【摘 要】
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随着科技的发展,机器人技术在工业上得到了广泛应用。机器人取代人来完成工业生产过程中的物体抓取、打磨、装配等工序时,不但要求工业机器人具有高精度的位置控制,而且还应具有与外部约束环境良好交互的功能。本文针对国产华数牌603（HSR-JR603）型六自由度工业机器人设计了一套主动柔顺装配系统,并实现轴孔高精度柔顺装配。其主要工作内容如下:首先,建立了机器人运动学模型和轴孔装配模型,并进行了仿真分析与验
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随着科技的发展,机器人技术在工业上得到了广泛应用。机器人取代人来完成工业生产过程中的物体抓取、打磨、装配等工序时,不但要求工业机器人具有高精度的位置控制,而且还应具有与外部约束环境良好交互的功能。本文针对国产华数牌603（HSR-JR603）型六自由度工业机器人设计了一套主动柔顺装配系统,并实现轴孔高精度柔顺装配。其主要工作内容如下:首先,建立了机器人运动学模型和轴孔装配模型,并进行了仿真分析与验证,据此制定了轴孔装配流程。采用标准DH法对603型机器人运动学建模,推导了运动学模型的正逆解,并使用机器人工具包验证了正逆解的正确性。根据孔的类型分别建立倒角孔和直角孔装配模型,并对两种模型在轴孔接触阶段、倒角依从运动阶段、位姿调整阶段过程中轴的受力进行分析,根据仿真结果分别制定倒角孔和直角孔的装配步骤。其次,针对力传感器采集的实时数据中包含高斯白噪声问题和轴末端实际接触力受到轴重力分量影响问题,分别提出使用卡尔曼滤波算法和基于最小二乘法的重力补偿方法对力信息进行处理。实验验证了所提出的方法对解决噪声抑制及消除工具重力影响的有效性,提高了轴末端接触力的准确性。然后,为了解决机器人从自由运动空间到约束空间的切换产生的力冲击问题和力控制器跟踪精度问题,设计了具有力控制功能的机器人装配控制方案。针对提出的装配方案结合模型参考自适应控制理论设计了恒力控制器和姿态顺应控制器,并且进行了仿真实验。所设计的力控制器在装配过程中具体表现在两个方面:其一,在轴的XYZ方向上进行恒力控制,能够减小轴孔接触瞬间的力冲击及提高力跟踪精度。其二,在绕轴的XYZ三个方向上进行姿态控制,实现装配过程中轴的姿态顺应功能。最后,使用Codesys实现了力控制算法和机器人运动控制算法的编程,避免了使用二次开发接口带来力控制的非实时性问题,提高了力控制的响应速度。并分别进行了力传感器的滤波和重力补偿实验、机器人拖动及平面恒力跟随实验、机器人倒角孔和直角孔装配实验。
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