一种基于自适应阻抗控制的双机器人协同装配方法及系统

本发明涉及断路器装配，尤其涉及一种基于自适应阻抗控制的双机器人协同装配方法及系统。

背景技术：

1、断路器是配电系统中的重要?；ば栽骷?，具有漏电?；?、过载?；ず投搪繁；さ裙δ?，因而在工业、民用等领域有着广泛的应用。装配作业作为产品成型的最后一道工序，是断路器生产制造重要的组成部分之一。当前工业装配单元多为独立工位工作的单机械臂，这种方式部署的机械臂只能适应特定的工作环境，并且需要依赖于专用的工装夹具以及适配的姿态调整辅助机构，只能完成单一规格零件装配，无法适应多种复杂零件的高效柔性化装配生产需求。

2、在机器人运动轨迹确定的情况下，传统机器人控制方法通常包括pid运动控制方法和导纳控制方法，pid运动控制方法通过pid运动反馈来保证运动状态收敛到参考值；导纳控制方法通过机器人末端六维力传感器测得的力、力矩误差转换为机器人的位置误差从而实现力跟踪控制。由于断路器内部结构复杂，零部件尺寸小且形状不规则，造成零件的定位误差、机器人运动、传感器等方面存在的不确定性，使得常规的位置控制难以顺利完成装配作业。例如，断路器含有一类轴孔零件即磁组件，磁组件由铁芯与线圈组成，装配机器人在具有环境约束的工作空间内或生产线上完成此类零部件的组装作业，因运行在受限的工作环境中且双臂会与轴孔形成闭链从而对装配造成影响，机器人柔性、高精度轴孔装配作业任务的完成在很大程度上依赖于末端机械手的自适应控制。

3、授权公布号为cn115971881a的专利公开了一种多机器人协同断路器柔性装配单元及其系统，其中多机器人协同控制单元主要完成多机器人的协同控制，在协同作业条件下对断路器多零件位姿进行调整，规划和设计协同机器人臂的轨迹，按照相应的工艺进行协同装配作业。但是，多机器人协作装配工艺没有考虑协作过程目标零件会与双臂机器人形成闭链，闭链系统会受到外界干扰和系统测量误差，使得机器人末端会形成位置偏差，不断变化的位置偏差会导致目标零件或者机器人本体收到损坏。此外，并没有考虑双臂对被操作零件的受力情况，也没有考虑被操作零件受到外部干扰的情况，如果存在外界环境干扰，该方案并不具备自适应性调整机器人末端轨迹，从而造成装配失败。同时，基于主从策略的协调控制中，从机器人动作有可能会根据主机器人快速运动而失去稳定性，因此主从控制策略降低了断路器装配效率。

4、为了解决上述问题，亟需提出一种基于模糊自适应力跟踪控制的双机器人装配方法，最终实现断路器装配精度与效率的提高。

技术实现思路

1、本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种基于自适应阻抗控制的双机器人协同装配方法及系统，用以解决现有断路器装配失败、部件损坏及效率低等问题，提高了装配精度与效率。

2、为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于自适应阻抗控制的双机器人协同装配方法，所述方法包括以下步骤：

3、实时接收两个六维力传感器分别安装在相应一个双机器人机械臂末端夹爪上并随预定的各机器人运动轨迹进行运动时所采集到的接触力信号，并待对两个实时接收到的接触力信号均进行过滤处理之后，进行重力补偿分析，以得到实时补偿后的两个接触力；其中，每一机器人运动轨迹均是基于机器人的d-h参数表、机器人的已知关节角和机器人装配过程中存在的闭链约束关系，通过正逆运动学求解得到的；

4、建立基于位置的阻抗控制模型与模糊控制器，根据所得到的实时补偿后的两个接触力，通过所述模糊控制器对所述阻抗控制模型的参数进行自适应调节；

5、根据参数调节后的阻抗控制模型，对所得到的实时补偿后的两个接触力进行修正并实时输出为各机器人的实际作用力，以实现断路器自适应阻抗控制，完成断路器柔性装配。

6、其中，基于机器人的d-h参数表、机器人的已知关节角和机器人装配过程中存在的闭链约束关系，通过正逆运动学求解得到每一机器人运动轨迹的具体步骤包括：

7、根据当前机器人的型号，确定当前机器人的d-h参数表，并基于当前机器人的d-h参数表，构建出当前机器人的仿真模型，且结合当前机器人所预选的多个已知关节角，通过正运动学求解出当前机器人机械臂上末端夹爪的运动范围；

