基于误差相似性的移动机器人定位误差补偿

对由AGV承载的工业机器人组成的AGV式移动制孔机器人的定位误差补偿方法进行了研究。在面向飞机装配的AGV式移动制孔机器人系统中，利用激光跟踪仪构建坐标系，提出了AGV式移动制孔机器人机座坐标系的换站方法，能更好地适应飞机制造多品种、小批量的特点。基于对AGV式移动制孔机器人定位误差源的分析，利用定位误差相似性，提出针对AGV式移动制孔机器人的基于反距离加权定位误差的空间插值与补偿方法，克服了现有技术对于AGV式移动制孔机器人定位误差补偿的局限性。以AGV搭载的KUKA KR480型工业机器人制孔系统作为试验对象，通过试验选取最优网格步长，补偿结果表明，能将系统综合定位误差平均值由补偿前的1.045 mm降低到0.227 mm，最大绝对定位误差由补偿前的2.727 mm降低到0.478 mm，降低了82.47%，该方法能有效提高AGV式移动制孔机器人的绝对定位精度。     

机器人自动钻孔系统的坐标系建立方法

介绍了基于激光跟踪仪的机器人自动钻孔系统坐标系建立方法,得到了自动钻孔系统中各个坐标系之间的空间变换关系,能够满足飞机装配的精度要求,保证了飞机的飞行性能和使用寿命。     

双机器人钻铆系统协同控制与基坐标系标定技术

为提升机器人飞机自动钻铆质量并提高自动制孔铆接率,对双机器人协同的飞机自动钻铆技术进行研究,提出双机器人协同自动钻铆工作流程.针对协同运动提出为机器人进行编码,利用Ethernet(TCP/IP)实现系统和机器人之间的信息传输.为了保证系统的完整性,将机器人单侧信息转化到另一侧的机器人下,采用激光跟踪仪并利用单位四元数法对双机器人基坐标系进行标定.最后在KUKA的KR-500双机器人和其30m扩展第七轴上进行协同运动和控制系统试验以及双机器人定位重合度测试,验证了系统的有效性,试验表明因该方法带来的误差可以忽略不计.     

基于ELM的航空制孔机器人定位精度补偿方法

针对航空制孔机器人绝对定位精度补偿中存在的建模复杂及运算量大的问题,提出了一种基于极限学习机的绝对定位精度补偿方法。该方法通过将机器人视为一个黑箱系统,忽略机器人的几何因素和非几何因素的影响,通过高精度的激光跟踪仪测量获得机器人的末端运动误差,采用极限学习机建立机器人误差预测模型。由机器人误差预测模型获得机器人在期望位置的位置偏差,通过修正机器人位置坐标来实现机器人的绝对定位精度补偿。最后该方法在航空制孔机器人上进行了试验,试验结果显示机器人的绝对位置误差的平均值和最大值分别降低了75.69%和78.16%。     

机器人自动制孔中绝对定位误差的分析与补偿

由于机器人绝对定位精度相对较低,无法直接满足自动制孔的孔位精度要求。为了提高机器人自动制孔的孔位精度,对机器人绝对定位误差进行了研究。首先,阐述了绝对定位误差的来源和产生过程,并通过理论分析和相关试验,证明了绝对定位误差会对机器人基坐标系的平移分量和姿态变换分量产生不同程度的影响。然后,为了补偿由于基坐标系标定不准确所引起的坐标转换误差,从飞机曲面构造原理角度,提出了一种基于误差Coons曲面函数的补偿方法。制孔试验表明,采用基于误差Coons曲面函数的补偿方法,可以使得坐标转换误差得到有效的补偿。机器人自动制孔的孔位平均位置误差为0.205mm,最大位置误差为0.343mm,满足孔位精度在0.5mm以内的要求,实现了机器人自动化精确制孔。     

一种适用于曲面结构的机器人制孔误差在线补偿技术

针对工业机器人应用于飞机零部件自动钻孔时各项误差累积造成制孔精度差的问题，提出一种利用单应关系计算机器人驱动坐标三维偏差，以在线补偿机器人制孔精度的方法。首先利用外部测量设备建立机器人制孔系统中各坐标系关系；在标定阶段，通过以一定倾斜角度固联于机器人末端的相机拍摄一幅安装于制孔工作平面上与刀轴正对的平面标定板图像，并据此完成基于单应变换的手-眼关系标定；在实际制孔过程中，机器人在测距传感器及相机的辅助下，从基准孔理论坐标对应的姿态，不断调整至基准孔正上方理想位置，通过手-眼关系计算基准孔实际位置对应的机器人驱动坐标，然后根据一组基准孔的机器人三维驱动误差，计算三维驱动误差变换矩阵，据此获得这组基准孔邻域范围内各待钻孔的机器人驱动坐标补偿量，从而实现待钻孔定位误差补偿。以飞机结构实验件为对象进行了模拟制孔验证，实验结果表明，补偿前待钻孔三维综合定位误差和法向误差测量值范围分别为2.28~2.85 mm和2.09°~3.93°，平均为2.55 mm和3.30°，补偿后制孔最大误差分别不超过0.30 mm和0.21°，满足自动制孔位置精度要求。     

