吉林大学学报(工学版) ›› 2019, Vol. 49 ›› Issue (6): 2027-2037.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20180592

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机器人末端执行器自更换机构设计及对接策略

马常友1,2(),高海波1(),丁亮1,于海涛1,邢宏军1,邓宗全1   

  1. 1. 哈尔滨工业大学 机器人技术与系统国家重点实验室,哈尔滨 150080
    2. 佳木斯大学 机械工程学院,黑龙江 佳木斯 154007
  • 收稿日期:2018-06-07 出版日期:2019-11-01 发布日期:2019-11-08
  • 通讯作者: 高海波 E-mail:mcyazh@126.com;gaohaibo@hit.edu.cn
  • 作者简介:马常友(1982-),男,讲师,博士研究生. 研究方向:核电站救灾机器人. E-mail:mcyazh@126.com
  • 基金资助:
    “973”国家重点基础研究发展计划项目(2013CB035502);“111”创新引智计划项目(B07018);国家自然科学基金委创新研究群体科学基金项目(51521003)

Mechanism design and docking strategy forend⁃effectors exchange of robot

Chang-you MA1,2(),Hai-bo GAO1(),Liang DING1,Hai-tao YU1,Hong-jun XING1,Zong-quan DENG1   

  1. 1. State Key Laboratory of Robotics and System, Harbin Institute of Technology, Harbin 150080, China
    2. College of Mechanical Engineering, Jiamusi University, Jiamusi 154007, China
  • Received:2018-06-07 Online:2019-11-01 Published:2019-11-08
  • Contact: Hai-bo GAO E-mail:mcyazh@126.com;gaohaibo@hit.edu.cn

摘要:

为解决核电站机器人作业功能单一性的问题,研制了一种机器人末端执行器自更换机构。该机构采用同心三虎克铰并联的多力矩输出接口形式,为末端执行器及相关作业提供动力输入。在分析末端执行器自更换端与工具架之间双虎克铰被动柔顺对接特性以及容差条件的基础上,提出了一种基于接触力阈值的末端执行器自更换机构自动对接控制策略;完成了末端执行器自更换机构样机设计,利用SCHUNK 6自由度机械臂移动平台进行多种末端执行器的自动更换试验,验证了控制策略的有效性和机构的容差特性。试验结果表明:该机构能够完成较大容差柔顺对接并可以实现末端执行器动力传递功能。

关键词: 自动控制技术, 末端执行器自更换, 虎克铰, 柔顺对接, 动力传递

Abstract:

To solve the issue of the single ability for robot in the nuclear power plant, an autonomous exchange mechanism of the end-effector for robot is developed. The interface of multi-torque output with the concentric and parallel mechanism with 3-Hooke joints is used to provide power input for the end-effector with related operations. Based on analysis of the passive compliance and tolerance condition for the docking process of the double Hooke joints between the end-effector exchange and the tool rack, an automatic docking control strategy of the end-effectors exchange is proposed based on the contact force threshold. The automatic replacement of different end-effectors is realized by experiments, and the feasibility of the control strategy is verified. The mechanism prototype for end-effector exchange is designed. The exchange experiments of different end-effectors are carried out by the SCHUNK 6 DOF manipulator mobile experiment platform, which demonstrate the effectiveness of the control strategy, the tolerance performance of the mechanism. The experimental results show that the mechanism has completed docking process with larger tolerance compliant and realized the power transmission of the end-effector.

Key words: automation control technology, mechanical design, end-effector exchange, hooke joint, compliant docking, power transmission

中图分类号: 

  • TH165

图1

末端执行器自更换机构对接过程"

图2

轴孔之间偏差情况"

图3

基于双虎克铰对接机构被动柔顺原理"

图4

三虎克铰同心并联传动机构原理"

图5

末端执行器自更换机构组成"

图6

扭矩传递动力机构设计"

图7

锁紧和释放机构设计"

图8

末端执行器动力输入机构设计"

图9

末端执行器存放装置"

图10

末端执行器标准接口"

图11

自动对接过程算法"

图12

对接接口的搜索区域"

图13

对接接口检验步骤的示意图"

图14

自更换机构作业软件和硬件系统"

图15

末端执行器自更换对接策略验证试验"

图16

对接过程的接触力和位移变化曲线"

图17

末端执行器自更换与动力传递过程"

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