本技術(shù)涉及機器人自動化裝配，特別涉及一種柔性抓取軸裝配過程的裝配力學建模方法。

背景技術(shù)：

1、在3c產(chǎn)品制造過程中，裝配是產(chǎn)品制造和生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵一環(huán)，是影響產(chǎn)品性能、質(zhì)量、開發(fā)周期和成本的主要因素之一。但是高精度的3c產(chǎn)品裝配任務仍主要由人工完成，存在效率低、質(zhì)量差、成本高的缺點。機器人精密軸孔裝配技術(shù)有助于提升自動化程度，進而保障裝配質(zhì)量，提升裝配效率。針對軸孔裝配過程中的力學特性進行建模和分析，有助于理解機器人執(zhí)行裝配過程的軸孔位姿誤差和受力關(guān)系，從而輔助設(shè)計柔順的控制策略。

2、3c產(chǎn)品中存在大量小尺寸零件(截面尺寸在幾mm～幾十mm不等，厚度在10-1mm～幾mm之間)，其通常無法采用機器人剛性手指夾取，而是采用柔性吸盤進行吸取。相比于剛性抓取軸孔裝配系統(tǒng)，柔性抓取雖然可以作為一個被動柔順環(huán)節(jié)降低裝配過程中的接觸力，但其力學特性更為復雜，建模更為復雜。

3、然而，相關(guān)技術(shù)針對柔性抓取的軸孔裝配力學建模仍缺乏研究和討論，難以輔助設(shè)計柔順的控制策略，亟待改善。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本技術(shù)提供一種柔性抓取軸裝配過程的裝配力學建模方法，以解決相關(guān)技術(shù)針對柔性抓取的軸孔裝配力學建模仍缺乏研究和討論，難以輔助設(shè)計柔順的控制策略等問題。

2、本技術(shù)第一方面實施例提供一種柔性抓取軸裝配過程的裝配力學建模方法，包括以下步驟：基于柔性吸盤實時變形量與柔性吸盤末端受到的力和力矩之間的數(shù)學關(guān)系，構(gòu)建吸盤變形的力位映射模型；基于軸孔位姿誤差和對應的軸孔接觸力和力矩的數(shù)學關(guān)系，構(gòu)建軸孔接觸的力位映射模型；基于所述吸盤變形的力位映射模型和所述軸孔接觸的力位映射模型，計算柔性抓取軸孔裝配過程中每時刻的軸孔位姿誤差、吸盤實際變形量和軸孔實際接觸力的實際數(shù)值，并根據(jù)所述實際數(shù)值構(gòu)建所述柔性抓取軸孔裝配過程的數(shù)值仿真法，以利用所述數(shù)值仿真法構(gòu)建所述柔性抓取軸孔裝配過程的數(shù)值仿真器；基于所述吸盤變形的力位映射模型和所述軸孔接觸的力位映射模型，設(shè)計所述柔性抓取軸孔裝配過程的柔順控制策略，并利用所述數(shù)值仿真器驗證所述柔順控制策略，以得到所述柔性抓取軸裝配過程的最終裝配控制結(jié)果。

3、可選地，在本技術(shù)的一個實施例中，所述基于柔性吸盤實時變形量與柔性吸盤末端受到的力和力矩之間的數(shù)學關(guān)系，構(gòu)建吸盤變形的力位映射模型，包括：基于柔性吸盤的變形特征和類圓柱體特征，計算所述柔性吸盤末端受到的所述力和所述力矩的變形量，并代數(shù)疊加所述變形量，以生成所述變形量的疊加數(shù)值；利用所述疊加數(shù)值獲取所述柔性吸盤實時變形量與所述力和所述力矩的數(shù)學關(guān)系，并根據(jù)所述數(shù)學關(guān)系構(gòu)建所述吸盤變形的力位映射模型。

