知空间对应点对条件下,求位姿变换矩阵及机器人目标位姿的计算方法。采用力/位混合控制方法实现柔顺销钉导向控制。实验结果表明:装配对应孔位的测量匹配误差在2.9 mm以内,机器人在视觉引导下,可以将工件运送至销钉的导向范围内,并在销钉导向及力反馈控制下将工件准确装配到位,力控制阈值为30 N。证明了本文所采用的技术可以满足卫星部件装配的工程实施要求。     

力觉交互控制的机械臂精密位姿控制技术

针对卫星装配过程中关键零部件质量体积较大,不易装配的问题,提出了基于力觉交互控制的机械臂精密位姿控制技术,通过在机器人末端安装六维力/力矩传感器,实时获取机器人末端负载重力和末端所受外部作用力,并将负载重力和外部作用力解耦,进而实现外部作用力对机械臂末端位姿的精密控制。同时,对机器人辅助装配控制系统及其架构进行了介绍,并提出了一种简单可行的六维力传感器标定方法。试验结果表明:该技术可以实现机器人末端位置的精密控制,具有结构简单、计算量小、操作方便等特点。     

基于机械臂辅助的卫星柔顺装配技术研究

针对卫星大型部件、重载单机装配中位姿调整、接触应力、重力卸载的控制问题,将机械臂辅助装配技术应用到了卫星装配中,提出了一种基于力传感交互控制的机械臂辅助柔顺装配技术。通过力传感器实时采集了机械臂末端作用力,进行了负载重力参数标定,提取了外力/力矩分量;建立了基于外部作用力/力矩控制的装配体位姿柔顺随动算法,对算法的误差识别及控制方法进行了分析;搭建了机械臂辅助柔顺装配系统,在某卫星结构舱板装配、星上单机装配中进行了应用实验。研究结果表明:力/力矩控制范围下限达到10 N/2 Nm,与传统装配方法相比,该技术具有位姿调整柔顺、装配接触应力可控、负载重力承载/卸载精确、适用于狭窄空间等优势。     

基于多方向导纳力控制的机器人柔顺装配系统

针对轴孔装配过程中遇到卡阻或楔紧现象导致接触力过大损坏工件的问题,提出一种基于导纳力控制的机器人柔性装配系统。将轴孔装配过程为搜孔阶段和调整插入阶段。首先,搜孔阶段提出一种基于阿基米德螺旋线的搜孔策略。其次,调整插入阶段提出一种基于等效质量–阻尼–弹簧的多维方向的导纳力控制装配方法。最后,选取圆形轴孔开展实际装配实验,结果表明所提出的方法能够实现机器人柔顺插孔,达到了预期效果。     

基于力-位图像学习的工业机器人柔顺装配方法研究

利用机器人进行自动装配操作时,控制装配过程的接触力和柔顺性对于保证装配质量具有重要意义。为此提出一种基于力-位图像学习的柔顺装配方法,将装配过程中的位姿和接触力信息转化为力-位图像,然后通过对力-位图像的分类学习,获得不同初始位姿情况下的柔顺装配动作策略,从而控制机器人实现柔顺装配。首先,控制机器人完成多次装配,并在装配过程中收集机器人位姿以及装配力和力矩信息;然后,利用这些信息绘制力-位曲线并将其组合成为力-位图像,基于运动方向判定算法为力-位图像自动标记装配动作标签,以构建力-位图像数据集;最后,在力-位图像数据集上对深度学习模型进行训练,并基于深度学习模型控制机器人进行柔顺装配。为了验证该方法的有效性,以RJ45连接头和连接口间的装配为例,采集了2 500次装配操作的力-位数据,共生成92 328张力-位图像及对应标签,然后基于ResNet50网络训练力-位图像分类模型,并基于该模型控制机器人进行装配实验,装配成功率达到96.7%。     

面向快速拆装的模块化机器人柔顺控制方法

在进行快速拆装任务时,模块化机器人既要有较高的伺服刚度与结构强度,又要对接触物体表现出一定的顺从特性,为此,提出一种面向快速拆装的模块化机器人柔顺控制方法。分析机器人拆装时的正逆向运动学,获取末端执行器与基座间的总坐标转换形式,以及对应关节的旋转角度,调整模块力的反馈作用,令阻抗与导纳趋于动态均衡。基于机器人与外界环境间作用力,建立模块阻抗关系,推算柔顺控制规律,利用设计的自适应柔顺控制模型,取得期望控制力,令模块到达期望位置。实验测试中,使机器人模块随实验人员手部移动,跟随运动轨迹表明,其能够较好地适应手部给予的未知力,各方向上的跟随速度与作用力拟合情况以及零件实际装配结果较为优越,具备良好的控制稳定性,且满足快速拆装时的柔顺控制基本需求。     

