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多信息融合精密装配机器人建模与控制方法研究

更新时间：2019-12-24 07:03:52 大小：784K 上传用户：守着阳光1985查看TA发布的资源 标签：机器人 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

本文针对印刷机轴承套筒质量大、配合精度高、人工安装效率低、对操作人员伤害大的问题,基于六自由度微动平台设计了一种多信息融合印刷机精密装配机器人,该机器人具有粗测系统和探入式精确测量系统能够代替人工自动完成印刷机套筒的装配.对该机器人来说,精确测量是完成装配的基础.本文提出了探入式测量工装的使用策略,建立了探入式测量工装的读数与平台和通孔的相对的位姿关系,最终通过测量工装得到了机器人上板的速度与加速度.之后利用滑模控制方法建立了控制器,并证明了稳定性,为实现印刷机精密装配奠定了理论基础.


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3
Vol． 46 No． 3  
Mar． 2018  
第
期
电
子
学
报
2018  
3
ACTA ELECTRONICA SINICA  
年
月
多信息融合精密装配机器人建模  
与控制方法研究  
1
1
2
2
，
，
，
李壮举 梅 杰 曹少中 赵 伟  
( 1．  
，
100044; 2．  
，
102600)  
北京建筑大学电信学院 北京  
北京印刷学院高端印刷装备信号与信息处理北京市重点实验室 北京  
:
、
、
、
，
摘
要
本文针对印刷机轴承套筒质量大 配合精度高 人工安装效率低 对操作人员伤害大的问题 基于六自由  
，
度微动平台设计了一种多信息融合印刷机精密装配机器人 该机器人具有粗测系统和探入式精确测量系统能够代替人  
．
，
．
工自动完成印刷机套筒的装配 对该机器人来说 精确测量是完成装配的基础 本文提出了探入式测量工装的使用策略  
，
，
建立了探入式测量工装的读数与平台和通孔的相对的位姿关系 最终通过测量工装得到了机器人上板的速度与加速度  
．
，
，
之后利用滑模控制方法建立了控制器 并证明了稳定性 为实现印刷机精密装配奠定了理论基础  
．
:
;
;
;
;
关键词  
中图分类号  
URL: http: / /www． ejournal． org． cn  
印刷机精密装配机器人 多信息融合 六自由度 平台运动学 滑模控制  
TP273  
0372-2112 ( 2018) 03-0636-05  
DOI: 10． 3969 /j． issn． 0372-2112． 2018． 03． 018  
:
:
A
:
文章编号  
文献标识码  
电子学报  
Modeling and Control of Automatic Precision Assembly  
Robot with Multi-information Fusion Measuring  
System and Control Algorithm  
1
1
2
2
LI Zhuang-ju ，MEI Jie ，CAO Shao-zhong ，ZHAO Wei  
( 1． School of Electrical and Information Engineering，Beijing University of Civil Engineering and Architecture，Beijing 100044，China;  
2． Beijing Key Laboratory of Signal and Information Processing for High-End Printing Equipment，  
Beijing Institute of Graphic Communication，Beijing 102600，China)  
Abstract: The printing machine’s sleeves are heavy，and must be fit with high accuracy，so，hand operation is hard  
and low work efficiency，and large body injury for assembling workers． For solve these problems，a printing automatic preci-  
sion assembly robot with multi-information fusion measuring system is designed． Precision measure is the base of precision  
assembly． The strategy of using probe-into measure tooling is put forward，which establishes the relative pose relations a-  
mong the readings of probe-into measure tooling，platform and the through-holes． Thus，eventually，we can obtain the rela-  
tionship between the readings of measure tooling and the pose of top plate，and then we can obtain the velocity and accelera-  
tion of top plate． Sliding mode controller is established for control this robot． The stability of the proposed controllers is  