基于激光跟踪仪、iGPS的飞机水平测量技术研究

针对传统飞机水平测量方法的不足,提出一种基于激光跟踪仪、iGPS数字化测量系统联合应用的水平测量新方法。介绍激光跟踪仪、iGPS两种测量系统的组成及工作原理。制定了包括iGPS测量场布局、iGPS系统标定、激光跟踪仪布站、统一坐标系、激光跟踪仪转站及水平测量点测量等环节的飞机水平测量方案。应用表明,该方案测量精度高、劳动强度低,完全满足新一代飞机的装配需求。     

激光跟踪仪与机器人坐标系转换方法研究

为了快速准确求解激光跟踪仪与机器人坐标系转换参数,提出了一种基于工具标定与公共点转换相结合的坐标转换方法。首先,将靶球固定在机器人末端工具上,控制机器人示教6个不同位置,并同时用激光跟踪仪测量球心坐标;然后,采用基于距离约束的方法计算靶球在机器人基坐标系中的位置;最后,采用基于罗德里格矩阵的最小二乘迭代法进行坐标转换。试验表明:该方法操作简单,能够避免拟合误差的影响,提高坐标转换精度。     

基于末端定位的制孔系统工件坐标系标定研究

自动制孔设备进行自动制孔之前,需要对待加工零部件与设备坐标系进行标定。传统的标定方法以工装为中心,应用激光跟踪仪统一对设备、工装和工件进行测量,过程繁琐、生产准备时间长。针对这一问题提出了一种利用自动制孔末端的孔定位功能和设备坐标系下可知的刀尖点坐标的标定方法,并对该方法的关键技术进行了详细研究。     

激光跟踪仪在某型飞机制造中的应用研究

阐述了激光跟踪仪组成、测量原理及误差补偿方法。利用激光跟踪仪分别在某型飞机后机身总装、大部件对接和质量检测工位构建了空间测量系统。实现了部件装配平台运动闭环控制,完成了飞机大部件预总装动态调姿引导,对飞机部件装配质量进行了定量监控,大幅度提高了飞机装配效率和质量。     

机器人自动换刀系统刀夹受力及排布

机器人制孔系统因其低成本、高效率、高柔性的优势，在飞机壁板装配中得到了广泛应用。机器人自动换刀系统作为飞机壁板机器人制孔系统的重要组成部分，极大地影响着制孔的效率和柔性。本文对机器人自动换刀系统进行分析，着重对刀夹稳定夹持力、换刀过程刀夹阻力和盘式刀库刀夹双环排布进行了深入研究。通过分析刀夹结构和夹紧原理，计算稳定夹持力；通过构建换刀过程中刀具轮廓与刀夹轮廓的几何位置关系，结合受力分析，计算换刀过程刀夹阻力；通过简化刀夹组件轮廓及惯量计算，分别对4种刀夹双环排布方案进行分析研究，以圆形刀盘上的总惯量最小为目标，得到了最优的刀夹排布方式。最后根据实际工程需求，给出了容量为24把刀具的盘式刀库设计实例。     

柔性工装及自动化装配设备在大型飞机装配中的运用

大型飞机的大尺寸、高要求的特点为其装配过程带来了不少的困难，国外大型飞机装配多采用柔性装配工装与自动化装配设备完成其装配过程。本文分析了国外大型飞机装配中所运用的先进技术手段与国内飞机制造业的现有基础，并为国内大型飞机的装配提出切实可行的建议。     

Auto-normalization algorithm for robotic precision drilling system in aircraft component assembly

A novel approach is proposed to detect the normal vector to product surface in real time for the robotic precision drilling system in aircraft component assembly, and the auto-normalization algorithm is presented based on the detection system. Firstly, the deviation between the normal vector and the spindle axis is measured by the four laser displacement sensors installed at the head of the multi-function end effector. Then, the robot target attitude is inversely solved according to the auto-normalization algorithm. Finally, adjust the robot to the target attitude via pitch and yaw rotations about the tool center point and the spindle axis is corrected in line with the normal vector simultaneously. To test and verify the auto-normalization algorithm, an experimental platform is established in which the laser tracker is introduced for accurate measurement. The results show that the deviations between the corrected spindle axis and the normal vector are all reduced to less than 0.5°, with the mean value 0.32°. It is demonstrated the detection method and the auto-normalization algorithm are feasible and reliable.     

