自动化钻孔系统柔性控制

针对飞机柔性装配中的壁板精确制孔问题,提出了采用工业机器人与末端执行器柔性自动化协同控制的钻孔的系统方案,实现了对飞机壁板的自动化精确制孔任务。柔性自动化钻孔控制软件系统健壮、开放性好、集成度高、钻孔效率达3～4个/min。所以,采用工业机器人钻孔系统柔性自动化控制能够满足飞机工业对精度、产量、柔性、成本等诸多要求。     

基于工业机器人的飞机柔性装配技术

研究了基于工业机器人的飞机柔性装配技术,着重讨论了机器人精度补偿、末端执行器设计、法线检测与找正、系统控制、离线编程等关键技术。通过在小翼部件加工中的应用,达到了孔位精度±0.5mm、法向精度±0.5°等关键技术指标。结果表明,对于特定应用对象采用机器人技术进行飞机部件自动装配为一个理想、低成本的解决方案,随着当今工业机器人性能不断增强,配以末端执行器和相关的补偿系统,在航空工业作为装配平台是可行的。     

知识Petri网与机器人装配规划

介绍了知识Petri网（KPN），在柔性装配系统中基于KPN机器人装配规划的任务，以及用KPN为机器人装配规划的任务，以及用KPN为机器人装配规划建模和KPN的运行。文中论述了如何建立邻链表、构造KPN，以及最后如何运行KPN，获得最佳装配规划。最后，阐述了基于KPN的机器人装配规划系统中数据库、规划库及推理机的构造。基于KPN的机器人装配规划，与目前常用的机器人装配规划方法，如启发式搜索法AO和线性规划LP法相比，具有如下主要优点：由于将人工智能用于Petri网中，故智能强；适应性强，既适用于整套产品零件同时到达装配站，也适用于各零件分时到达装配站时的规划；算法简单，规划速度快，更适用于在线规划。     

用于飞机零部件制造装配的柔性工装数控系统(英文)

研究了柔性工装计算机数字控制(Computer numerical control,CNC)系统,该系统适于控制多种用于飞机零部件制造和装配的柔性工装设备。给出了柔性工装的机械结构分类,分析了柔性工装设备的控制需求。同时提出了一种CNC系统的硬件和软件架构,并予以实现。该系统利用配置参数描述柔性工装的机械结构。根据配置参数,CNC系统可以自动生成其控制功能和人机界面(Human machine interface,HMI)操作功能。将该CNC系统应用于某蒙皮-桁条装配柔性工装设备,结果证明了系统的有效性。     

翼吊式发动机安装系统隔振设计技术研究

涡桨发动机安装系统隔振设计需综合考虑安装系统的隔振效率、振型解耦、机翼柔性影响等诸多设计要求,该文提出了基于弹性中心理论的安装系统设计方法,利用该方法获得了某型发动机安装系统缩比模型的设计参数,并联合使用有限元和多体动力学软件建立了其刚柔耦合计算模型,分析了柔性机翼对安装系统动态性能的影响。结果表明:机翼与减振器刚度比对系统的垂向模态和垂向振动耦合影响较大,机翼阻尼对高频共振响应影响较大。进一步获得了安装系统取得较好减振效果时的最佳刚度比,提出了一种考虑机翼刚度的发动机安装系统隔振设计方法。     

导管装焊精确定位柔性辅助系统的设计与开发

针对运载火箭增压输送系统中的拼焊型管路产品，以实现管路产品焊接的柔性装配为最终目标，开展了装焊精确定位柔性辅助系统的设计与开发。根据拼焊型管路的传统制造模式，焊接装配是采用专用装焊工装保证导管的空间走向和总体尺寸，因而每项导管对应一套专用装焊工装，管路结构的调整将导致原工装的返修甚至报废，造成生产成本高且严重影响导管的研制周期，该问题在研制型号中尤为突出。随着型号越来越多，专用装焊工装数量也显著增多，给工装管理也带来了极大的挑战。本文通过装焊精确定位柔性辅助系统的设计与开发，以导管特征点的坐标为控制指令实现柔性装配系统按照装配要求进行精确走位和定位，以柔性化的装配系统实现不同规格、不同空间走向的拼焊型管路产品的焊接装配。     

