专利名称：一种装配力和刚度综合补偿方法
技术领域：
本发明涉及一种装配力/刚度综合补偿方法，属于精密装配技术领域，用于零件 的精密装配。
背景技术：
在精密装配中，多个被装配零件间需要保证一定的位置精度。实际装配中，尤其是 过盈配合装配过程中，装配力会导致零件夹持机构和驱动机构受力变形，使得零件实际位 置偏离理想预设位置，由此带来位置误差，影响装配精度，而不同零件由于其制造公差，装 配时的装配力不同，因此很难对装配力的作用进行补偿，提高装配精度。通常，在精密装配作业中，装配系统的末端执行器驱动被装配元件运动至预设位 置，当装配作业时存在较大装配力时，仅仅通过单一的位置控制往往难以实现对装配零件 的精确的定位。可以采用智能力/位置混合控制，运动平台系统位置控制器采用专家PID 控制；力控制器采用自适应模糊与滑模控制相结合的控制方法，可以获得较好的位置控制 精度。魏立新，田学静，王洪瑞，赵静波，微特电机，2009 (8)，53-55。也有采用自适应控制 器在线估计系统参数，在参数自适应律中引入死区控制，当机器人末端执行器运动轨迹误 差进入事先确定的死区误差带，自适应将停止作用。虽然死区的引入增大了参数估计误差， 降低了自适应控制器的控制性能，但滑模变结构控制却能够消除系统参数的估计误差和外 界不确定因素的影响，使末端执行器沿环境约束表面运动，这样既能保证自适应控制系统 对运动和力轨迹的跟踪性能，又能保证系统具有较强的鲁棒性能高道祥，薛定宇，陈大力， 系统仿真学报，2007 (19)，348-350。采用自适应小波滑模控制算法，将滑模控制的鲁棒性 及自适应调整能力与小波神经网络相结合，根据坐标变换得到降阶位置/力模型，针对降 阶模型采用小波神经网络在线学习系统未知动力学模型中的非线性部分，同时引入滑模控 制自动调整小波网络权值参数，对神经网络的固有逼近误差进行有效补偿，达到期望的位 置和力跟踪性能周芳，朱齐丹，姜迈，汪瞳，华中科技大学学报(自然科学版)，2009 (37)， 9-11。综上所述，已有的力/位置控制方法大多控制算法复杂繁琐，实用性不强，实际装 配作业生产中难以应用。且已有的力/位置控制算法大多针对机器人机械臂的作业控制， 实现对位置和力同时进行跟踪控制，不适用于采用运动导轨直接驱动的装配作业系统中。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种装配力/刚度综合补偿方法，用于多个零件 的装配，对不同零件的不同装配力导致的位置误差进行补偿。本发明的技术方案如下首先运动导轨带动被装配零件沿装配方向运动到预定装配位置，力传感器检测到 此时的装配力为F1，装在运动导轨上的位移传感器记录当前运动导轨的位置信息Xtl，装配 力F1会使得零件夹持机构和驱动机构受力变形并产生挠曲，使得零件的实际位置偏离预定位置；之后运动导轨驱动被装配零件沿装配反方向以1/4正向装配速度运动，在此运动过 程中力传感器实时检测装配力大小，当检测到装配力等于0. 时，停止运动导轨，位移传 感器记录当前运动导轨的位置信息X1，计算出由于装配力产生的位置偏差值AX1 =Xtl-X1, 同时计算出系统在装配力F1作用下的的刚度K = O. QSF1/ Δ X1 ；最后运动导轨驱动被装配零 件沿装配方向进行补偿，力传感器实时检测出该运动过程中的装配力F及运动导轨的位置 X，由此得到此时系统受力变形量ΔΧ2 = F/K，以及被装配零件的实际位置X' X-Δ X2，故计 算出需要补偿的位置偏差AX = Xtl-X'，当运动到ΔΧ = 0时，停止运动导轨，装配作业结 束ο本发明的效果和益处是提供了一种简单实用，易于在实际装配作业中运用的位 置补偿方法；该控制方法对装配力实时测量，实时不同装配力下的计算系统刚度，因此能保 证足够的定位精度，抗装配力的离散性强。