4、可選地，在本技術(shù)的一個實施例中，所述基于軸孔位姿誤差和對應的軸孔接觸力和力矩的數(shù)學關(guān)系，構(gòu)建軸孔接觸的力位映射模型，包括：將軸孔在每個高度截面上劃分為至少一個離散微元，并計算所述至少一個離散微元受到的局部壓力和摩擦力在軸坐標系處產(chǎn)生的力和力矩；對所述力和所述力矩進行數(shù)值積分，以生成所述對應的軸孔接觸力和力矩，并基于所述軸孔位姿誤差和所述對應的軸孔接觸力和力矩的數(shù)學關(guān)系，構(gòu)建所述軸孔接觸的力位映射模型。

5、可選地，在本技術(shù)的一個實施例中，所述利用所述數(shù)值仿真法構(gòu)建所述柔性抓取軸孔裝配過程的數(shù)值仿真器，包括：獲取柔性抓取軸孔裝配前的軸孔初始位姿誤差；基于所述軸孔初始位姿誤差，利用預設(shè)控制策略裝配所述柔性抓取軸孔，直至軸插入孔內(nèi)，生成所述柔性抓取軸孔的力和力矩曲線，并基于所述柔性抓取軸孔的力和力矩曲線，構(gòu)建所述柔性抓取軸孔裝配過程的數(shù)值仿真器。

6、可選地，在本技術(shù)的一個實施例中，所述基于所述吸盤變形的力位映射模型和所述軸孔接觸的力位映射模型，設(shè)計所述柔性抓取軸孔裝配過程的柔順控制策略，包括：基于所述吸盤變形的力位映射模型和所述軸孔接觸的力位映射模型，利用預設(shè)力系平移定理設(shè)計函數(shù)分別估計吸盤末端點受到的力和力矩及軸插入深度中心處受到的力和力矩；將所述吸盤末端點受到的所述力和所述力矩輸入至吸盤力位模型的逆模型中，以生成吸盤實際變形量，并利用預設(shè)比例將所述吸盤實際變形量轉(zhuǎn)換為四維增量運動；將所述軸插入所述深度中心處受到的所述力和所述力矩輸入至二階導納控制器中，以輸出六維增量運動；整合所述四維增量運動和所述六維增量運動，以生成滿足預設(shè)期望條件的增量運動控制量，并根據(jù)所述滿足預設(shè)期望條件的增量運動控制量控制所述柔性抓取軸裝配過程的裝配，得到所述柔性抓取軸孔裝配過程的柔順控制策略。

7、本技術(shù)第二方面實施例提供一種柔性抓取軸裝配過程的裝配力學建模裝置，包括：第一構(gòu)建模塊，用于基于柔性吸盤實時變形量與柔性吸盤末端受到的力和力矩之間的數(shù)學關(guān)系，構(gòu)建吸盤變形的力位映射模型；第二構(gòu)建模塊，用于基于軸孔位姿誤差和對應的軸孔接觸力和力矩的數(shù)學關(guān)系，構(gòu)建軸孔接觸的力位映射模型；計算模塊，用于基于所述吸盤變形的力位映射模型和所述軸孔接觸的力位映射模型，計算柔性抓取軸孔裝配過程中每時刻的軸孔位姿誤差、吸盤實際變形量和軸孔實際接觸力的實際數(shù)值，并根據(jù)所述實際數(shù)值構(gòu)建所述柔性抓取軸孔裝配過程的數(shù)值仿真法，以利用所述數(shù)值仿真法構(gòu)建所述柔性抓取軸孔裝配過程的數(shù)值仿真器；裝配控制模塊，用于基于所述吸盤變形的力位映射模型和所述軸孔接觸的力位映射模型，設(shè)計所述柔性抓取軸孔裝配過程的柔順控制策略，并利用所述數(shù)值仿真器驗證所述柔順控制策略，以得到所述柔性抓取軸裝配過程的最終裝配控制結(jié)果。

8、可選地，在本技術(shù)的一個實施例中，所述第一構(gòu)建模塊包括：第一計算單元，用于基于柔性吸盤的變形特征和類圓柱體特征，計算所述柔性吸盤末端受到的所述力和所述力矩的變形量，并代數(shù)疊加所述變形量，以生成所述變形量的疊加數(shù)值；第一構(gòu)建單元，用于利用所述疊加數(shù)值獲取所述柔性吸盤實時變形量與所述力和所述力矩的數(shù)學關(guān)系，并根據(jù)所述數(shù)學關(guān)系構(gòu)建所述吸盤變形的力位映射模型。