8、根据双机器人装配过程中存在的闭链约束关系，即可通过断路器零件被夹持的期望位姿信息，得到当前机器人机械臂上末端夹爪的位姿，进一步通过机器人逆运动学得到当前机器人机械臂上各关节旋转弧度，得到当前机器人的运动轨迹。

9、其中，通过公式得到双机器人机械臂上末端夹爪的位姿；其中，

10、e1tl、e2tl与双臂夹持装配的接触点有关系，均为定值矩阵，可以预先得到；wto1、wto2通过目测视觉标定得到的坐标变换矩阵；o1te1、o2te2分别为相应一个机器人机械臂上末端夹爪的位姿。

11、其中，所述阻抗控制模型的表达式为其中，xr为机械臂末端夹爪的参考位置；xd为通过补偿后的机械臂末端夹爪的期望位置，xd＝xc；xc为机械臂末端夹爪的真实位置；xe为环境真实位置；fd、fe分别为机械臂末端夹爪与环境之间接触力的期望值和真实值；m、b、k分别为惯性、阻尼和刚度系数，并均为所述阻抗控制模型的参数；

12、其中，所述阻抗控制模型的参数的调节规律为m0、b0分别为惯性及阻尼的初始参数值；k1、k2、c1、c2为量化因子，其均为固定值；δm、δb均为所述模糊控制器的输出变量，即模糊解。

13、其中，所述模糊控制器的输入变量为δt为所述模糊控制器中预设变量，其对应为单位时间。

14、本发明实施例还提供了一种基于自适应阻抗控制的双机器人协同装配系统，包括：

15、重力补偿单元，用于实时接收两个六维力传感器分别安装在相应一个双机器人机械臂末端夹爪上并随预定的各机器人运动轨迹进行运动时所采集到的接触力信号，并待对两个实时接收到的接触力信号均进行过滤处理之后，进行重力补偿分析，以得到实时补偿后的两个接触力；其中，每一机器人运动轨迹均是基于机器人的d-h参数表、机器人的已知关节角和机器人装配过程中存在的闭链约束关系，通过正逆运动学求解得到的；

16、参数调节单元，用于建立基于位置的阻抗控制模型与模糊控制器，根据所得到的实时补偿后的两个接触力，通过所述模糊控制器对所述阻抗控制模型的参数进行自适应调节；

17、修正装配单元，用于根据参数调节后的阻抗控制模型，对所得到的实时补偿后的两个接触力进行修正并实时输出为各机器人的实际作用力，以实现断路器自适应阻抗控制，完成断路器柔性装配。

18、其中，通过公式得到双机器人机械臂上末端夹爪的位姿；其中，

19、e1tl、e2tl与双臂夹持装配的接触点有关系，均为定值矩阵，可以预先得到；wto1、wto2通过目测视觉标定得到的坐标变换矩阵；o1te1、o2te2分别为相应一个机器人机械臂上末端夹爪的位姿。

20、其中，所述阻抗控制模型的表达式为其中，xr为机械臂末端夹爪的参考位置；xd为通过补偿后的机械臂末端夹爪的期望位置，xd＝xc；xc为机械臂末端夹爪的真实位置；xe为环境真实位置；fd、fe分别为机械臂末端夹爪与环境之间接触力的期望值和真实值；m、b、k分别为惯性、阻尼和刚度系数，并均为所述阻抗控制模型的参数；

21、其中，所述阻抗控制模型的参数的调节规律为m0、b0分别为惯性及阻尼的初始参数值；k1、k2、c1、c2为量化因子，其均为固定值；δm、δb均为所述模糊控制器的输出变量，即模糊解。

22、其中，所述模糊控制器的输入变量为δt为所述模糊控制器中预设变量，其对应为单位时间。

23、实施本发明实施例，具有如下有益效果：

24、本发明针对未知的环境下的力跟踪问题，通过设计一种基于模糊控制器的自适应律来补偿环境位置的不确定度，以消除传统定阻抗的力跟踪误差，并在进行闭链约束下的协同装配时，基于及时补偿跟踪位置与力误差，在线计算运动的修正量，将每个机器人末端夹爪的操作力控制在期望的范围内，进而提高断路器装配效率与装配精度，从而解决了现有断路器装配失败、部件损坏及效率低等问题，提高了装配精度与效率。