机器人装配操作的规划与控制许良兴

机器人装配操作的规划与控制许良兴

许良兴

(广东三扬机器人有限公司)

摘要：对机器人进行研究，装配操作是值得研究的一个重要的领域，这项操作和简单的焊接不同。对机器人进行装配操作可以对机器人运动进行约束。因此对机器人的装配操作进行控制和规划时需要考虑多方面的因素。本文主要对机器人装配操作的规划进行论述，并对机器人装配操作的控制加大研究。

关键词：机器人；装配操作；规划；控制

引言：机器人是高科技下的一种产物，属于一种智慧机器，能够帮助人类完成多种事情。人们在理想中对机器人的定位是具备和人类一样强大的功能。虽然目前的机器人发展状况具体这种理想的境界有一定的差距，但是在科研人员不断的努力之下还是取得一定的成就，这就让机器人具有更强的功能，应用范围也更加广泛。

一、机器人装配操作的运动规划

（一）反向规划法

反向规划法开始时主要遵循的是目标状态，深刻注重装配操作，对这种操作方法的不确定性考虑其中，体现前态时需要采取逆向推进的方法，最后回到初始状态。等完成回溯后，前态就会重新进行规划，从而形成一个良好的操作序列。这种操作在进行中摩擦会具有较大的不确定性，运动的速度也具有较强的不确定性，这种方法在运动中也会表现出不确定性，这种性质就是不确定锥，能够对反向投影区域进行计算。利用积累下来的经验对反向投影进行指导，就会让前台构造和实际操作比较接近。利用这种方法对理想状态下的运动进行规划，然后对各种不确定性动态实施规划[1]。对动态进行规划的过程也就是柔顺映射的过程，因为运动方面产生的误差很容易影响运动指令。

（二）正向规划法

这种方法是从初始状态开始的，递推的方式是正向的递推，对机器人的装配操作能够进一步进行规划，这种思想采用的是离散时件，让位形空间在离散的状态下在不同接触状态下集合，然后通过接触状态寻找一个合理的转移途径，对运动路径进行规划，让其达到目标状态。

利用不同的图形对状态的转移问题进行研究，将建成的模块有机结合在一起，形成接触状态的网络。对图形有效进行利用，寻找一条良好的优化路径，对寻找状态有效进行转移。利用Petri对接触状态以及转移之间的关系有效表达出来，对装配操作有效进行规划。并对装配状态进行建模，在状态不断转移的条件下对轨迹实施优化，并对装配操作中出现的突发事件及时进行处理。

由于这种方法存在的不确定性，会对运动规划产生巨大的影响。主要的规划是从两个阶段开始的，选择理想的状态，然后对名义运动路径有效展开规划，然后对动态实施再规划，这个过程属于柔顺映射的过程。因为运动产生的误差会让接触力产生映射，从而对误差进行修正。

二、机器人装配操作的被动控制方法

虽然对运动进行规划时已经对多种不确定性因素加大考虑，对机器人进行装配操作时规划路径和实际路径之间的差距仍然很大。为了让装配操作具有较强的柔顺性，就需要对运动方面产生的误差进行控制，采用被动控制的方法对机器人运动过程中产生的误差进行控制。

（一）装配机器人

一般情况下，进行装配操作时都会使用到通用机器人，对机器人身上特有的结构柔性进行利用，对运动中产生的误差进行修正[2]。对机器人钢度方面的变量进行分析，对机器人本身存在的结构方面的参数，从而获取机器人末端的刚度，让装配操作能够达到机器人柔顺性方面的要求。采用柔性操作的方法达到装配操作的柔顺性。进行装配操作时对机器人的速度、精度等各个方面要求的都十分高。这种情况下出现一种装配机器人，更加适合装配操作，这种机器人就是直角坐标机器人。

还有一种平面关节型机器人，这种机器人从水平方向来说柔顺性十分强，在垂直方向的钢性十分强，这就可以在水平方向对运动中出现的误差进行修正，让运动在垂直的状态下能够具有较高的精度，这就让机器人对上下安装的任务更加适合，让产品的设计更加合理。

