68]具体地,步骤D包括下述步骤:
[0069]力控制模块115的接触单元1151将接触力与设定好的接触力做差得出力补偿值，并将力补偿值转化为速度补偿值，并将速度补偿值加载到速度环1142输入上，实现接触力的反馈控制；
[0070]力控制模块115的搜孔单元1152控制装配轴170沿X方向和Y方向做搜孔运动的位置及控制Z方向的接触力及位置，再由力觉传感器130检测装配轴170与装配工件150Z方向的接触力判断是否找到正确的装配孔；
[0071]力控制模块115的插入单元1153通过力觉传感器130检测装配轴170与装配工件150间产生的XYZ的力矩值判断姿态的偏差并作出相应的姿态补偿，并控制装配轴170的Z向接触力和位置，以检测装配轴170的落底状态。
[0072]本发明上述实施例提供的轴孔装配工业机器人系统及其工作方法，所述工业机器人通过示教及轨迹规划生成一系列运动轨迹点，以使所述夹持装置夹持所述装配轴运动至所述装配孔上方；所述运动计算模块将所述运动轨迹点解析成对应时间点的关节空间下各关节角度，并传送至所述电机驱动模块；所述电机驱动模块驱动所述工业机器人运动并带动所述夹持装置夹持所述装配轴运动至所述装配孔上方；所述力控制模块根据所述接触力及所述装配轴的位置，控制所述工业机器人运动使所述装配轴与所述装配孔以设定好的接触力进行接触，将所述装配轴顺利插入至所述装配孔中。本发明提供的轴孔装配工业机器人系统能够对接触力大小进行精确的控制，针对轴孔间距小、精度要求高、对轴孔接触力有严格要求的装配作业有明显的优势，避免了因仅位置控制模式下由于位置控制精度和接触力不可控性造成的装配作业失败甚至对装配工件的损坏，解决了某些高精度装配作业下依靠人工装配的低效率低质量等问题，扩大了装配工业机器人的应用领域。
[0073]另外，本发明采用上述的轴孔装配工业机器人系统，将力控制融入装配作业中，弥补了传统位置控制在高质量高精度装配作业中的不足。采用位置与接触力同时控制的模式，通过将力觉传感器反馈与接触力设定值的差值转化为速度补偿值，并将该速度补偿值加到速度环的输入，实现了不破坏位置闭环的同时对接触力的闭环控制，装配精度高。
[0074]可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其他各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
【主权项】
1.一种轴孔装配工业机器人系统，包括: 工业机器人、轴孔装配平台、力觉传感器、夹持装置、装配工件、装配孔及装配轴，所述工业机器人包括运动计算模块、电机驱动模块及力控制模块； 所述工业机器人与所述轴孔装配平台的底座固定在同一基准面上；所述夹持装置安装于所述工业机器人的手臂末端；所述装配工件固定在所述轴孔装配平台上，所述装配工件上设有所述装配孔；所述力觉传感器安装在所述手臂末端与所述夹持装置之间，用于实时测量所述装配轴与所述装配孔间接触力； 所述工业机器人通过示教及轨迹规划生成一系列运动轨迹点，以使所述夹持装置夹持所述装配轴运动至所述装配孔上方； 所述运动计算模块将所述运动轨迹点解析成对应时间点的关节空间下各关节角度，并传送至所述电机驱动模块； 所述电机驱动模块驱动所述工业机器人运动并带动所述夹持装置夹持所述装配轴运动至所述装配孔上方； 所述力控制模块根据所述接触力及所述装配轴的位置，控制所述工业机器人运动使所述装配轴与所述装配孔以设定好的接触力进行接触，将所述装配轴顺利插入至所述装配孔中。
2.根据权利要求1所述的轴孔装配工业机器人系统，其特征在于，所述力觉传感器为六维力觉传感器，能够检测笛卡尔坐标系下三个方向的力和绕三个方向的力矩。
3.根据权利要求1所述的轴孔装配工业机器人系统，其特征在于，所述工业机器人还包括示教模块和轨迹规划模块，所述示教模块控制所述工业机器人在笛卡尔空间和关节空间下进行点动，直至所述夹持装置夹持所述装配轴到达所述装配孔正上方，并记录关键的示教点；所述轨迹规划模块将所述示教点解析成平滑的样条曲线，再将所述样条曲线按照时间点离散化成运动轨迹点。
