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山东大学学报 (工学版) ›› 2019, Vol. 49 ›› Issue (5): 119-126.doi: 10.6040/j.issn.1672-3961.0.2018.396

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一种基于力觉的机器人对孔装配方法

吴禹均(),吴巍,郭毓*(),郭健   

  1. 南京理工大学自动化学院, 江苏 南京 210094
  • 收稿日期:2018-09-09 出版日期:2019-10-20 发布日期:2019-10-18
  • 通讯作者: 郭毓 E-mail:wyj5178858@qq.com;guoyu@njust.edu.cn
  • 作者简介:吴禹均(1994—),男,江苏连云港人,硕士研究生,主要研究方向为智能机器人控制.E-mail: wyj5178858@qq.com
  • 基金资助:
    国家自然基金项目(61773211);国家自然基金项目(61673219);江苏省重点研发计划项目(BE2017161);江苏高校优势学科建设工程资助项目(AD20540)

A force-based method for robot hole-searching and assembly

Yujun WU(),Wei WU,Yu GUO*(),Jian GUO   

  1. School of Automation, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, Jiangsu, China
  • Received:2018-09-09 Online:2019-10-20 Published:2019-10-18
  • Contact: Yu GUO E-mail:wyj5178858@qq.com;guoyu@njust.edu.cn
  • Supported by:
    国家自然基金项目(61773211);国家自然基金项目(61673219);江苏省重点研发计划项目(BE2017161);江苏高校优势学科建设工程资助项目(AD20540)

摘要:

针对带电作业机器人更换金属氧化物避雷器过程中精确对孔装配的需要,提出一种基于力觉自主控制机器人在绝缘横担上寻孔并装配避雷器的方法。控制过程中针对避雷器下端头的特殊形状以及电杆绝缘横担的作业场景,在机器人末端加装力觉传感器,将转换后的力作为被控量,设计一种由触担、寻孔、渐入和插入四个过程构成的对孔装配策略,使机器人能够将避雷器的下端头准确地插入横担上的安装孔。试验结果验证了所提方法的有效性。

关键词: 力传感器, 带电作业机器人, 装配, 机械臂, D-H参数法, 寻孔策略

Abstract:

In the process of replacing arresters for live working robots, a method based on force control for robot to search hole on insulated cross-arms and assembling arresters was proposed for accurate assembly. In the control process, a force sensor was installed at the end of the robot for the special shape of the arrester's lower end and the scene of the pole cross arm, and the converted force was used as the controlled amount. A peg-in-hole assembly strategy was designed, which included four processes of touching, hunting, evolving and inserting. The robot could insert the arrester's lower end into the mounting hole on the cross arm accurately. The experimental results verified the effectiveness of the proposed method.

Key words: force sensor, live work robot, assembly work, manipulator, D-H parameter method, hole-finding strategy

中图分类号: 

  • TP241.2

表1

UR5基本参数表"

自由度 质量/kg 负载/N 延伸/mm 关节范围/(°) 最大关节速度/((°)·s-1)
6 18.4 49 850 ±360 30

图1

机械臂末端连接图"

图2

机械臂连杆坐标系"

表2

UR5的D-H参数表"

关节序号i αi/(°) ai/mm di/mm θi/(°) θimin/(°) θimax/(°)
1 90 0 89.16 θ1 -360 360
2 0 -425.00 0 θ2 -360 360
3 0 392.25 0 θ3 -360 360
4 90 0 109.15 θ4 -360 360
5 -90 0 94.65 θ5 -360 360
6 0 0 82.30 θ6 -360 360

表3

力传感器基本参数表"

传感器型号 外径/mm 内径/mm 厚度/mm 质量/g 测量力范围/N 测量力矩范围/(N·m)
FT-300 6 18.4 5 850 ±360 0~30

图3

力传感器坐标系"

图4

对孔装配流程图"

图5

触担过程中机械臂末端z轴受力情况"

图6

触担过程中避雷器位置"

图7

直线式寻孔"

图8

圆形螺旋寻孔"

图9

椭圆螺旋线在横担上的轨迹"

图10

寻孔过程中机械臂末端Z轴受力情况"

图11

寻孔过程中避雷器位置"

图12

渐入过程中机械臂末端受力情况"

图13

螺杆受力分析"

图14

渐入过程中避雷器位置"

图15

插入过程中机械臂末端z轴受力情况"

图16

插入过程中避雷器位置"

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