在工业生产中装配自动化具有重要意义,尽管通过传统力控制方法,机械臂自主装配已在部分行业中得到应用,但随着一般制造业对柔性化要求不断提高,仅通过示教再现和力控制的装配方法体现出越来越多的局限性,尤其是在一类细长轴装配中。本文围绕以细长轴和深孔为对象的轴孔装配所具有的特点,针对轴孔对准和轴孔接插两个阶段中各自存在的问题,通过引入非接触式单目固定相机的视觉反馈,设计了面向细长轴轴孔装配的机械臂感知和控制方法。本文的主要研究内容如下:1.在细长轴轴孔对准中,由于细长工具在非垂直装配中可能发生的塑性形变和弹性形变会改变工具参数,造成末端位姿精确控制的困难,本文提出了基于视觉伺服的形变细长轴轴孔对准方法。该方法选取了细长轴末端在图像上投影形成的两个点和两条直线作为图像特征,并对末端形变量进行建模,推导了图像特征与机械臂关节的微分运动关系,在深度独立视觉伺服框架下设计了自适应控制器并证明其稳定性。该方法不需要标定工具参数,也不需要细长轴长度和材料等参数的先验知识,当图像特征收敛至期望特征时即完成了轴孔对准。2.在细长轴轴孔接插中,接插行程往往较长,为了减小对环境模型的依赖性,并在工具参数未知的情况下实现同步的柔顺控制和深度控制,本文提出了基于力觉/视觉混合控制的长行程轴孔接插方法。该方法利用安装在机械臂末端的六维力传感器获取接触信息,结合机械臂运动信息,在线估计接触点局部约束方向并迭代估计了孔轴线方向,以保证力控制安全性优先的思路对力觉/视觉子空间进行分解,并在各自方向上设计了控制器。该方法对环境约束不确定性具有一定鲁棒性,为孔系加工精度不高的问题提供了解决方案。3.针对上述提出的细长轴轴孔装配方法进行了仿真和实验。首先在Matlab下对形变细长轴轴孔对准视觉伺服控制器进行了仿真,验证了其渐近稳定性。随后在Gazebo动力学仿真软件中对长行程轴孔接插混合控制器进行了仿真,验证了在线环境约束估计算法的有效性。最后搭建实验平台,分别对刚性轴和形变轴的轴孔对准和轴孔接插进行了实验,验证了所提感知和控制算法的可行性。