CN108656118A - 一种基于力觉传感器智能装配汽车发电机端盖的方法 - Google Patents

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陈光圆
蔡文杰
刘立君
杨文浩
杨乾恩
张意斌
贾志欣
李继强
李贤义
杜瑞
唐东城
熊春辉
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Abstract

本发明提供了一种基于力觉传感器智能装配汽车发电机端盖的方法，用以解决现有技术总针对汽车发电机端盖多工位柔性抓取和放置的问题，本发明首先获得装配汽车发电机端盖过程中的力矩偏差；判断装配汽车发电机端盖过程中获得的力矩偏差是否按照预设力矩偏差减小方向进行力矩偏差变化；若是，则按照预设力矩偏差减小控制方法来控制装配汽车发电机端盖的位置；若不是，则按照预设力矩偏差增大控制方法来控制汽车发电机端盖的位置。本发明，通过力觉传感器采集在装配汽车发电机端盖过程中的力觉偏差以及力觉偏差的变化率来进行分级递阶智能的控制方法，并结合人对力觉的控制流程，逻辑方法实现了柔性抓取‑放置汽车发电机端盖的目的。

Description

一种基于力觉传感器智能装配汽车发电机端盖的方法
技术领域
本发明涉及机器人控制技术领域，尤其涉及一种基于力觉传感器智能装配汽车发电机端盖的方法。
背景技术
在汽车发电机端盖多工位加工过程中，汽车发电机端盖的抓取和放置技术是集力学、机械、电子和智能控制技术于一体的，是自动化生产线上装配机器人的关键技术，也是工件抓取、搬运、装配以及码垛的支撑性技术。然而，传统的装配机器人完成“抓取-放置”动作必须经过逐点示教，工件的抓取点、放置点以及抓取放置间的运动轨迹都是实现确定好的，必须要求自动化生产线高度结构化，且传统装配机器人对装配环境和机器本身的精度要求高，装配效率低，缺乏感知和自适应的控制能力，难以完成变动环境中的复杂装配，尤其是传送带上的工件是运动的、散乱的，抓取、放置点的位姿一般都是不固定的，这就限制了传统机器人在现代化灵活生产线上的应用。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种可以实现多工位柔性抓取和放置的基于力觉传感器智能装配汽车发电机端盖的方法。
为了达到目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于力觉传感器智能装配汽车发电机端盖的方法，包括步骤：
S1：通过力觉传感器接收装配汽车发电机端盖过程中的力矩信号；
S2：结合接收装配汽车发电机端盖过程中的力矩信号，按照预设力矩偏差计算公式，获得装配汽车发电机端盖过程中的力矩偏差；
S3：判断装配汽车发电机端盖过程中获得的力矩偏差是否按照预设力矩偏差减小方向进行力矩偏差变化；
S4：若是，则按照预设力矩偏差减小控制方法来控制装配汽车发电机端盖的位置；
S5：若不是，则按照预设力矩偏差增大控制方法来控制汽车发电机端盖的位置。
进一步地，
当获得装配汽车发电机端盖过程中的力矩偏差高于预设较大力矩偏差时，按照第一预设控制方法控制装配汽车发电机端盖的位置。
进一步地，
当获得装配汽车发电机端盖过程中的力矩偏差低于预设较小力矩偏差时，按照第六预设控制方法控制装配汽车发电机端盖的位置。
进一步地，步骤S4包括：
S41：判断当前力矩偏差的变化速度是否低于预设力矩偏差减小变化速度；
S42：若是，则按照第二预设控制方法控制装配汽车发电机端盖的位置；
S43：若不是，则按照第三预设控制方法和第五预设控制方法控制装配汽车发电机端盖的位置。
进一步地，步骤S43包括：
S431：判断按照第三预设控制方法和第五预设控制方法控制装配汽车发电机端盖位置后的力矩偏差变化速度是否低于预设力矩偏差减小变化速度；
S432：若否，则按照第四预设控制方法控制装配汽车发电机端盖的位置。
进一步地，步骤S5包括：
S51：判断当前力矩偏差的变化速度是否低于预设力矩偏差增大变化速度；
S52：若是，则按照第七预设控制方法控制装配汽车发电机端盖的位置；
S53：若不是，则按照第八预设控制方法和第五预设控制方法控制装配汽车发电机端盖的位置。
本发明的有益效果为：
(1)：采用分级递阶智能控制的方法，结合人的力觉控制经验流程以及逻辑方式获得控制算法并根据通过在装配汽车发电机端盖过程中计算的力矩偏差以及力矩偏差的变化率来确定控制装配策略，达到柔性抓取和放置汽车发电机端盖的目的。
(2)：通过本基于力觉传感器智能装配汽车发电机端盖的方法，实现了高感知、高效率、高适应以及高精度的装配机器人对汽车发电机端盖的抓取和放置。
附图说明
图1为实施例中提供的力矩信号仿人智能控制误差目标轨迹图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例
本实施例提供了一种基于力觉传感器智能装配汽车发电机端盖的方法，如图1所示，本方法包括：
S1：通过力觉传感器接收装配汽车发电机端盖过程中的力矩信号；
S2：结合接收装配汽车发电机端盖过程中的力矩信号，按照预设力矩偏差计算公式，获得装配汽车发电机端盖过程中的力矩偏差；
S3：判断装配汽车发电机端盖过程中获得的力矩偏差是否按照预设力矩偏差减小方向进行力矩偏差变化；
S4：若是，则按照预设力矩偏差减小控制方法来控制装配汽车发电机端盖的位置；
