面向机器人螺栓装配的视觉感知与力控协同方法

来源：电子与信息学报杂志2026年第5期北京时间：

作者：张春云, 孟昕曈, 陶陶, 周怀东

单位：1.安徽工业大学计算机科学与技术学院 马鞍山 2430322.北京信息科技大学自动化学院 北京 1001923.清华大学计算机科学与技术系 北京 100084

摘要：随着工业自动化与智能制造的发展，机器人在精密装配任务中应用广泛，尤其在螺栓装配等高精度作业环节中发挥着重要作用。然而，在螺栓装配过程中，存在目标物体位姿不确定、微小孔位识别困难以及末端执行器姿态缺乏动态闭环修正等问题。为此，该文提出一种面向机器人螺栓装配的视觉感知与力控协同方法。首先，构建语义增强的6D位姿估计算法，通过融合开放词汇目标检测模块与通用分割模块增强目标感知能力，提升初始位姿精度，并在连续帧跟踪中引入语义约束与平移修正，实现动态环境下稳健跟踪。其次，设计基于改进NanoDet的螺纹孔检测算法，采用轻量级MobileNetV3作为特征提取网络，并增加圆形分支检测头，有效提高微小孔位的识别精度与边界拟合能力，为后续装配提供可靠特征基础。最后，提出分层视觉引导与力控协同的装配策略，通过全局粗定位与局部精定位逐级优化目标位姿，并结合末端力觉反馈进行姿态微调，实现螺栓与螺纹孔的高精度对准与稳定装配。实验结果表明，该文方法在装配精度、鲁棒性及稳定性方面均具有显著优势，具备良好的工程应用前景。

关键词：机器人螺栓装配, 视觉-力觉协同, 6D位姿估计, 螺纹孔检测, 顺应控制

基金资助：国家自然科学基金联合资助项目(U22A2057, U22B2042)