螺旋铣孔技术研究进展

各种连接孔的加工是航空航天构件装配中的重要工作之一。新型大型飞机等难加工材料使用越来越多、制孔孔径深度越来越大、制孔精度质量要求越来越高，使得制孔加工变得越发困难，传统制孔方法逐渐不能满足需求。螺旋铣孔是一种针对航空航天构件装配制孔需求出现的新技术，其采用特制刀具通过偏心铣削的方式实现圆孔加工。由于材料去除原理改变，螺旋铣孔相对传统制孔方法在加工精度、生产效率、刀具成本、适用性等多个方面表现出优势，成为当前航空航天领域制孔技术的研究热点之一。首先在阐述螺旋铣孔基本原理的基础上分析了其技术优势；然后重点围绕加工机理与专用装备两个方面，概述了螺旋铣孔技术的发展现状；最后，分析了螺旋铣孔技术的发展趋势。     

Calibration of robotic drilling systems with a moving rail

Industrial robots are widely used in aircraft assembly systems such as robotic drilling systems. It is necessary to expand a robot＇s working range with a moving rail. A method for improving the position accuracy of an automated assembly system with an industrial robot mounted on a moving rail is proposed. A multi-station method is used to control the robot in this study. The robot only works at stations which are certain positions defined on the moving rail. The calibration of the robot system is composed by the calibration of the robot and the calibration of the stations.The calibration of the robot is based on error similarity and inverse distance weighted interpolation.The calibration of the stations is based on a magnetic strip and a magnetic sensor. Validation tests were performed in this study, which showed that the accuracy of the robot system gained significant improvement using the proposed method. The absolute position errors were reduced by about 85%to less than 0.3 mm compared with the maximum nearly 2 mm before calibration.     

一种基于旋量理论的自动钻铆机调姿反解算法

运动学反解是实现机床运动控制的技术基础,也是提高运动精度的技术保证。根据飞机装配自动化钻铆的需求分析,以龙门式自动钻铆机为研究对象,基于旋量理论建立其运动学模型。采用Paden-Kalan子问题模型和自动钻铆机上下末端执行器的几何关系相结合的方法,提出了一种基于旋量理论的自动钻铆机运动学反解算法,并在CATIA中的DMU模块下对算法进行算例验证。结果表明:基于旋量理论的运动学反解算法正确,为自动钻铆机的运动控制提供了理论基础。     

机器人自动钻铆系统集成控制技术

针对飞机自动化装配中对机器人自动钻铆系统设备的控制要求,设计一套以工业机器人为载体,基于Beckhoff控制系统的自动钻铆设备。该控制系统以现场总线的方式,将工业机器人、扩展地轨、多功能末端执行器、刀库以及其他附属设备通过Beckhoff的核心控制软件联系在一起,实现对加工现场的实时控制。并通过一系列的精度补偿措施在多个环节对误差进行修正补偿以提高精度。试验表明,该套系统可达到末端制孔定位精度±0.5mm,垂直精度±0.3°,孔径精度H8,锪窝深度精度±0.01mm。     

大型壁板自动钻铆定位误差分析与优化

在机翼大型壁板自动钻铆工艺中,由于定位误差较大,壁板实际位姿和理论数模位姿之间难以建立精确的映射关系,而现有补偿工艺流程复杂,导致装配效率较低。着眼于工装设计补偿,针对大型壁板自动钻铆定位误差控制问题展开定位误差溯源分析和定位点布局优化。首先,根据自动钻铆工艺流程进行定位误差溯源,分析其误差的来源及传递机理;其次,将定位误差分为刚性误差和柔性误差两部分,采用Monte-Carlo法模拟刚性定位误差的分布,通过齐次坐标变换分析刚性误差的传递过程,利用有限元虚拟仿真计算关键特征点的柔性变形误差;再次,集成刚性误差与柔性误差,基于统计学思想讨论特定置信度下的定位误差分布规律;然后,基于脚本语言开发Abaqus参数化模型,通过Isight进行后台调用及赋值规划,实现基于带精英策略的非支配解排序遗传算法(NSGA-II)的定位点布局多目标优化;最后,以某型飞机机翼上侧壁板的一号组件为实例,验证了该方法的可行性。     

基于孔边距约束和Shepard插值的孔位修正方法

在飞机装配中制孔的位置精度直接影响飞机的最终装配质量,自动化制孔以飞机数模为基准,受装配误差影响,在机翼翼盒等封闭结构中,难以确保制孔位置与骨架沟槽关键特征的边距满足工艺要求。提出一种基于孔边距约束和Shepard插值的自动化制孔位置评价及修正方法,通过激光跟踪仪及扫描仪获取实测骨架点云数据并进行去噪和配准,将骨架理论孔位映射到点云模型获得实际制孔位置,提取骨架沟槽关键特征的边界点并构造Ferguson曲线作为边界曲线,基于此计算制孔约束区域中实际孔位的边距及孔边距偏差。针对孔边距可能超差的情况,提出一种先基于孔边距偏差修正约束孔位再利用Shepard插值法修正其余孔位的孔位修正策略,在满足孔边距要求的同时保留了原孔位的行列分布特性。运用所提出的方法对某型飞机机翼骨架进行测量和数据处理,验证了该方法的有效性。