一种适用于飞机壁板自动化制孔的法向修正技术

在飞机装配中制孔的位置和法向精度将直接影响飞机最终的装配质量。自动化制孔以飞机数模为基准,但在实际装配过程中,由于受多源耦合装配误差影响,壁板等大型柔性结构件的实际外形不可避免地会与理论数模出现偏差,因此需要对制孔位置和法向进行修正。为了减少制孔法向偏差和提高制孔效率,本文结合大型飞机机翼壁板的结构特点,提出一种基于基准孔插值的法向偏差修正技术。通过激光位移传感器的测量值计算得到各基准孔的实际法矢方向,结合视觉测量系统得到基准孔孔位偏差,利用插值算法实现其余孔位的法向修正。试验结果表明,该修正技术可实现法向误差不超过0.3°,制孔效率相比逐孔修正可提升约25%。     

飞机内外前襟柔性工装研究

通过对数字化柔性装配技术的深入分析,结合某型号襟翼试验件研制,设计、制造了飞机内外前襟的数字化柔性工装,并完成了该柔性工装的安装、调试。该柔性工装由7个立柱式三坐标定位单元,各定位单元均能独立运动,由定位单元联合驱动实现内外前襟试验件4个部件的柔性装配。由应用结果可知:利用该工装提高了装配质量和效率,验证了内外前襟数字化柔性工装技术可行性。该工装的成功应用为后续类似结构的工装制造提供了成功案例。     

变弯度机翼前缘柔性蒙皮优化设计方法与变形机理研究

光滑连续变弯度机翼前缘具有降低噪声和提升气动效率的优势,针对其变厚度柔性蒙皮,目前的研究主要集中于优化方法设计,而缺乏对蒙皮变形机理和变厚度方案优劣的分析。因此,首先对变弯度前缘设计区域进行了定义,然后开展了变弯度机翼前缘的蒙皮变形机理分析,总结出理想条件下柔性蒙皮的变形机理、实际变形与理想变形产生差异的原因及变厚度柔性蒙皮方案的设计难点和局限性,最后以机理分析为基础,提出了后掠变弯度机翼前缘柔性蒙皮的优化设计方法,并以真实翼型的变弯度前缘翼段为研究对象,完成了变形仿真分析。数值模型实现了变厚度柔性蒙皮的高精度变形,验证了该设计方法的有效性。     

飞机数字化装配柔性工装的低成本化

数字化柔性工装是现代飞机装配中工装的主要形式。柔性工装通过其硬件系统和软件系统,实现了工装的自动柔性重构功能。但柔性工装的功能特点使得其制造成本相对较高。基于现代飞机精益制造要求,通过研究柔性工装的构成和特点,从工装硬件系统入手,提出降低柔性工装成本的方法。在此基础上,进一步研究基于零件关键特征不用工装直接装配的方法,阐述关键特征设计需考虑的因素及其关系。通过开展柔性工装的低成本化研究,为国内深入研究应用柔性工装提供技术支持。     

移动机器人铣削制孔系统基准检测

结合航空大部件的数字化对接装配需求,设计了一套用于对接面铣削制孔的移动机器人加工系统,并提出具体的加工工艺流程。研究了基于激光轮廓扫描仪的大量散乱点云数据的预处理算法,提出基于栅格法和迭代拟合法的对接面特征提取算法。针对移动机器人加工系统在大场景下的高精度定位问题,提出基于扫描线法和最小二乘法原理的对接基准孔坐标找正算法。通过产品的加工实验验证,对接面铣削和制孔精度满足系统要求的各项技术指标,证明了本文提出的移动机器人铣削制孔系统的装配对接面加工方法能够精确地完成大部件数字化装配任务,对提高装配质量和效率具有重要意义。     