S5：若不是，则按照预设力矩偏差增大控制方法来控制汽车发电机端盖的位置。
力觉传感器是用来检测机器人的手臂和手腕所产生的力或其所受反力的传感器。手臂都分和手腕部分的力觉传感器，可用于控制机器人手所产生的力，在费力的工作中以及限制性作业、协调作业等方面是有效的。力觉传感器的元件大多使用半导体应变片。将这种传感器件安装于弹性结构的被检测处，就可以直接地或通过计算机检测具有多维的力和力矩。
发电机端盖装配出现偏差时，力觉传感器的力矩信号为二阶系统信号，其中en＝Fn-Fn-1表示第n次力矩偏差值，Fn为力觉传感器的第n次采集力矩信号，Fn-1为力觉传感器的第n-1次采集力矩信号。Δen＝en-en-1为第n次力矩偏差的变化率，Δen-1＝en-1-en-2为第n-1次力矩偏差的变化率。力觉传感器的力矩信号仿人智能控制误差目标轨迹如图1所示。图中虚线所示轨迹为理想误差目标轨迹f(en，Δen)，e1，e2，e3，e4为力矩偏差的阈值，-Δe1，-Δe2，-Δe3，-Δe4为力矩偏差变化率阈值，上述8个参数是根据发电机端盖装配偏差实际调整效果来确定，当采集的力觉传感器的力矩信号的误差和误差变化率进入图1中的不同区域时，根据仿人控制方法，采取对应的控制方法来控制装配汽车发电机端盖的位置，控制实际轨迹尽可能地与理想误差目标轨迹一致，达到快速，柔和调整发电机端盖装配偏差的目的。
进一步地，
当获得装配汽车发电机端盖过程中的力矩偏差高于预设较大力矩偏差时，按照第一预设控制方法控制装配汽车发电机端盖的位置。此时力矩偏差较大，则对应的发电机端盖装配偏差也较大，对应图1中的区域1，此时将会采用尽可能大的控制力度，本实施例中提供的是采用Bang-Bang模态控制机器人调整发电机端盖位置，un＝sgn(en)*Umax,Umax为控制机器人输出最大值，sgn(en)为取整，由正负变化，un为控制机器人的第n次输出。
进一步地，
当获得装配汽车发电机端盖过程中的力矩偏差低于预设较小力矩偏差时，按照第六预设控制方法控制装配汽车发电机端盖的位置。即当获得装配汽车发电机端盖过程中的力矩偏差低于预设较小力矩偏差时，则对应的发电机端盖装配偏差也在预设装配偏差范围内，此时满足装配要求，按照第六预设控制方法控制装配，对应图1中的区域6，此时停止机器人动作，此时控制un＝0。
进一步地，步骤S4包括：
S41：判断当前力矩偏差的变化速度是否低于预设力矩偏差减小变化速度；
S42：若是，则按照第二预设控制方法控制装配汽车发电机端盖的位置；
S43：若不是，则按照第三预设控制方法和第五预设控制方法控制装配汽车发电机端盖的位置。
力觉传感器在智能装配汽车发电机端盖的过程中，其力矩偏差是有可能在变化的；
当力矩偏差在减小的过程中，若力矩偏差变化速度低于预设力矩偏差减小变化速度，此时按照第二预设控制方法控制装配汽车发电机端盖的位置，对应图1中的区域6，根据仿人控制方法，采取比例模态控制机器人调整发电机端盖的位置，un＝Kp*en,其中Kp为比例系数。
当力矩偏差在减小的过程中，若力矩偏差变化速度高于预设力矩偏差减小变化速度，此时按照第三预设控制方法和第五预设控制方法控制装配汽车发电机端盖的位置，对应图1中的区域3和5，根据仿人控制方法，采取比例加微分控制机器人调整发电机端盖位置，un＝Sp*Kp*en+Kd*Δen,其中Kd为微分系数。
进一步地，步骤S43包括：
S431：判断按照第三预设控制方法和第五预设控制方法控制装配汽车发电机端盖位置后的力矩偏差变化率是否低于预设力矩偏差减小变化速度；
S432：若否，则按照第四预设控制方法控制装配汽车发电机端盖的位置。
若通过第三预设控制方法和第五预设控制方法不能使得力矩偏差变化速度减小至预设力矩偏差减小变化速度范围内，则按照第四预设控制方法来控制装配汽车发电机端盖的位置，对应图1中的区域4，通过改变Sp的符号，引入正反馈抑制力矩偏差的变化速度。
进一步地，步骤S5包括：
S51：判断当前力矩偏差的变化速度是否低于预设力矩偏差增大变化速度；
S52：若是，则按照第七预设控制方法控制装配汽车发电机端盖的位置；
S53：若不是，则按照第八预设控制方法和第五预设控制方法控制装配汽车发电机端盖的位置。
当力矩偏差在增大的过程中，对应的发电机端盖装配偏差也增大，则按照第七预设控制方法控制装配汽车发电机端盖的位置，对应图1中的区域7，根据仿人控制方法，为了抑制力矩偏大，减小力矩偏差，采用比例和积分控制机器人调整发电机端盖位置，其un＝Kp*en+Ki∫endt，其中Ki为积分系数。
当力矩偏差在增大的过程中，若力矩偏差变化速度高于预设力矩偏差增大变化速度，此时按照第八预设控制方法控制装配汽车发电机端盖的位置，对应图1中的区域8，根据仿人控制方法，为了抑制力矩偏差的快速增大，使得力矩偏差尽快回头，采用比例积分和微分控制机器人调整发电机端盖位置，un＝Kp*en+Kd*Δen+Ki∫endt。
通过上述基于力觉传感器智能装配汽车发电机端盖的方法，能够快速、柔和调整发电机端盖装配偏差，是的发电机端盖装配精度达到机械加工要求，利用分级递阶智能控制方法结合人对力觉传感器的控制经验以及逻辑方法，达到高精度、高效率以及高适应的装配汽车发电机端盖“抓取-放置”的目的。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (6)