proved． Our work will be the theoretical base of the printing automatic precision assembly robot．  
Key words: printing automatic precision assembly robot; multi-information fusion; six degree of freedom platform;  
kinematics; sliding mode control  
，
，
，
依靠人工安装 安装效率极其低下 工人劳动强度大 经  
1
引言  
．
常安装的工人都患有腰椎间盘突出疾病 因此有必要  
大型印刷机的轴承套筒安装是整个印刷行业中安  
．
实现印刷机套筒的智能装配 六自由度并联微动平台  
［1］  
．
装难度最大的装配动作 印刷机套筒质量可达  
40  
多千  
，
、
、
作为一种高精度微动平台 具有自由度多  
刚度大  
结构稳定［2，3］ 动力性能好  
不会欠驱动操作 不存  
在关节误差积累等优点［6］ 基于六自由度并联平台研  
［4，5］  
;
5 m  
;
克 要求配合精度在 μ 以内 套筒需经过零下三十度  
、
、
、
，
低温冷冻 在冷缩状态下  
10  
．
分钟内完成安装 目前只能  
．
: 2016-09-06;  
: 2016-12-06; :  
责任编辑 梅志强  
收稿日期  
修回日期  
:
( No． 61272030，( No． 61472461)  
基金项目 国家自然科学基金  
637  
3
:
李壮举 多信息融合精密装配机器人建模与控制方法研究  
第
期
，
制了一种多信息融合印刷机精密装配机器人 该机器  
，
人可以代替人工 快速精确的实现印刷机套筒的全自  
．
动装配 本文将对印刷机精密装配机器人的探入式测  
，
量工装进行建模 通过探入式测量工装的读数获得平  
．
台与通孔相对位姿之间的关系 之后通过计算得到机  
．
器人上板的速度与加速度 之后利用滑模控制方法建  
，
．
立控制器 实现对机器人的精确控制  
2
多信息融合印刷机精密装配机器人设计  
因此我们基于六自由度并联平台研制了一种多信  
，
1
．
息融合印刷机精密装配机器人 如图 所示  
．
证探入式测量工装的轴心和套筒的轴心完全重合 探  
:
入式测量工装的移动策略如下 以探入式测量工装前  
，
中心为定点 旋转工装使得探入式测量工装的轴线与  
，
通孔的轴线平行 然后再移动工装使之与通孔轴线重  
，
合 至此调整完毕  
．
3． 2  
机器人探入式测量工装的建模  
，
3
．
探入式测量工装的结构图 如图 所示  
多信息融合印刷机精密装配机器人由六自由度并联  
、
、
．
平台 探入式测量工装 控制台等部分构成 探入式测量  
，
工装是实现印刷机套筒精确安装的关键技术之一 其直  
． ，  
径小于通孔的直径 探入式测量工装有两组探头 每组有  
，
三个激光测距器 且测距器在圆面上对称分布  
．
:
1
，
其装配工作的流程如下 第 步 六自由度平台在  
，
;
2
原点 装上探入式测量工装 第 步 首先通过输入墙板  
，
为建立探入式测量工装与六自由度并联平台的关  
，
通孔高度 让六自由度并联平台将探入式测量工装移  
，
:
系 不妨建立如下坐标系 以探入式测量工装的的轴心  
，
动到通孔的大体位置 然后通过粗测量将探入式测量  
z
，
x
轴 以正上方探头的位置为 轴 根据右手法则建  
，
为
立
;
3
，
工装插进机体装配孔 第 步 首先利用探入式测量工  
y
． r  
; l  
轴
为探入式测量工装的的半径 为对应两组探  
; l  
，
，
装进行测量 然后把得到的六个读数反馈给控制系统  
控制系统根据得到的数据控制六自由度并联平台运  
头之间的距离 为平台质心与探入式测量工装末端的  
1
; c  
距离  
; e  
为探入式测量工装的六个位置传感器的坐标  
i
，
动 使得探入式测量工装的轴线与印刷机通孔的轴线  
; d  
为位置传感器的获取的探头到通孔壁的距离  
点
i
i
，
;
4
重合 控制系统记下此时刻平台的位置 第 步 将平台  
，
．
为对应的位置传感器射到通孔壁上的点 六个位置传  
，
，
收回原点 把探入式测量工装取下 装上刚从冰箱取出  
3 ，  
感器的位置如图 所示 由此可以知道位置传感器的  
，
，
的套筒 然后控制机器人运动到电脑记忆的位置 完成  
．
坐标  
． 2  
装配 安装工作示意图如图 所示  
．
1
3
槡
r， r，0  
1
2
3
槡
r，－ r，0  
、
实现这个过程需要对该机器人进行精确校准 建模  
、
c =  
1
－
，
c =  
2
－
，
(
)
(
(
)
2
2
2
．
控制等问题的研究 本文对多信息融合印刷机精密装配  
1
2
3
槡
r， r，l  
，
机器人进行了建模 其中包括六自由度并联平台运动  
c = ( r，0，0) ，  
c =  
4
－
，
3
)
2
学［7，8］ 动力学建模［9］和探入式测量工装建模［10，11］  
、
．
1
3
槡
c =  
5
－
r，－ r，l ， c = ( r，0，l)  
6
(
)
3
机器人探入式测量工装使用策略与建模  
2
2
n
，
设向量 为探入式测量工装的方向矢量 从坐标系  
3． 1  
机器人探入式测量工的使用策略  
:
中不难看出其方向  
当经过粗测量将探入式测量工装插入机体装配孔  
n = ( 0，0，l)  
通过位置传感器获取了六个测量距离为  
，
，
后 通过六个探头的测量的到通孔壁的距离 建立起六  
e ，e ，e ，  
1
2
3
．
自由度平台当前位置与目标位置之间的关系 最终保  

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