基于六维力传感器的柔顺装配理论与实验研究

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柔顺控制技术是针对工业生产中与外界环境接触的任务提出的,为机器人配备高精度的力觉传感器以及力反馈控制系统,可使机器人具备对外界环境柔顺控制的能力,大大提高产品的生产效率和质量。本文基于机器人力控制的思想,研发了一套柔顺装配控制系统,该系统能够通过自身的力觉感知能力对装配力进行检测,并根据力反馈信息来控制整个装配过程。首先对柔顺装配相关理论进行深入的分析和研究,将装配过程离散化为不同的相对几何位置关系作为不同的装配状态,基于螺旋理论和虚功原理对这些不同的装配状态进行辨识,然后对装配过程中位姿变换进行研究,推导出各个状态下六维力和位姿偏差的关系,制定出装配方案。其次,对柔顺装配系统的总体结构进行设计,采用6-PUS/UPS并联机器人作为该系统的执行机构,采用整体预紧式并联六维力传感器作为其力觉感知机构,建立整个系统的逻辑结构关系。利用面向对象的方法进行了系统功能需求分析,采用VisualC++6.0作为开发平台,开发了柔顺装配控制系统,该系统具有数据采集和处理、受力状态实时显示、伺服控制以及机器人力反馈等功能。其中数据采集和处理部分采用了Visual C++6.0与LabVIEW8.2两种程序设计软件开发,通过实时性对比最终选择将采用Visual C++6.0开发的程序用于柔顺装配系统。该系统能够感知外界受力情况并结合反馈控制算法实时地进行位姿偏差的调整,为柔顺装配实验研究奠定了基础。最后,应用研发的柔顺装配系统,针对柔顺装配中的典型作业轴孔装配进行实验。实验过程中并联机器人可有效的通过力反馈控制进行轴孔位姿偏差的调整,装配过程平稳、连续,无楔紧、卡阻等现象。另外对实验数据进行分析和研究,验证了该系统控制算法的正确性以及整个柔顺装配系统的可行性、有效性。
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