1.一种基于力觉传感器智能装配汽车发电机端盖的方法，其特征在于，包括步骤：
S1：通过力觉传感器接收装配汽车发电机端盖过程中的力矩信号；
S2：结合接收装配汽车发电机端盖过程中的力矩信号，按照预设力矩偏差计算公式，获得装配汽车发电机端盖过程中的力矩偏差；
S3：判断装配汽车发电机端盖过程中获得的力矩偏差是否按照预设力矩偏差减小方向进行力矩偏差变化；
S4：若是，则按照预设力矩偏差减小控制方法来控制装配汽车发电机端盖的位置；
S5：若不是，则按照预设力矩偏差增大控制方法来控制汽车发电机端盖的位置。
2.根据权利要求1所述的一种基于力觉传感器智能装配汽车发电机端盖的方法，其特征在于，
当获得装配汽车发电机端盖过程中的力矩偏差高于预设较大力矩偏差时，按照第一预设控制方法控制装配汽车发电机端盖的位置。
3.根据权利要求1所述的一种基于力觉传感器智能装配汽车发电机端盖的方法，其特征在于，
当获得装配汽车发电机端盖过程中的力矩偏差低于预设较小力矩偏差时，按照第六预设控制方法控制装配汽车发电机端盖的位置。
4.根据权利要求1所述的一种基于力觉传感器智能装配汽车发电机端盖的方法，其特征在于，步骤S4包括：
S41：判断当前力矩偏差的变化速度是否低于预设力矩偏差减小变化速度；
S42：若是，则按照第二预设控制方法控制装配汽车发电机端盖的位置；
S43：若不是，则按照第三预设控制方法和第五预设控制方法控制装配汽车发电机端盖的位置。
5.根据权利要求4所述的一种基于力觉传感器智能装配汽车发电机端盖的方法，其特征在于，步骤S43包括：
S431：判断按照第三预设控制方法和第五预设控制方法控制装配汽车发电机端盖位置后的力矩偏差变化速度是否低于预设力矩偏差减小变化速度；
S432：若否，则按照第四预设控制方法控制装配汽车发电机端盖的位置。
6.根据权利要求1所述的一种基于力觉传感器智能装配汽车发电机端盖的方法，其特征在于，步骤S5包括：
S51：判断当前力矩偏差的变化速度是否低于预设力矩偏差增大变化速度；
S52：若是，则按照第七预设控制方法控制装配汽车发电机端盖的位置；
S53：若不是，则按照第八预设控制方法和第五预设控制方法控制装配汽车发电机端盖的位置。
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