关键词：
多圆-长方形复合特征
小位移旋量(SDT)
接触状态
映射
机器人装配策略
摘要：
在如今的生产过程中,装配作业仍然以手工装配为主,这极大地限制了生产效率的提高,因此,机器人装配具有重要的研究意义。目前圆柱形轴孔类零件的机器人装配理论已较为成熟,而对诸如矩形花键的多圆-长方形复合特征轴孔类零件的机器人装配理论的研究尚未开展,该类零件在工业中有着广泛的应用,因此,开展多圆-长方形复合特征轴孔类零件的机器人装配理论研究具有重要的理论与实际意义。
本文提出了用小位移旋量(SDT)理论来进行轴孔装配接触状态分析的方法,从多圆-长方形复合特征轴孔类零件的几何特征入手,利用SDT理论的思想,分别建立了圆形、长方形、圆-长方形复合型轴孔类零件装配的SDT模型,对零件装配插入过程中的几何接触状态进行分析,得到了该类零件在装配插入过程的几何约束条件;基于零件的SDT模型,得到了位姿偏差、SDT模型状态参数与轴孔装配接触状态的对应关系,构建了由位姿偏差到装配接触状态的映射,并得到了接触状态分类的依据,对这一类复杂零件的接触状态分析具有重要的理论指导意义。
本文基于接触状态分析的结果,进行了多圆-长方形复合特征轴孔类零件装配过程中接触力的分析,提取了这一类零件在装配过程中的六种基本受力状态,简化了多点接触状态下的受力分析过程;利用SDT接触状态分析得到的各接触状态下接触点位置的特点,简化了力平衡方程的求解难度,使大部分接触状态都能得到解析解;通过各种接触状态下力平衡方程的建立和求解,得到了基于装配接触力的接触状态识别依据,构建了由装配接触力到接触状态种类的映射,为基于力传感器的多圆-长方形复合特征轴孔类零件的机器人装配提供了理论依据。
同时,本文还制定了多圆-长方形复合特征轴孔类零件的机器人装配策略,通过概率统计的方法得到了基于接触状态的位姿偏差估计模型及其优化策略,并提出了相应的位姿调整和装配轨迹修正的方案;此外,本文还提出了这一类零件的力位混合控制策略,利用基于位置控制的阻抗控制方法,结合位姿调整策略,能较好的摆脱装配过程中的不良接触,保证装配顺利进行。
最后,本文通过仿真验证了本文所述理论的正确性,仿真结果表明,所提出的装配策略对不同初始位姿偏差具有较强的适应能力,能够通过位姿调整摆脱不合理接触并通过装配轨迹的修正逐渐找到正确的装配姿态和路径。因此,本文研究得到的多圆-长方形复合特征轴孔类零件的机器人装配理论和装配策略是有效的,为实现该类零件的机器人装配奠定了理论与技术基础。