基于动力学前馈的空间机器人多销孔装配力柔顺控制

多组销孔对接并固定是空间站舱外可移动仪器设备的最常用安装方式,其中多组销孔的自动对接是空间服务机器人能否代替航天员完成这一任务的关键。针对这一问题,首先对多销孔配合结构的特殊受力情况进行分析,提出适合的力柔顺控制方法,并针对微重力环境下机器人控制所面临的特殊问题,采用基于动力学前馈的控制方法,直接对关节进行力矩补偿,再基于所建立的机器人关节的数学模型,对前馈算法的补偿量进一步映射到电机电流环,从而进一步加快关节响应速度,保证力柔顺装配效果,最后分别针对所提出的力柔顺装配方法和前馈算法进行了模拟微重力试验和仿真试验,试验验证了所提出的针对空间多销孔对接的力柔顺装配控制方法的有效性。该方法为空间服务机器人安全完成舱外仪器设备安装任务提供了技术支撑,并可为空间服务机器人其他任务的安全稳定控制提供借鉴。     

面向柔顺装配装夹的机器人手腕变刚度机理研究

在柔顺装配装夹过程中,不同工序对机器人手腕刚度要求不同。在刚性定位工序中,大的手腕刚度可保证机器人搬运工件定位到作业位置的精度。在装配装夹工序中,小的手腕刚度可柔顺补偿机器人装配装夹工件的位姿误差。提出了一种大范围变刚度的五自由度手腕,可实现工件的翻转、俯仰、偏转和平移。研究通过调节弹性张力改变手腕刚度的机理,实现手腕关节刚度随弹性张力的增加而线性增加。分析手腕弹性张力和几何参数对手腕变刚度特性和刚度分布的影响,通过设计手腕关节的几何参数实现手腕刚度分布保持不变。研究变刚度手腕刚性定位与柔顺装配装夹的机理,建立手腕装配装夹过程中的形变位姿模型和补偿工件位姿误差的空间模型,得到手腕刚度随手腕位姿的变化模型,实现手腕克服阻力完成装配装夹作业。实验结果表明机器人手腕可大范围变刚度,满足刚性定位与柔顺装配装夹要求。     

砂带抛光机器人力/位混合主动柔顺控制研究

以复杂曲面为加工对象,将机器人、砂带机和在线恒力控制算法相结合构成机器人恒力抛光控制系统。对抛光系统加工过程中所受作用力进行分析,根据机器人运动学坐标变化,提出重力补偿算法,消除工件重力对恒力抛光控制系统的干扰。建立力/位置混合机器人主动柔顺控制策略,提出了基于最小二乘参数辨识的力控模型求解方案,并基于模糊PID完成过程控制,实现对抛光力的恒定控制。通过对卫浴五金件的磨抛实验,结果表明该算法可以有效的实现机器人柔顺控制,保持恒力磨抛。     

工业机器人抛光作业的主动柔顺控制系统

针对抛光作业过程中的恒力问题,研究了工业机器人恒力抛光作业的主动柔顺控制系统。通过六维力传感器对采集到的力信号进行了滤波、重力补偿,得到抛光工具与工件间的实际接触力;采用模糊PID控制策略,控制恒力补偿装置实现柔顺位置补偿,保证抛光工具与工件间恒定的接触力,从而完成机器人对工件柔顺恒力抛光作业的要求。该方案可以满足抛光机器人对位置和力分别控制的要求。     

有机玻璃研磨抛光机器人力控制研究

以有机玻璃为研抛加工对象,将机器人离线路径规划与在线力控制结合起来组成机器人研抛控制系统。对研抛工具在加工过程中所受作用力进行了分析,根据柔性机构与主动柔顺控制,建立了一种主被动柔顺控制研抛模型。通过工具重力计算,提出了基于工具负载的重力补偿算法,用于消除研抛加工过程中产生的重力的干扰。提出了基于阻抗内环的力外环控制策略,实现了对研抛力的无静差跟踪。试验结果表明,该方法通过计算期望力与实际力的误差对机器人轨迹进行修正,实现了机器人相对恒定的力控制效果。     

固高工业机器人力/位混合控制

针对固高工业机器人末端主动柔顺控制实现问题,改进并设计了力/位混合控制系统.采用PC+PCI总线采集控制卡的结构,给出了相应的硬件及软件实现方法.实验表明该系统具有良好的稳定性和动态性能.     

