(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210505721.2 (22)申请日 2022.05.10 (71)申请人 上海交通大 学 地址 200240 上海市闵行区东川路80 0号 (72)发明人 吴建华　丁铖　朱向阳　熊振华　 盛鑫军　 (74)专利代理 机构 上海旭诚知识产权代理有限 公司 312 20 专利代理师 郑立 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) B25J 9/22(2006.01) (54)发明名称 基于单次拖动示教自动生成机器人轴孔装 配程序的系统和方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于单次拖动示教自动 生成机器人轴孔装配程序的系统和方法， 涉及机 器人控制领域， 该方法采用的设备包括一个六轴 机器人、 一个安装于六轴机器人末端的六维力传 感器以及一个安装于六维力传感器上的夹爪用 于执行装配， 该方法包括： 获取示教过程的力位 混合信息 形成的能量信息； 根据获取的能量信息 判别装配方向和柔顺方向； 根据示教过程中的最 大摩擦力学习装配驱动力， 并通过自动调整机制 适应装配过程； 单次拖动示 教中自动习得控制参 数， 利用导纳控制器实现柔顺方向调整策略； 自 动生成可用于轴孔装配的程序。 本发 明通过一次 拖动示教即可习得装配参数， 降低了机器人编程 门槛， 加快了机器人装配开发速度， 大幅度降低 了成本。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 114800513 A 2022.07.29 CN 114800513 A 1.一种基于单次拖动 示教自动 生成机器人轴孔装配程序的方法， 该机器人轴孔装配方 法采用的设备包括一个六轴机器人、 一个安装于六轴机器人末端的六维力 传感器以及一个 安装于六维力传感器上的夹爪用于执 行装配， 其特 征在于， 该 方法包括： 步骤1.获取示教过程的力位混合信息形成的能量信息； 步骤2.根据获取的能量信息判别装配方向和柔 顺方向； 步骤3.根据示教过程中的最大摩擦力学习装配驱动力， 并通过自动调整机制适应装配 过程； 步骤4.单次拖动示教中自动习得控制参数， 利用导纳控制器实现柔 顺方向调整策略； 步骤5.自动生成可用于轴孔装配的程序。 2.如权利要求1所述的基于单次拖动示教自动生成机器人轴孔装配程序的方法， 其特 征在于， 所述 步骤3具体包括： 步骤3.1.记录示教装配过程中轴孔间的最大摩擦力； 步骤3.2将所述 最大摩擦力作为装配力的基准设计阻抗控制器。 3.如权利要求1所述的基于单次拖动示教自动生成机器人轴孔装配程序的方法， 其特 征在于， 所述步骤4中， 所述导纳控制器的参数是从示教过程的力位混合信息学习而来， 导 纳控制器的参数包括质量 参数， 阻尼参数和刚度参数。 4.如权利要求3所述的基于单次拖动示教自动生成机器人轴孔装配程序的方法， 其特 征在于， 所述步骤4中， 所述导纳控制器的质量参数通过机器人依赖连杆惯性矩阵直接计 算： M＝J‑TM( θ )J‑1 其中， M是质量矩阵， J是雅克比矩阵， M( θ )是机器人连杆惯性矩阵， 附加设备的惯量记 入末端连杆惯量， 所述导纳控制器的刚度参数通过远端中心柔顺的设计思想学习， 阻尼矩 阵由质量矩阵和刚度矩阵在形成临界阻尼系统时确定 。 5.如权利要求4所述的基于单次拖动示教自动生成机器人轴孔装配程序的方法， 其特 征在于， 将六维力传感器作为虚拟的远端中心柔 顺设备实现远端中心柔 顺设计模型 学习。 6.如权利要求5所述的基于单次拖动示教自动生成机器人轴孔装配程序的方法， 其特 征在于， 所述导纳控制 器的刚度参数通过远端中心柔顺设计模型学习的具体过程包括： 根 据两点接触所在平面建立平面模型， 然后由轴孔对称性推广到空间； 演示过程中两点接触 状态时的力模型为： 其中， Fx表示沿着x轴的力， kx是x方向的刚度系数， Lg是轴底部中心到柔顺中心的距离， θ0是初始角度误差， l是轴插入的深度， ∈0初始线性误差， c是轴孔间隙比， 其定义为： D是孔的直径， d是轴的直径， 演示过程中两点接触 状态时的力矩模型为： 其中， Ty是沿着y轴的力矩， kθ是绕着y轴的扭转刚度系数， 参数Lg在系统中被设定为：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114800513 A 2其中， μ是轴孔间的摩擦系数； 虚拟远端中心柔顺补偿器的刚度参数通过坐标系统转换 到机器人工具坐标系， 形成临界阻尼系统的条件， 并根据质量矩阵和刚度矩阵确定阻尼矩 阵。 7.如权利要求6所述的基于单次拖动示教自动生成机器人轴孔装配程序的方法， 其特 征在于， 所述步骤4中， 沿着柔顺方向的导纳控制与沿着装配方向的阻抗控制分别是在柔顺 坐标系下和动态平衡坐标系 下进行的， 随后通过伴 随变换， 将控制量转到工具系 下合并后 统一发送给机器人进行控制。 8.如权利要求7所述的基于单次拖动示教自动生成机器人轴孔装配程序的方法， 其特 征在于， 对公式 进行积分获得机器人工具系下的空间速度， 发送给机器人控制器； 其中， M为合并的质 量矩阵， w为六维力传感器的数据， B为阻尼矩阵， V为末端工具系的空间速度， K1、 S1、 θ1以及 K2、 S2、 θ2分别为柔顺方向以及装配方向的刚度矩阵、 螺 旋轴和绕着螺 旋轴的旋转角。 9.如权利要求2所述的基于单次拖动示教自动生成机器人轴孔装配程序的方法， 其特 征在于， 所述步骤3.2设计的所述阻抗控制器中， 初始目标坐标系被设置在孔开口处下方一 定距离处， 该距离根据轴孔装配长度自行调整， 使阻抗控制的刚度系 数以及轴末端到初始 目标坐标系的距离的乘积等于示教过程的最大摩擦力， 为了轴能顺利运动到孔底部， 目标 坐标系会从初始 位姿缓慢运动到孔底部下方一定距离处， 使 所述阻抗控制器具有动态平衡 中心。 10.一种基于单次拖动 示教自动 生成机器人轴孔装配程序的系统， 其特征在于， 该系统 包括： 装配方向识别模块； 动力学习模块； 柔 顺方向调整模块， 其中： 装配方向识别模块借助示教过程的力位混合信息形成的能量信息来判别装配方向； 装配驱动力学习 模块根据演示过程中的最大摩擦力确定， 并通过自动调整机制适应装 配过程； 柔顺方向调整策略通过一个导纳控制器实现， 控制参数在单次拖动示教中自动习得。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114800513 A 3