面向飞机装配的机器人定位误差和残差补偿

工业机器人由于其高柔性和低成本而被越来越多地应用到飞机自动钻铆系统中,使用精度补偿有效地提高机器人的绝对定位精度是保证产品质量的关键,为进一步提高机器人末端定位精度,提出了基于误差相似度的残差补偿方法。首先使用基于运动学参数标定的方法辨识出机器人的几何参数误差,再利用基于误差相似度的方法对残余误差进行估计,实现对机器人的误差和残差的补偿。以工业机器人KUKA KR-30 HA为对象所进行的试验验证表明,机器人的绝对定位精度平均值由补偿前的0.879mm经过定位误差补偿后提高到0.194mm,经过残差补偿后进一步提高到0.141mm,经过定位误差和残差补偿后的机器人最大误差由1.492mm降低为0.296mm,最大绝对定位精度误差降低了80.16%。该方法能有效地补偿参数辨识后遗留的残差,进一步提高机器人的定位精度。     

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。     

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.     

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。     

Determination of optimal samples for robot calibration based on error similarity

Industrial robots are used for automatic drilling and riveting.The absolute position accuracy of an industrial robot is one of the key performance indexes in aircraft assembly,and can be improved through error compensation to meet aircraft assembly requirements.The achievable accuracy and the difficulty of accuracy compensation implementation are closely related to the choice of sampling points.Therefore,based on the error similarity error compensation method,a method for choosing sampling points on a uniform grid is proposed.A simulation is conducted to analyze the influence of the sample point locations on error compensation.In addition,the grid steps of the sampling points are optimized using a statistical analysis method.The method is used to generate grids and optimize the grid steps of a Kuka KR-210 robot.The experimental results show that the method for planning sampling data can be used to effectively optimize the sampling grid.After error compensation,the position accuracy of the robot meets the position accuracy requirements.     

航空发动机叶片机器人精密砂带磨削研究现状及发展趋势

航空发动机叶片的型面精度及表面完整性对其疲劳寿命和气流动力性等影响巨大。机器人砂带磨削由于其灵活性好、易于调度、通用性强等特点成为提高叶片表面完整性的有效加工方法之一,但是工业机器人一般仅适用于粗加工,而对于半精加工以及精加工,提高机器人的定位精度是决定加工质量的关键问题。因此,对航空发动机叶片机器人砂带磨削研究现状进行归纳总结,为实现叶片精密磨削提供参考。首先,对叶片机器人砂带磨削系统的组成和结构形式进行了论述,从磨削接触廓形、材料去除规律和表面完整性等方面对砂带磨削机理进行了分析;其次,分别从基于CAD模型、数学模型和人工知识学习三方面总结了叶片机器人砂带磨削轨迹规划方法;然后,对叶片机器人砂带磨削运动控制技术研究进行了介绍,并分析了叶片机器人砂带磨削系统及集成技术;最后,对航空发动机叶片机器人砂带磨削研究现状进行了总结,在此基础上对其发展趋势进行了分析。     

基于遗传算法的机器人负载重力补偿优化算法研究

航空航天装配领域,利用安装在机器人末端的六维力传感器来感知外力是实现工业机器人柔顺装配的关键技术之一,而负载的存在会干扰对外力的感知。针对工业机器人末端负载的重力补偿,提出一种基于遗传算法的重力补偿优化算法。此方法以误差平方和最小为目标建立了最优解模型,利用遗传算法求解,最终可以在不使用测量仪器的情况下,估计力传感器安装偏角,提高重力补偿精度。同时设计了特定的机器人测量姿态来减少系统误差。试验表明,优化算法可以补偿任意角度的力传感器安装偏角,与补偿前相比,各方向最大重力补偿误差及平均重力补偿误差都有所减小。     

机器人技术在机械加工中的应用

机器人取代机床从事机械加工已成为自动化加工发展的一大趋向。本文在分析工业机器人应用现状的基础上,提出了机器人加工系统存在的一些问题,还对并联机床的发展作了展望。     

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%。     

基于最大一致容积Kalman滤波器的多机器人协同定位CSCD

机器人位置信息是多机器人系统执行任务的前提,单个机器人因传感器载荷和作用范围的限制,难以完成复杂环境中的定位任务,多个机器人通过协作可实现大范围下的位置确定。将配置多个传感器的同构机器人群替换为配置单个或少量传感器的异构机器人可降低硬件成本,并且通过设计协同算法,不会降低定位精度。提出了一种将容积Kalman滤波器与最大一致思想融合后的新型滤波算法,并将该算法应用于麦克纳姆轮机器人系统。通过仿真和实物验证了最大一致容积Kalman滤波器的协同定位效果。     

(TiB+TiC)/TC4复合材料电解钻孔试验研究

钛基复合材料是一种典型的难加工材料,采用传统机械加工方法存在加工效率低和加工质量差等问题。利用电解加工技术,采用直径为10mm的管状阴极,对(TiB+TiC)/TC4复合材料进行电解钻孔加工试验研究。进行了(TiB+TiC)/TC4复合材料的电化学特性研究,测量了(TiB+TiC)/TC4复合材料在10%NaNO₃溶液中的极化曲线和电流效率。探究了加工电压、电解液压力对加工精度的影响。结果表明,当加工电压为30V,电解液压力为0.6MPa时,电解钻孔可以在1mm/min的进给速度下稳定加工。当加工的盲孔深径比为3.06时,孔的圆度误差为41.1μm,锥度为0.4°,具有较高的加工精度。     

