一种基于机器人力位混合控制的飞机部件装配系统及方法与流程

2021-01-19 19:01:08|

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本发明涉及机器人装配技术，具体的，涉及一种基于机器人力位混合控制的飞机部件装配系统及方法。

背景技术：

传统的工业机器人都属于位置控制型。这种基于位置控制型的机器人可以胜任某些任务，比如焊接、喷漆、搬运。事实证明，位置控制型的机器人可以胜任机器人与外部环境不发生接触的任务或者机器人需要和环境接触但是对接触力控制要求不高的任务。而飞机大部件装配作为工业机器人的一个特殊的应用领域，任务的特性决定了机器人在装配过程中需要达到精准、柔顺和人机协同的要求，并且需要实时监视和控制飞机与部件之间的接触力，仅仅控制机器人的位置是远远不够的，接触力和柔顺性的控制好坏往往决定对接任务是否可以成功完成。

技术实现要素：

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种基于机器人力位混合控制的飞机部件装配系统及方法。

一种基于机器人力位混合控制的飞机部件装配系统，包括柔性抓手(1)、关节机器人(2)、agv小车(3)、、产品夹具(4)、六维力传感器(5)和控制器；其中：

所述柔性抓手(1)固定于产品夹具(4)上，实现飞机大部件的抓取动作；

所述关节机器人(2)的机座固定于agv小车(3)上，通过总线连接控制器传输数据，且末端法兰处安装有六维力传感器(5)，同时产品夹具(4)与柔性抓手(1)固定于其机械臂末端，控制器下发的指令实现飞机部件抓取与装配；

所述agv小车(3)为系统的机动设备，运载配件至特定工位；

所述六维力传感器(5)数据输出端连接控制器数据输入端，实时监视飞机与部件之间的接触力；

所述控制器内含多处理系统，支持远程遥控机器人抓取工件。

优选的，所述柔性抓手(1)包括四个方向不同的夹抓。

优选的，所述关节机器人(2)为六轴机器人，且机器人负载为150kg-300kg。

优选的，所述agv小车(3)表面设有操作面板，设定agv小车工作路线同时监测小车的运行状态

优选的，所述关节机器人(2)采用导纳算法和力位混合控制算法结合装配工件。

优选的，所述控制器内还包括pci总线、大容量闪存盘、usb存储接口和示教器。

一种基于机器人力位混合控制的飞机部件装配方法，包括如下步骤：

s1：agv小车根据指令前往工作站，机器人自动运动到工件上方；

s2：启动力控牵引功能，同时调节机器人末端执行机构，使抓手刚好贴合工件；

s3：机器人关闭抓手的夹抓，举起工件呈运输姿态；

s4：agv车通过地面标识前往飞机旁的装配站位；

s5：调整机器人为装配位资；

s6：工人启动力控牵引功能，将工件通过拖拽的方式将轴插入到飞机装配孔中；

s7：启动力控自动插入；

s8：打开夹抓，机器人退后，agv车回停放站位。

进一步的，所述步骤s7包括4个阶段：接近阶段、倒角阶段、插入阶段、插入完成。

优选的，所述装配过程中控制器全程监控工件的外部环境力和机器人位资，若接触力异常和/或机器人位资异常时将停止工件装配并报警。

本发明的有益效果：在机器人末端法兰中安装六维力传感器进行接触力采集，部件装配过程中利用获取的力信息，进行算法控制实现顺从，使得装配效率提高50％。；装配精度提高；同时避免了因为在装配过程中接触力过大而造成工件和飞机的损伤；减少了40％的人工；减少工人在装配过程中受伤的风险；实现装配作业的过程参数可视化和可控化。

附图说明

图1为本发明的系统装置图。

图2为本发明的局部装置图。

图3为本发明的装配流程图。

图4为本发明的系统控制图。

图5为本发明的主轴受力分析图。

图中：(1)-柔性抓手、(2)-关节机器人、(3)-agv小车、(4)-产品夹具、(5)-六维力传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述。

如图1和图2所示，一种基于机器人力位混合控制的飞机部件装配系统，包括柔性抓手(1)、关节机器人(2)、agv小车(3)、产品夹具(4)、六维力传感器(5)和控制器；其中：