工业机器人D-H运动学参数分步辨识方法

针对工业机器人运动学参数辨识过程中的角度误差易淹没在数量级较大的位置误差中的问题，提出一种快速有效的分步辨识方法。首先构建机器人Denavit-Hartenberg（D-H）运动学模型，其次给出参数辨识两步误差模型，最后进行机器人运动学参数辨识试验。借助激光跟踪仪进行外部测量，通过3种试验方案对比，验证了基于两步误差模型的机器人运动学参数辨识方法的正确性和有效性，且辨识精度具有一定优势。将辨识参数代替机器人原有运动学参数，进行碳纤维薄板钻孔加工，加工孔的位置度由3 mm提高到1 mm以内。     

改进力控方案完成异形孔装配

讨论了改进的力／位混合控制方案、异形孔装配策略规划及其在ＪＲＢ－１机器人上的实现。简述了该方案的优点，在ＪＲＢ－１机器人上实现所解决的问题，提出用适应性增益解决力控环稳定问题。文中还结合异形孔装配给出了装配任务的描述和装配策略的自动生成方法。     

机器人制孔工艺参数优化有限元仿真分析

采用大型有限元DEFORM-3D和Abaqus软件分析机器人制孔的切削机理和制孔时机器人的振动机理。仿真分析了机器人制孔的切削力,并以仿真数据为基准,拟合了机器人制孔切削力的经验公式,仿真机器人的模态、刚度和阻尼,运用颤振理论分析了机器人制孔时避免振动的工艺参数范围。通过有限元仿真研究表明:有限元仿真计算有效地解决了机器人制孔工艺参数优化问题。     

自动钻铆连接件疲劳性能分析

自动钻铆技术是目前飞机先进装配连接技术的发展趋势,国内在这方面的工艺积累不足。本文以两种自动钻铆设备及手工钻铆生产的铆接构件分别做疲劳试验。结果表明:在合适的工艺参数下,采用自动钻铆的铆接构件疲劳寿命较传统的手工钻铆有显著的提高;工艺参数的不同组合,对连接的疲劳寿命将产生较大影响;自动钻铆对各工艺参数的控制精度明显优于手工钻铆。因此,对于镦头高度等质量检验标准可以提高精度要求。     

基于神经网络的机器人姿态逆解

首次实现自组织神经网络求解机器人姿态逆解，突破了文献局限于研究位置逆解的状况。应用本文创新的自组织神经网络训练方法，结合工业机器人运动学特性，建立了工业机器人姿态逆解的神经网络方法，对PUMA560机器人的计算机仿真结果表明，该方法姿态控制精度高。     

航空航天制造机器人高精度作业装备与技术综述

新一代航空航天产品的研制与批产对制造精度与加工质量提出了更高的新要求。以机器人为核心的智能制造技术与装备是解决该难题的有效途径。然而,工业机器人较低的定位精度与弱刚性结构属性严重制约了其在航空航天部件高精度加工作业中的推广应用。本文在阐述国内外机器人装备在航空航天制造业的应用现状的基础上,重点介绍了机器人作业刚度强化策略与定位误差精确补偿方法的研究现状,并分析了现有高精度控制方法存在的问题及技术难点。最后探讨了机器人作业装备在航空航天制造领域的技术发展趋势,为面向航空航天产品的机器人高精度制造技术的研究提供参考与借鉴。     

含闭链机构机器人动力学探讨

本文用Appell方程就含闭链机构机器人动力学研究作了新的探讨,给出了建立含闭链机构机器人动力学方程的一般方法。旨在把含闭链机构机器人分解成相应的开链机构进行研究,因而大大简化了推导过程。文中通过一个实际工业机器人动力学方程的推导,证实了该方法的可行性。     

基于抗差估计的工业机器人运动学参数标定

为了提高工业机器人标定过程中参数辨识的鲁棒性,提出了一种基于抗差估计的运动学参数标定方法。首先基于D-H模型建立了末端位姿误差模型,同时分析了等价权函数,然后利用激光跟踪仪测量机器人基坐标系和末端位姿,最后结合IGG3权因子函数利用抗差最小二乘法辨识了运动学参数。实验表明,机器人绝对定位的RMS误差由补偿前的0.87mm降低到补偿后的0.21mm,相较于传统的最小二乘辨识算法,此标定方法拟合精度更高且鲁棒性更强。