这种机器人在装配操作中的应用十分广泛，对于装配机器人来说是主流的机型。直角坐标机器人顾名思义和直角坐标具有一定的关联，平移轴具有3个，分别是XYZ轴，这三个轴让直角坐标机器人从不同的方向具有的刚性十分大。虽然没有较强的柔顺性，但是会让运动精度更加准确。如果工作区域比较小，机器人运行时会十分快速，这些特有的特点在精度比较高的电子产品中进行装配是十分合理的，电子行业中对这种机器人的应用十分广泛。

（二）柔顺手腕

实际进行装配操作时具备的一个重要的环节是柔顺环节，将柔顺手腕使用到这个环节中是最值得推广的。柔顺手腕的安装选择的区间是机器人末端和装配零件之间，在圆形轴孔中应用的十分广泛。最具有代表意义的就是研制的RCC，从本质上来说这种RCC属于弹簧系统，具有较高的自由度，能够对不同弹簧的弹性有效进行调节，从而得到不同的柔性。

不对称的零件在装配时容易出现一些问题，为了解决这些问题，就需要在正交柔顺的作用下制定一个全新的杆系。当轴孔有运动方面的误差存在时，螺旋杆系相对就会发生位移，让装配中有工件导入其中。在正交柔顺的作用下可以让装配对象不断扩大，避免在装配时出现卡阻。

三、机器人装配操作的主动控制方法

（一）经典控制方法

阻抗控制方法在多个专家的共同努力之下逐渐发展成熟，主要的特点是对机器人不同关节的运动进行调节，以此来达到操作空间的操作能力[3]。把力反馈信号通过转换之后会成为速度调整量，属于阻尼控制。把力反馈信号通过转换之后形成速度和位置的调整量时，属于阻抗控制。采用这方法进行控制会具有一种优点，能够让力控制信号有效加入其中，存在的缺点就是不能有效确定运动经过转换之后形成的矩阵。

另外一种经典控制方法是力控制策略，这种策略灌输进关节柔顺的思想。机器人在运动时会对正交子空间进行互补，对力自由空间中的力有效进行控制。合理的选择矩阵然后对不同操作空间的力和位置在关节控制器上合理进行分配。这就需要根据具体的运动对方程实时计算雅可比进行约束，采用矩阵对力的位置和方向有效进行控制。虽然从理论来看比较简单，但是落实起来存在的困难十分大[4]。

（二）现代控制方法

以经典控制方法作为基础，将智能控制的思想有效移入其中，通过各种策略的实施，不同的人员进行了不同的研究。Fu和Jean将混合力和自适应控制有机结合在一起，对自适应混合力展开研究。Naniwa和Arimoto在机器人的约束运动中将自学习方法运用到机器人中，对机器人末端受到限制的问题进行研究。

这些策略都属于现代控制策略，主要是从不同的角度对质量进行控制。主要的特点是对智能控制进行融合，让系统具有较高的处理不确定性的功能，运算速度也能够全面提高，能够适应具体的实时控制。智能控制在不断发展，未来会有更大的发展。现代控制的方法虽然具有一定的优势，但是仍然缺乏具体的通用的方法。

结语

机器人在实施装配操纵的过程中是无法建模的，这就让规划和控制具有较高的难度。利用实验以及仿真对机器人的装配操作进一步进行探索，掌握具体操作的规律，可以对不同的装配方法进行研究。

参考文献：

[1]潘华,邱继红,刘林.Delta并联机器人装配误差分析与补偿[J].科学技术与工程,2017(20):6-10.

[2]卢军,胡凡,郝磊.基于视觉定位装配机器人的设计与实现[J].组合机床与自动化加工技术,2016(8):140-144.

[3]李慧,王晓伟,张绪龙.GZ-1型装配操作机器人传动部件的研究[J].起重运输机械,2017(8):13-17.

[4]方健飞,张威,葛琳琳.基于避障切换控制的移动机器人路径规划[J].辽宁石油化工大学学报,2017(04):67-71.