图1是本发明的工作流程图。图2是本发明的具体实施方式
示意图。图3是本发明的补偿原理图。图中1装配目标零件；2被装配零件；3夹持机构；4力传感器；5安装板；6位移传 感器；7运动导轨。
具体实施例方式下面结合技术方案和附图详细叙述本发明专利的具体实施例。针对轴孔类零件的过盈装配，采用装配力/刚度综合补偿方法进行位置补偿。具 体方法如下首先，运动导轨7带动安装在安装板5上的夹持结构3将被装配零件2向下运动 到装配目标零件1中的预定装配位置，力传感器4检测到此时的装配力为Fp装在运动导 轨7上的位移传感器6记录当前运动导轨7的位置信息\。第二步，运动导轨7驱动被装配零件2向上以1/4装配速度运动，在此运动过程中 力传感器4实时检测装配力大小，当检测到装配力等于0. 时，停止运动导轨7，位移传 感器6记录当前运动导轨7的位置信息&。此时，由于装配力引起的变形和挠曲可忽略不 计。计算出由于装配力产生的位置偏差值AX1 = X0-X1,同时计算出在该装配力下的装配系 统刚度 K = 0. QSF1MX115第三步，运动导轨7驱动被装配零件2向下进行运动补偿，检测该运动过程中的装 配力F及导轨位置X，由此得到此时系统受力变形量Δ X2 = F/K,则被装配零件2的实际位 置X' Χ-ΔΧ2，故计算出需要补偿的定位偏差AX = Xci-X'，当运动到ΔΧ = 0时，停止运 动导轨7，装配作业结束。
权利要求
一种装配力和刚度综合补偿方法，其特征在于如下步骤，运动导轨(7)带动被装配零件(2)沿装配方向运动到预定装配位置，力传感器(4)检测到此时的装配力为F1，装在运动导轨(7)上的位移传感器(6)记录当前运动导轨(7)的位置信息X0；运动导轨(7)驱动被装配零件(2)沿装配反方向以1/4正向装配速度运动，在此运动过程中力传感器(4)实时检测装配力大小，当检测到装配力等于0.02F1时，停止运动导轨(7)，位移传感器(6)记录当前运动导轨(7)的位置信息X1，计算出由于装配力产生的位置偏差值ΔX1＝X0 X1，同时计算出系统在装配力F1作用下的的刚度K＝0.98F1/ΔX1；运动导轨(7)驱动被装配零件(2)沿装配方向进行补偿，力传感器(4)实时检测出该运动过程中的装配力F及运动导轨(7)的位置X，由此得到此时系统受力变形量ΔX2＝F/K，以及被装配零件(2)的实际位置X′X ΔX2，故计算出需要补偿的位置偏差ΔX＝X0 X′，当运动到ΔX＝0时，停止运动导轨(7)，装配作业结束。
全文摘要
本发明公开了一种装配力/刚度综合补偿方法，用于多个零件的精密装配，对不同零件的不同装配力导致的位置误差进行补偿。在装配作业中，当被装配零件沿装配方向运动至预定装配位置，装配力会使得零件的实际位置偏离预定位置。之后控制装配零件沿装配反方向运动，当运动到实测力达到0.02装配力时，停止运动，根据导轨反向运动的位移及该过程中的装配力变化值计算系统刚度，然后再控制运动导轨沿装配方向运动，测量该次装配作业中的装配力，并依据更新后的系统刚度，计算装配力导致的位置误差并补偿，使被装配零件到达实际目标位置。本发明提供了一种易于在实际装配作业中运用的位置补偿方法，抗装配力的离散性强，且能保证足够的定位精度。
文档编号B23Q23/00GK101972929SQ20101050142
公开日2011年2月16日 申请日期2010年10月9日 优先权日2010年10月9日
发明者张涛, 王密信, 王晓东, 罗怡 申请人:大连理工大学