4.根据权利要求1所述的轴孔装配工业机器人系统，其特征在于，所述电机驱动模块包括位置环、速度环和电流环，所述位置环输入包括关节空间下所述工业机器人各关节转动角度和伺服系统反馈的位置；所述速度环输入包括所述位置环计算出的关节转动速度、伺服系统反馈的转动速度和力控制计算出的速度补偿值；所述电流环输入包括速度环计算出的电流值和伺服系统反馈的电流值。
5.根据权利要求4所述的轴孔装配工业机器人系统，其特征在于，所述力控制模块包括接触单元、搜孔单元及插入单元； 所述接触单元用于将所述接触力与设定好的接触力做差得出力补偿值，并将所述力补偿值转化为速度补偿值，并将所述速度补偿值加载到所述速度环输入上，实现所述接触力的反馈控制； 所述搜孔单元用于控制所述装配轴沿X方向和Y方向做搜孔运动的位置及控制Z方向的接触力及位置，再由所述力觉传感器检测所述装配轴与所述装配工件Z方向的接触力判断是否找到正确的装配孔； 插入单元通过所述力觉传感器检测所述装配轴与所述装配工件间产生的XYZ的力矩值判断姿态的偏差并作出相应的姿态补偿，并控制所述装配轴的Z向接触力和位置，以检测所述装配轴的落底状态。
6.一种轴孔装配工业机器人的工作方法，其特征在于，包括下述步骤: 步骤A:所述工业机器人通过示教及轨迹规划生成一系列运动轨迹点，以使所述夹持装置夹持所述装配轴运动至所述装配孔上方； 步骤B:所述运动计算模块将所述运动轨迹点解析成对应时间点的关节空间下各关节角度，并传送至所述电机驱动模块； 步骤C:所述电机驱动模块驱动所述工业机器人运动并带动所述夹持装置夹持所述装配轴运动至所述装配孔上方； 步骤D:所述力控制模块根据所述接触力及所述装配轴的位置，控制所述工业机器人运动使所述装配轴与所述装配孔以设定好的接触力进行接触，将所述装配轴顺利插入至所述装配孔中。
7.根据权利要求6所述的轴孔装配工业机器人系统，其特征在于，所述工业机器人还包括示教模块和轨迹规划模块，所述示教模块控制所述工业机器人在笛卡尔空间和关节空间下进行点动，直至所述夹持装置夹持所述装配轴到达所述装配孔正上方，并记录关键的示教点；所述轨迹规划模块将所述示教点解析成平滑的样条曲线，再将所述样条曲线按照时间点离散化成运动轨迹点。
8.根据权利要求6所述的轴孔装配工业机器人系统，其特征在于，所述电机驱动模块包括位置环、速度环和电流环，所述位置环输入包括关节空间下所述工业机器人各关节转动角度和伺服系统反馈的位置；所述速度环输入包括所述位置环计算出的关节转动速度、伺服系统反馈的转动速度和力控制计算出的速度补偿值；所述电流环输入包括速度环计算出的电流值和伺服系统反馈的电流值。
9.根据权利要求6所述的轴孔装配工业机器人系统，其特征在于，步骤D包括下述步骤: 所述力控制模块将所述接触力与设定好的接触力做差得出力补偿值，并将所述力补偿值转化为速度补偿值，并将所述速度补偿值加载到所述速度环输入上，实现所述接触力的反馈控制； 所述力控制模块控制所述装配轴沿X方向和Y方向做搜孔运动的位置及控制Z方向的接触力及位置，再由所述力觉传感器检测所述装配轴与所述装配工件Z方向的接触力判断是否找到正确的装配孔； 所述力控制模块通过所述力觉传感器检测所述装配轴与所述装配工件间产生的XYZ的力矩值判断姿态的偏差并作出相应的姿态补偿，并控制所述装配轴的Z向接触力和位置，以检测所述装配轴的落底状态。
【专利摘要】本发明提供了一种轴孔装配工业机器人系统包括:工业机器人、轴孔装配平台、力觉传感器、夹持装置、装配工件、装配孔及装配轴。本发明提供的轴孔装配工业机器人系统能够对接触力大小进行精确的控制，针对轴孔间距小、精度要求高、对轴孔接触力有严格要求的装配作业有明显的优势，避免了因仅位置控制模式下由于位置控制精度和接触力不可控性造成的装配作业失败甚至对装配工件的损坏，解决了某些高精度装配作业下依靠人工装配的低效率低质量等问题，扩大了装配工业机器人的应用领域。
【IPC分类】B25J19-02, B25J13-08, B25J13-00, B23P19-00, B25J9-10
【公开号】CN104625676
【申请号】CN201310578100
【发明人】徐方, 曲道奎, 李学威, 胡金涛, 宋吉来, 邹风山
【申请人】沈阳新松机器人自动化股份有限公司
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2013年11月14日