新松機器人發(fā)明的軸孔裝配工業(yè)機器人，通過這種工作精度高且接觸力可控的軸孔裝配工業(yè)機器人可以完成精準(zhǔn)的軸孔裝配任務(wù)，而設(shè)置在該機器人中的運動計算模塊、電機驅(qū)動模塊以及力控制模塊控制著整個機器人的動作，最終完成精準(zhǔn)的軸孔裝配。

集微網(wǎng)消息，數(shù)控加工在制造業(yè)已被廣泛應(yīng)用，隨著加工零件的復(fù)雜度增加和精度的提高，一些精細(xì)零件的加工與裝配作業(yè)依靠普通的數(shù)控機床已經(jīng)不能滿足需求。

例如高精度的軸孔裝配作業(yè)，由于環(huán)境中存在諸多不確定性和突發(fā)事件，使得裝配作業(yè)時常發(fā)生故障，在常規(guī)位置控制下，裝配工業(yè)機器人裝配件之間的微小偏差可能使裝配件不能完成裝配，導(dǎo)致裝配作業(yè)失敗，甚至造成對裝配工件及周邊設(shè)備的損傷。

生活中常用的技術(shù)中，一些方法利用軸孔空間的“碗狀約束域”實現(xiàn)了軸孔的裝配，一些方法使用了多軸孔裝配裝置，該裝配裝置是根據(jù)剛性軸孔裝配任務(wù)的特點，針對彈性多軸孔裝配動作而設(shè)計的，但是大多采用單一的位置控制模式設(shè)計的，而對接觸力不能夠進行控制，不適用于對接觸力要求較為嚴(yán)格的裝配作業(yè)。

而另外的柔順性實現(xiàn)軸孔裝配技術(shù)，利用增大位置環(huán)增益完成裝配任務(wù)，可以實現(xiàn)對孔運動的情況下的軸孔裝配作業(yè)，但其仍然是靠位置控制來實現(xiàn)軸孔裝配，不能夠?qū)佑|力進行控制，在對裝配精度要求較高或剛度較低的工件進行裝配作業(yè)時，其接觸力的不可控性容易造成裝配失敗或者工件的損傷。

針對這些問題，新松機器人在13年11月14日申請了一項名為“軸孔裝配工業(yè)機器人系統(tǒng)及其工作方法”的發(fā)明專利（申請?zhí)枺?01310578100.8），申請人為沈陽新松機器人自動化股份有限公司。

根據(jù)目前公開的專利資料，讓我們一起來看看這項軸孔裝配機器人吧。

如上圖所示為軸孔裝配工業(yè)機器人系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，這個工業(yè)機器人系統(tǒng)主要包括：工業(yè)機器人110、軸孔裝配平臺120、力覺傳感器130、夾持裝置140、裝配工件150、裝配孔160及裝配軸170，此外該系統(tǒng)還包括示教模塊111、軌跡規(guī)劃模塊112、運動計算模塊113、電機驅(qū)動模塊114及力控制模塊115，具體的功能模塊示意如下圖所示。

其中，工業(yè)機器人與軸孔裝配平臺的底座固定在同一基準(zhǔn)面上，夾持裝置安裝于工業(yè)機器人的手臂末端，裝配工件固定在軸孔裝配平臺上。力覺傳感器安裝在手臂末端與夾持裝置之間，用于實時測量裝配軸與裝配孔間接觸力。

該工業(yè)機器人為六自由度工業(yè)機器人，何為六自由度呢？物體在空間具有六個自由度，即沿x、y、z三個直角坐標(biāo)軸方向的移動自由度和繞這三個坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動自由度。因此，要完全確定物體的位置，就必須清楚這六個自由度。擁有六自由度的工業(yè)機器人在工作范圍內(nèi)除奇異點外能夠自由調(diào)節(jié)工業(yè)機器人手臂末端在笛卡爾坐標(biāo)系下的三個軸向位置和繞三個坐標(biāo)軸轉(zhuǎn)動的姿態(tài)。

和六自由度相匹配的是，力覺傳感器為六維力覺傳感器，能夠檢測笛卡爾坐標(biāo)系下三個方向的力和繞三個方向的力矩。工業(yè)機器人通過示教及軌跡規(guī)劃生成一系列運動軌跡點，以使夾持裝置夾持裝配軸運動至裝配孔的上方。

運動計算模塊將運動軌跡點解析成對應(yīng)時間點的關(guān)節(jié)空間下各關(guān)節(jié)角度，并傳送至電機驅(qū)動模塊，電機驅(qū)動模塊驅(qū)動工業(yè)機器人運動并帶動夾持裝置夾持裝配軸運動至裝配孔的上方。

如上圖為裝配機器人系統(tǒng)的工作流程圖，該裝配機器人系統(tǒng)先根據(jù)示教位置按照位置控制模式以速度v運動至子圖a狀態(tài)，然后在接觸力和位置同時控制的方式下繼續(xù)以速度v向下運動直至裝配軸與裝配孔間接觸力達到設(shè)定的恒定值f，如圖b所示。

然后采用搜孔單元進行搜孔，找到正確的裝配孔，但由于裝配軸與裝配孔的姿態(tài)不符可能會出現(xiàn)卡死現(xiàn)象如圖c1，為避免出現(xiàn)c1的情況發(fā)生，在找到裝配孔后裝配機器人在接觸力和位置同時控制的模式下，實時調(diào)整裝配軸的位姿，將裝配軸與裝配孔間的姿態(tài)扭矩控制在合理的微小范圍內(nèi)的同時控制裝配軸向下運動。

當(dāng)Z方向接觸力突然增大且三個方向的姿態(tài)扭矩依然處于合理范圍內(nèi)時，說明裝配軸已經(jīng)插入裝配孔的底部，如圖c2所示，此時完成裝配。

最后我們再來看看軸孔裝配工業(yè)機器人的工作方法的步驟流程，如下圖所示。

首先，工業(yè)機器人通過示教及軌跡規(guī)劃生成一系列運動軌跡點，以使夾持裝置夾持裝配軸運動至裝配孔上方，示教模塊控制工業(yè)機器人在笛卡爾空間和關(guān)節(jié)空間下進行點動，直至夾持裝置夾持裝配軸到達裝配孔正上方，并記錄關(guān)鍵的示教點。軌跡規(guī)劃模塊將示教點解析成平滑的樣條曲線，再將所條曲線按照時間點離散化成運動軌跡點。

其次，運動計算模塊將運動軌跡點解析成對應(yīng)時間點的關(guān)節(jié)空間下各關(guān)節(jié)角度，并傳送至電機驅(qū)動模塊，電機驅(qū)動模塊驅(qū)動工業(yè)機器人運動并帶動夾持裝置夾持裝配軸運動至裝配孔上方。

最后，力控制模塊根據(jù)接觸力及裝配軸的位置，控制工業(yè)機器人運動使裝配軸與裝配孔以設(shè)定好的接觸力進行接觸，將裝配軸順利插入至裝配孔中。

以上就是新松機器人發(fā)明的軸孔裝配工業(yè)機器人，通過這種工作精度高且接觸力可控的軸孔裝配工業(yè)機器人可以完成精準(zhǔn)的軸孔裝配任務(wù)，而設(shè)置在該機器人中的運動計算模塊、電機驅(qū)動模塊以及力控制模塊在這個過程中發(fā)揮著極其重要的作用，控制著整個機器人的動作，最終才能完成精準(zhǔn)的軸孔裝配！