工业机器人柔顺控制与轴孔装配研究

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工业机器人已经广泛应用在各个领域,但随着柔性制造任务需求的不断提升,传统高刚度高精度的位置型工业机器人控制系统已经无法满足柔性制造的需求。本文针对工业机器人轴孔装配过程中轴和孔位姿不确定情况下的柔顺装配问题,研究基于力/力矩传感器的六自由度工业机器人主动柔顺装配控制算法,实现工业制造中的典型轴孔装配任务。本课题的研究内容由以下三个部分组成:1)设计了工业机械臂柔顺轴孔装配平台。以UR5机械臂为实验平台,结合轴孔装配场景要求,采用机械臂末端执行器模块Robotiq-G85、力传感器测量模块ATI mini45,搭建了机器人硬件平台;开发了机械臂运动规划与控制、末端夹具控制、力传感器数据采集、传感器重力补偿、柔顺控制等软件模块,并将以上软件模块集成到ROS系统中,为柔顺装配研究打好基础。2)设计了基于支持向量机的随机倾角底座装配算法。针对装配过程中底座非水平造成的轴孔装配出现偏差,导致轴不能顺利入孔的情况,本文设计了基于支持向量机的接触状态判断模型,以引导轴孔装配的姿态调整,解决装配过程中工件与随机倾角底座接触状态难以确定的问题,实现了-30°~30°范围内任意倾角底座轴孔装配的目标,装配成功率达98%。3)设计了基于强化学习的机械臂搜孔与插孔方法。在搜孔阶段,针对机械臂轴孔装配过程中出现的轴孔位置偏差问题,提出了一种基于强化学习(Actor-Critic)和力位混合控制相结合的搜孔算法,实现在真机实验中使用较少步数搜到孔。在插孔阶段,针对固定阻抗控制参数不能适应动态插孔任务的问题,采用强化学习(Actor-Critic)实时生成动态阻抗控制参数的插孔算法,在仿真中完成高精度插孔任务,插孔过程接触力控制在10以下,力矩控制在0.7以下,插孔过程安全稳定。
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