基于遥操作的机器人主动柔顺装配研究

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在现代工业生产中,装配作业占据大量的人力,亟需机器人替代人工完成各种装配任务。传统的机器人应用是通过示教编程人工设定运动轨迹进行保存,作业时再将保存的轨迹复现出来,但在危险环境、高温环境和空间狭小区域等人无法直接到达的地方进行机器人示教显得十分不便;另一方面针对轴孔装配作业,通过示教再现装配的方式,当装配工件出现小幅度位姿偏移时,容易导致装配失败。针对上述问题,本文以轴孔装配作为研究对象,提出一种通过遥操作控制机器人进行远程示教,将导纳控制的策略与示教再现相结合的主动柔顺装配方法,实现了小幅度位姿偏移下的主动柔顺轴孔装配。首先,本文对机器人轴孔装配相关理论进行了深入分析和研究,重点分析了装配间隙和装配接触力对装配的影响,设计了整个装配的流程。然后结合导纳控制理论设计了机器人位置和姿态的更新方法。考虑到力传感器的噪声干扰,设计了一种兼具平滑性和实时性的滤波算法,并验证了其有效性。其次,对机器人的正逆运动学进行了详细的推导,建立了机器人的运动学模型,验证了运动学模型和公式推导的正确性。研究了主从遥操作机器人的运动空间映射,完成了基于笛卡尔空间增量映射的理论分析与实验,为后续遥操作示教装配提供了基础。然后,搭建了基于遥操作的机器人主动柔顺装配软硬件系统。系统由协作机器人、力传感器、工控机和力反馈遥操作设备等组成,其软件采用C++语言和Qt软件开发了人机交互界面,并通过对Linux的系统内核进行实时性改造,满足了系统实时性要求。最后,使用主动柔顺装配系统进行了一系列柔顺实验,验证了机器人的柔顺性和远程控制机器人示教的可行性。机器人主动柔顺装配过程平稳,遇到卡阻的情况能够主动调节其位置和姿态,实现了间隙配合的轴孔φ20H7/f7在初始相对位置误差小于2mm,偏角小于2°情况下的主动柔顺装配。
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