9、可選地，在本技術(shù)的一個實施例中，所述第二構(gòu)建模塊包括：第一計算單元，用于將軸孔在每個高度截面上劃分為至少一個離散微元，并計算所述至少一個離散微元受到的局部壓力和摩擦力在軸坐標系處產(chǎn)生的力和力矩；第二構(gòu)建單元，用于對所述力和所述力矩進行數(shù)值積分，以生成所述對應的軸孔接觸力和力矩，并基于所述軸孔位姿誤差和所述對應的軸孔接觸力和力矩的數(shù)學關(guān)系，構(gòu)建所述軸孔接觸的力位映射模型。

10、可選地，在本技術(shù)的一個實施例中，所述計算模塊包括：獲取單元，用于獲取柔性抓取軸孔裝配前的軸孔初始位姿誤差；生成單元，用于基于所述軸孔初始位姿誤差，利用預設(shè)控制策略裝配所述柔性抓取軸孔，直至軸插入孔內(nèi)，生成所述柔性抓取軸孔的力和力矩曲線，并基于所述柔性抓取軸孔的力和力矩曲線，構(gòu)建所述柔性抓取軸孔裝配過程的數(shù)值仿真器。

11、可選地，在本技術(shù)的一個實施例中，所述裝配控制模塊包括：估計單元，用于基于所述吸盤變形的力位映射模型和所述軸孔接觸的力位映射模型，利用預設(shè)力系平移定理設(shè)計函數(shù)分別估計吸盤末端點受到的力和力矩及軸插入深度中心處受到的力和力矩；輸入單元，用于將所述吸盤末端點受到的所述力和所述力矩輸入至吸盤力位模型的逆模型中，以生成吸盤實際變形量，并利用預設(shè)比例將所述吸盤實際變形量轉(zhuǎn)換為四維增量運動；輸出單元，用于將所述軸插入所述深度中心處受到的所述力和所述力矩輸入至二階導納控制器中，以輸出六維增量運動；整合單元，用于整合所述四維增量運動和所述六維增量運動，以生成滿足預設(shè)期望條件的增量運動控制量，并根據(jù)所述滿足預設(shè)期望條件的增量運動控制量控制所述柔性抓取軸裝配過程的裝配，得到所述柔性抓取軸孔裝配過程的柔順控制策略。

12、本技術(shù)第三方面實施例提供一種電子設(shè)備，包括：存儲器、處理器及存儲在所述存儲器上并可在所述處理器上運行的計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述程序，以實現(xiàn)如上述實施例所述的柔性抓取軸裝配過程的裝配力學建模方法。

13、本技術(shù)第四方面實施例提供一種計算機可讀存儲介質(zhì)，所述計算機可讀存儲介質(zhì)存儲計算機程序，該程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如上的柔性抓取軸裝配過程的裝配力學建模方法。

14、本技術(shù)實施例構(gòu)建了柔性抓取軸孔裝配系統(tǒng)的力學模型，對其中關(guān)鍵的兩個力學環(huán)節(jié)進行建模，可以很好地指導柔性抓取軸孔裝配系統(tǒng)的柔順控制策略的設(shè)計，且本技術(shù)實施例構(gòu)建了一個易于部署的裝配仿真器，可實時分析系統(tǒng)的位姿誤差和力響應的關(guān)系，對于控制器的設(shè)計和驗證具備顯著的意義，并利用所構(gòu)建仿真器進行控制效果的驗證，相比于fbcc(基于特征的柔順控制策略)，其取得了更柔順的控制效果。由此，解決了相關(guān)技術(shù)針對柔性抓取的軸孔裝配力學建模仍缺乏研究和討論，難以輔助設(shè)計柔順的控制策略等問題。

15、本技術(shù)附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本技術(shù)的實踐了解到。