飞机数字化柔性装配钻铆加工控制技术研究

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1、中图分类号：V262.4论文编号：102870515-S194学科分类号：082503硕士学位论文飞机数字化柔性装配钻铆加工控制技术研究研究生姓名李冬磊学科、专业航空宇航制造工程研究方向飞机柔性装配技术指导教师沈建新教授南京航空航天大学研究生院机电学院二О一五年三月iNanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMechanicalandElectricalEngineeringResearchonControlTechnologyofA

2、ircraftDigitalFlexibleAssemblyDrilling&RivetingAThesisinAeronauticalEngineeringbyLiDongleiAdvisedbyProf.ShenJianxinSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015ii承诺书本人声明所呈交的博/硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论

3、文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：iii飞机数字化柔性装配钻铆加工控制技术研究摘要在航空制造领域，基于工业机器人的柔性装配钻铆技术凭借其高效率、高质量和高可靠性等显著优势，已成为飞机数字化柔性装配的重要发展趋势。自动钻铆控制技术作为柔性装配钻铆系统的统筹核心，优选工业通

4、信方式灵活组态现场被控设备，根据自动钻铆功能特点制定最佳控制策略和实施方案，从而确保自动钻铆加工任务高效、准确、有序完成。本文主要围绕飞机数字化柔性装配钻铆多功能复杂集成控制这一核心问题，开展了基于软硬件结合方式的自动控制技术研究。主要研究内容如下：(1)提出了自动钻铆控制系统的总体设计方案。从柔性装配钻铆系统的功能需求入手，分析了整体架构、设计功能及工作流程，进而提出了控制系统基于工业网络组态的硬件设计模式和基于多软件平台协同的软件设计模式，并以此完成了自动钻铆控制系统总体方案设计。(2)开展了工业机器人外部自动控制技术应用研究。

5、针对自动钻铆系统对工业机器人提出的高绝对定位精度、广可达空间和易集成控制等性能要求，灵活运用库卡机器人外部自动控制机制，设计了集成精度补偿算法的机器人本体高精度外部自动控制和基于PID闭环反馈的分站式扩展地轨精确的控制方案，研究了基于上位机统筹的双机器人系统控制技术。(3)进行了自动钻铆系统模块化控制技术开发。应用模块化设计思想，分别设计了基于多功能末端执行器伺服系统控制和气动系统控制的加工模块控制方案，基于送钉流程规划与逻辑时序控制技术的送钉模块控制方案，和基于多传感器集成控制思想的数据检测模块控制方案。(4)设计了自动钻铆系统上

6、位层集成控制软件。采用分层化开发思想设计了上位层集成控制软件总体方案，进而完成了集成控制软件用户界面层和控制底层的开发工作。最后搭建了综合试验平台对自动钻铆控制系统中的核心功能实施了试验验证。试验结果表明，所设计的自动钻铆控制系统运行平稳，控制周期小于200ms，总体加工空间绝对定位精度控制在±0.5mm以内，制孔精度达到H8，制孔节拍可达4个/min，满足航空工业制孔相关要求。关键词：控制技术，飞机装配，工业机器人，自动钻铆iv南京航空航天大学硕士学位论文ABSTRACTIntheareaofaerospacemanufactur

7、ing,thetechnologyofflexibleassemblydrilling&riveting,basedonindustrialrobots,withitssignificantadvantagesofhighefficiency,highqualityandreliability,hasbecomeoneoftheimportanttrendsofdigitalaircraftflexibleassembly.Ascoordinatingkernelofaflexibleassemblydrilling&rivetin

8、gsystem,controltechnologyoptimizesthewaysofindustrialcommunicationtoaflexibleconfigurationofcontrolleddevices.Besides