圆-长方形复合孔件机器人装配技术研究

摘要

在产品生产过程中，装配作业占据重要地位，直接决定产品生产周期和生产效率。装配工艺作业劳动量大、任务重，如何高效开展装配作业是生产管理、设备技术等领域研究的重点。随着工业自动化技术的应用，一系列搬运、焊接、喷涂、装配等机器人出现在产品生产的各个环节中。装配的特殊之处在于工件形状各异并且需要接触环境，孔件配合间隙小，这对机器人力位控制技术和检测技术都提出了严格的要求。目前机器人装配生产线上的零件多是形状规则、完全对称，对复杂形状的装配对象研究较少，因此机器人装配仍是一个需要深入研究的领域。本文利用模块化组合式机械臂，引入力位控制策略，对圆—长方形复合孔件进行装配技术的研究。
　　为实现圆—长方形复合孔件的自动装配，首先对零件进行了几何形状分析，拟定装配策略，得出复合件需要沿三轴进行位姿调整来控制工件与孔的相对位置角度偏差。采用设计的三种系列关节模块根据装配需要组合成六自由度机械臂，并得出正逆运动学关系；其次对装配过程进行接触静力学分析，对孔件沿各平面的接触分布进行了归类。复合件装配接触状态复杂，尤其是孔内位姿调整阶段，采用空间的柔顺装配模型来推导装配力与装配深度的数学模型，得出一点、两点、三点等接触状态的受力特征。通过对阻碍装配的“卡阻”和“楔紧”现象进行了探究，分析了入孔深度和表面质量对装配的影响，得到成功装配的满足条件。
　　提出了圆—长方形复合孔件的装配策略，分为接近孔、接触、孔内位姿调整三个阶段。接近孔属于非接触状态，为特定轨迹规划粗定位孔，由最底层关节位置控制实现；接触后先搜长方孔、再搜圆孔使工件入孔；孔内根据运动是否受阻，建立复合件位置姿态与接触力的对应关系，实现主动接触力控制。装配过程中的接触力过大会阻碍装配进行，严重还会损坏工件和机器人，采用调整侧向位姿减少侧向力和力矩的方式来保证装配顺利进行，即阻抗控制。建立与环境接触的弹簧模型，结合阻抗模型分析了阻抗参数对力控制偏差的影响。
　　对装配过程的各个阶段进行控制器设计并在Matlab/Simulink进行了搭建。以圆—长方形复合孔件作为装配对象，在Adams建立机械臂模型，进行了联合仿真来验证装配策略；仿真结果表明，在保证装配成功的同时，能够将接触力控制一定范围内，验证了装配策略的可行性。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题来源、研究目的及研究意义

1.2 国内外在该方向的研究现状

1.3 总结与分析

1.4 本文主要研究内容

第2章 机器臂模块化组合设计及运动学分析

2.1 引言

2.2 机械臂机构构型及方案设计

2.3运动学分析

2.4本章小结

第3章 圆—长方形复合孔件装配接触分析

3.1 引言

3.2 复合孔件装配接触状态分析

3.3 动态卡阻分析

3.4 动态楔紧分析

3.5 本章小结

第4章 装配控制策略及力位控制研究

4.1引言

4.2圆—长方形复合孔件装配策略

4.3 力位控制策略研究

4.4 本章小结

第5章 圆—长方形复合孔件装配仿真

5.1引言

5.2 装配控制器设计

5.3 仿真环境设置

5.4 仿真结果分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

声明

致谢