所述柔性抓手(1)固定于产品夹具(4)上，实现飞机大部件的抓取动作；

所述agv小车(3)为系统的机动设备，运载配件至特定工位；

所述六维力传感器(5)数据输出端连接控制器数据输入端，实时监视飞机与部件之间的接触力；

所述控制器内含多处理系统，支持远程遥控机器人抓取工件。

需要理解的是，所述柔性抓手(1)包括四个方向不同的夹抓。

需要理解的是，所述关节机器人(2)为六轴机器人，且机器人负载为150kg-300kg。

需要理解的是，所述agv小车(3)表面设有操作面板，设定agv小车工作路线同时监测小车的运行状态。

需要理解的是，所述关节机器人(2)采用导纳算法和力位混合控制算法结合装配工件。

需要理解的是，所述控制器内还包括pci总线、大容量闪存盘、usb存储接口和示教器。

如图3所示，一种基于机器人力位混合控制的飞机部件装配方法，包括如下步骤：

s1：agv小车根据指令前往工作站，机器人自动运动到工件上方；

s2：启动力控牵引功能，同时调节机器人末端执行机构，使抓手刚好贴合工件；

s3：机器人关闭抓手的夹抓，举起工件呈运输姿态；

s4：agv车通过地面标识前往飞机旁的装配站位；

s5：调整机器人为装配位资；

s6：工人启动力控牵引功能，将工件通过拖拽的方式将轴插入到飞机装配孔中；

s7：启动力控自动插入；

s8：打开夹抓，机器人退后，agv车回停放站位。

需要理解的是，所述步骤s7包括4个阶段：接近阶段、倒角阶段、插入阶段、插入完成。

需要理解的是，所述装配过程中控制器全程监控工件的外部环境力和机器人位资，若接触力异常和/或机器人位资异常时将停止工件装配并报警。

需要理解的是，步骤s7启动力控自动插入功能，机器人将会沿着工件主轴方向施加一个装配力，工件会沿着主轴方向进行最后的装配，在主轴前进的过程中，机器人会根据接触力的大小和方向实时调整工件主轴的位姿态，直到主轴完全插入飞机装配孔中。

如图4所示，一种基于机器人力位混合控制的飞机部件装配系统控制图。

需要理解的是，首先需要建立力传感器所受力和力矩与机器人末端的机械手坐标系的转换关系t：

需要说明的是，装配系统通过转换关系可将力反馈映射到机器人基座坐标系下，机器人通过该力反馈在控制机器人做出相应的运动。

需要理解的是，力位混合控制应用在飞机装配过程中时分两步，首先通过人工牵引主轴进入轴孔进行粗定位，然后机器人根据主轴的受力来调整位姿并将主轴插入轴孔内。

需要说明的是，因为已经对力传感进行零位标定，在通过重力补偿后力传感器将只检测外部施加的接触力。当启动力控牵引程序后，系统将检测到人工牵引力。人工施加的外力是不稳定的，在进行动态滤波后可以得到一个稳定平滑的力反馈数据。在得到机器人终端执行机构自由度所受人为约束力后，则该方向进行机器人位姿调整，那么该约束方向上的位置误差应当被忽略，此时可以利用空间位置矢量对机械手臂进行力控制优化，利用机械手臂末端的冗余性来优化机器人的运动性能。在对雅可比矩阵以及伪逆矩阵的求解后得到机器人各个关节运动速率，使机器人能够不断改变位姿以维持完全不受外力的状态，在宏观状态下就是人牵引着机器人移动。

需要说明的是，在整个装备过程中将实时约束机器人的位移和速度，并在检测的超出限制的力反馈后将停机报警。同时监控画面上也将实时显示机器人运动轨迹、运动速度和力反馈数据。

图5为主轴在插入时的受力分析图。

需要说明的是，主轴在初定位后，主轴除了受到轴向力外，还会受其他方向的力和力矩，在启动机器人主动装配算法后，机器人将调整位姿来消除主轴方向外的力和力矩。并且在主轴方向不断实现脉冲力来引导主轴插入轴孔。

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