基于经线划分的非圆截面环形刀具刀位优化算法

目前环形刀具的刀位算法均未考虑圆刀片安装时存在的俯仰角和偏转角,因而在理论上存在较大的编程误差。针对实际使用刀具为非圆截面环形刀具的情况,通过对环形刀具的截面曲线进行分析,提出了一种基于经线划分的非圆截面环形刀具刀位优化算法。首先利用经线法求解出刀具表面和工件曲面之间的误差分布,然后根据此误差分布来调整刀具位置和姿态,使刀具表面与设计曲面在不发生干涉的情况下实现密切接触,从而得到刀具在指定定位点处的最优刀位。仿真结果表明,传统的五坐标刀位算法会产生较大的加工误差,而本文提出的算法消除了圆刀片安装时存在的俯仰角和偏转角所引起的加工误差,可有效提高复杂曲面的加工精度并获得满足给定编程公差的优化刀位。     

伺服加工平台的综合误差建模与补偿

伺服加工平台的几何误差是影响工件加工形貌精度的重要因素。在多体系统理论的基础上,首先,运用低序体阵列描述伺服平台多体系统的拓扑结构,建立各相邻体间的齐次变换矩阵,构建其综合误差模型;其次,利用雷尼绍测量系统对平台的定位误差、直线度误差、俯仰误差、偏摆误差以及两轴之间的垂直度误差进行辨识,将辨识得到的误差值代入构建的模型得出平台几何综合误差;最后,选择凸锥面、平面、球面3种面型工件补偿试验,对误差模型进行原理性验证。研究表明,经补偿后加工所得3种面型工件表面精度均提高了25%左右,证实了提出的补偿方法可用于伺服加工平台几何误差控制。     

Path,feedrate and trajectory planning for free-form surface machining: A state-of-the-art review

Nowadays, free-form surfaces have been widely used in various industrial fields. They are usually machined by CNC machine tools, but recently have also begun to be manufactured by industrial robotic arm manipulators, thanks to low cost, large operation reaching space and high machining flexibility of robot. So far, various methodologies have been proposed to improve efficiency and quality of free-form surface machining, thus this paper aims at providing a state-of-the-art review on research advances in free-form surface machining. In this review, tool path generation, feedrate scheduling in Cartesian space and trajectory planning in joint space are focused for both CNC machining and robot machining, and their research statues, existing difficulties and key issues are discussed in detail. Finally, the feasible routes, breakthrough points and future development trend are also expounded.     

基于超宽带和航位推算的室内机器人UKF定位算法

超宽带是一种传输速率快、功耗低的新型无线通信技术,可提供亚米级定位精度,近年来超宽带定位在机器人领域的应用日益广泛。在超宽带信号有效区域边缘或信号受到遮挡时,超宽带定位精度急剧下降。为此提出了一种基于超宽带定位和航位推算的UKF组合定位方法,可有效克服上述问题,从而为室内机器人定位提供一种稳定可靠的解决方案。     

一种多级轴流压气机不同工况叶尖间隙预估模型

考虑热负荷以及机械负荷的影响,建立了一种多级轴流压气机不同工况叶尖间隙的预估模型.模型针对多级轴流压气机考虑了温度在径向和轴向的分布,保证了模型的准确性.通过与通用电气公司E3发动机试验结果的对比,计算模型预估叶尖间隙在第3,5,10级的相对误差分别为0.8%,5.6%,3.7%,显示该方法能很好地揭示叶尖间隙在不同工况下的变化规律.模型在叶尖间隙随轮盘内腔冷气流量的变化趋势上预估与试验是一致的,在第3,10级叶尖间隙预估值的相对误差分别为9.7%,6.7%.试验中使用主动控制技术,得到其所能达到的最大叶尖间隙关小量在第10级转子处为0.2032mm,而模型预估所得调节流量所能达到的最大叶尖间隙关小量在第10级转子处为0.14mm,显示模型较好地反映了主动叶尖间隙控制技术的效果.      

机器人辅助飞机装配制孔中位姿精度补偿技术

在飞机自动化装配中,机器人制孔技术由于其高度柔性和相对低成本而倍受关注.然而,机器人本身的动、静态误差及制孔过程大量坐标系标定和坐标转换会引起难以补偿的残留误差,为提高机器人制孔的位置和姿态精度,构建一种基于激光跟踪仪闭环反馈的机器人辅助飞机装配制孔系统.本文首先论述应用激光跟踪仪建立系统中关键坐标系的方法,并分析了机...     

基于MBD的飞机钻铆机器人离线编程技术研究

为了提高飞机钻铆机器人离线编程的效率和质量,提出了基于MBD的智能离线编程技术。依据飞机钻铆的工艺特点构建了钻铆MBD模型,从钻铆MBD模型中自动提取待加工孔的坐标、法矢、材料、紧固件规格等工艺信息,据此规划最佳的机器人加工站位、加工路径和加工工艺参数,并利用CAA基于DELMIA软件开发了飞机钻铆机器人离线编程系统。     

基于几何特征关联的室内扫描匹配SLAM方法

为实现室内结构化环境中仅依靠激光雷达数据进行实时自定位并创建精确的特征地图,提出了一种基于几何特征关联的室内扫描匹配SLAM方法.几何特征关联与匹配方法的优劣很大程度上影响SLAM的实时性和精度.结合室内结构化环境的特点,提出了一种完备端点定义与提取方法,将直线段特征与完备端点进行关联,优化几何特征扫描匹配过程.此外,姿态角收敛是SLAM进行机器人位姿估计和求解一致性的关键.为确保姿态角准确收敛,采用了基于直线拟合认知的姿态角加权几何平均求解方法.实验证明,提出的SLAM方法得到的定位精度在100mm内,建图精度也较高,能胜任室内SLAM.