基于假想柔顺控制的可穿戴型膝关节机器人的运动控制

为了让膝关节机器人能够对外界作用力具有顺从的能力,提出一种基于作用力/速度的假想柔顺控制策略。通过获取膝关节机器人与人腿间的作用力信息来控制电机的转速和转动方向,从而为人的行走提供助力。采用PID控制算法实现对直流电机地准确控制,实验的结果表明假想柔顺控制策略和PID控制算法是有效的。     

气动柔顺末端打磨自抗扰力控制

为解决机器人打磨风电叶片过程中由于理想打磨轨迹和实际打磨轨迹有偏差导致打磨质量差的问题,文中设计了一种安装在机械臂末端的气动柔顺末端执行器,气动柔顺末端控制器控制工件的打磨力,机器人控制器控制打磨末端位姿。由于气动柔顺末端力控制过程中存在强非线性、模型不精确及参数摄动、机器人运动、打磨小车振动等不确定性扰动,在气动柔顺末端建模的基础上设计线性扩张状态观测器、跟踪微分器,提出了自抗扰(ADRC)打磨力控制律。仿真和试验结果表明：该方法有效减小了磨削过程中力的波动,提高了风电叶片表面质量,更好地避免了磨削烧伤,具有抗干扰性强、稳定性强及效率高等特点。     

机器人柔顺力控装置研究

机器人自动化抛光过程中,工具与工件间的接触力控制尤为重要.基于主动柔顺控制的原理,提出了面向工业机器人的柔顺力控装置及控制方法.进行了系统的结构设计和动力学建模,基于BP神经网络PID算法,设计了该柔顺力控装置的自适应控制策略.最后进行力控跟踪实验,实验结果表明,柔顺力控装置能够保证打磨过程中工件与工具之间的接触力恒定...     

机器人磨抛力柔顺控制研究进展

低成本、高灵巧度机器人在磨抛领域中的应用越来越广,而对机器人磨抛力的柔顺控制是降低工件表面粗糙度、获得高形状精度和表面完整性的关键。综述了国内外学者在机器人磨抛力主动柔顺控制策略、被动柔顺控制装置、主被动柔顺控制方法等方面的主要研究成果,分析了各种典型控制方法的原理及实现过程,比较了各方法的优缺点,并指出了目前研究存在的问题。最后总结了关键技术难点并展望了发展趋势。     

主动柔顺抛磨力在协作机器人的控制方法

提出了一种基于主动柔顺的机器人抛磨力控制方法,该力反馈末端执行器将被安装到ur协作机器人末端法兰的集成单元中。基于主动柔性装置的力/位混合控制策略,提出了抛磨系统控制装置控制机器人的位置并控制位置控制。通过集成一个力传感器,测量抛磨力并反馈给控制器,根据抛磨的预先计划要求对其进行调节。协作机器人末端执行器具有抛磨头,机器人控制器的力控算法操作抛磨头,从而实现恒力抛磨,以提供抛磨工具的柔度。在建模分析之后,使用复合非线性反馈控制算法来改善协作机器人本体的力控动态瞬时反映效果。经过实验表明,基于主动柔顺的机器人抛磨力控制算法可以有效的跟踪和补偿力和位置数据,具有较好的减振效果和显著的力跟踪效果。     

六自由度平台动力学前馈柔顺控制研究

与串联机器人相比,六自由度平台具有刚度高、承载能力大等优点,更适合于大型工件的装配.当机器人处于对接和装配状态时,机器人末端受到来自外部环境的力和力矩作用,对机器人的柔顺控制是执行任务的基础.提出了一种基于摩擦补偿的动力学前馈柔顺控制方法,首先建立Stewart平台的动力学模型,利用库仑摩擦模型和黏性摩擦模型对伺服电动...     

轴孔装配作业机器人力控制系统设计

机器人装配作业是实现自动化生产的基本要求,在智能制造生产线中占有十分重要的地位。文中提出了一种基于力控制的工业机器人装配系统,它由机器人本体、六维力传感器、自主设计的控制系统组成。本系统中利用六维力传感器采集机器人末端受到的外力/力矩,将采集的数据进行滤波、重力补偿处理后,通过导纳控制策略控制机器人关节运动,从而调整机器人末端的姿态,实现轴孔的柔顺自动装配。文中详细阐述了系统的硬件组成原理和基于导纳控制的软件控制策略。以孔轴配合φ25H7/g6的零件为例,进行了实际装配作业试验,试验结果证明,系统能够完成孔轴配合为φ25H7/g6零件的装配作业,达到了预期效果。     

基于人机合作的核运维机器人轴孔装配研究

为了提高核设施日常运行维护的效率,同时降低工作人员的受辐射剂量,针对CAP1400核电厂示范工程项目的任务需求,重点考虑核电厂堆外核测探测器安装过程中探测器与仪器井的轴孔柔顺装配问题,提出一种基于人机合作的核运维机器人轴孔装配方法。根据核运维机器人在核电厂环境中的运行特点,将轴孔装配任务分为搜索阶段和插入阶段。在搜索阶段搭建主从机械臂遥操作控制系统,将销钉放置在孔的中心位置。在插入阶段基于深度强化学习算法模型,以从端机械臂末端的力反馈和销钉位姿两种信息为依据构建马尔科夫决策过程,通过训练得到从端机械臂当前状态与动作的映射关系从而获取最优控制策略,依据力反馈信息实时调整销钉的位置和方向,控制销钉插入孔中。最后通过在真实场景中搭建的主从异构遥操作系统以及在仿真环境webots中建立的简化轴孔装配仿真验证了上述方法的可行性。