具有变胞功能的自主移动制孔机构

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1、2015年3月第41卷第3期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsMarch2015V01．41No．3http：／／bhxb．buaa．edu．anjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2014．0242具有变胞功能的自主移动制孔机构王珉，王谢苗，陈文亮8，丁力平(南京航空航天大学机电学院，南京210016)摘要：根据飞机自动化装配的应用需求，结合变胞原理提出了一种双偏心变胞源机构．在此基础

2、上设计了一种具有变胞功能的自主移动制孔机构，能实现行走和调姿制孔两种功能阶段之间的变自由度切换．给出了调姿过程由初始状态经俯仰与侧滚后到达期望法矢位置各足驱动量的运动学反解算法，可用于实时控制．运用Matlab绘出了实际工况下反解算法中各足偏移量区域，完成了双偏心变胞源机构的尺寸设计．建立虚拟样机，联合算例进行运动学仿真，结果验证了运动学算法和双偏心变胞源机构适用于本机构．研制了实物样机，测试了系统的调姿精度，结果表明可满足飞机装配自动化制孔的要求．关键词：飞机装配；变胞；自主移动；运动学反解；双偏心中图分类号：V19；TP242．

3、2文献标识码：A文章编号：1001-5965(2015)03—0398-07波音737、波音787蒙皮装配的钻孔和铆接，以及空客的A320机翼组件装配和A380机身腹部检查口盖壁板的钻孑L和铆接等都是用机器人完成¨圳，这集中反映了国外飞机先进装配连接技术的现状和发展趋势：柔性化与自动化装配，高质量、高效率装配．自主移动制孔机构是轻型自动化装配系统的典型代表，它是由空客与M．TORRES，SERRA公司联合推出的多足并联自主移动制孔机构，结合末端执行器和飞机装配工艺技术的轻型自动化飞机装配系统"1，具有高精度、刚柔耦合的特点．文献[5

4、]中提到空客等联合研发的FDH和SAMPA机器人已应用于A380等实际生产，国内上海交通大学研制了一台配有18个电机的飞机制孔六足仿生步态自主移动制孔机构M]，北航与南航合作研发了一台航空制孔机器人"。8]，他们都采用传统的定自由度设计，在爬行过程中不具有变自由度特性，部分运动轴处于闲置状态，多工况适应能力较弱．1998年，Dai等一1等通过研究包装纸盒及花样折纸等工艺品提出了变胞机构的概念，次年与张启先院士¨⋯一起将变胞机构引入国内，之后众多学者对其展开了矩阵演变、综合算法、变胞源机构和变胞生物进化理论等研究⋯。⋯．刘川禾等基于机

5、构拓扑理论研究了变胞机构的变拓扑结构组成理论¨4

6、，为变拓扑结构的机构分析和综合奠定了理论基础．变胞机构凭借其具有变拓扑结构、变自由度和多工况适应能力而被应用，如：空间伸展臂、特种机器人、伦敦大学利用变胞原理开发研制出变胞手¨5

7、、丁希伦等开发了星球变胞探测车¨钊等．自主移动制孔机构应用于飞机装配时，要实现环向位移移动(记为前进石方向)，在此阶段机构无需额外的不可控转动自由度；到达工位后，通过侧滚(A角摆动)、俯仰(B角摆动)调姿到达制孑L法矢，再由末端执行器实现x，Y，z方向的制孔收稿日期：2014-04．30；录用日期：2014

8、-08-05；网络出版时间：2014-09-1810：39网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／doi／10．13700／j．bh．1001-5965．2014．0242．html基金项目：国家自然科学基金资助项目(51105200)作者简介：王珉(1975一)，男，山东蓬莱人，讲师，wangm@nuaa．edu．Cnt通讯作者：陈文亮(1966一)，男，浙江义乌人，教授，cwlme@nuaa．edu．en，主要研究方向为飞机装配技术引用格式：王珉，王谢苗，陈文亮，等．具有变胞功能的自主移动制孔机构ⅣJ．北京航空航天大学

9、学报，2015，41(3)：398—404．WangM，WangXM，ChenWL，eta1．Autonomousmobiledrillingmechanismwithmetamo甲hicfunctionfJJ．JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2015，41(3)：398—404(inChinese)．第3期王珉，等：具有变胞功能的自主移动制孑L机构399移动，共5自由度运动．针对这种不同工况下要求变自由度的特性，本文提出了一种双偏心变胞源机构，结合杨廷力

10、等¨叫的机构拓扑结构设计理论研制了一种具有变胞功能的自主移动制孔机构．对机构进行了运动学求解，给出了基于各足伸缩量的机构调姿控制方法．同时绘出了调姿运动中各足偏移量分布，为双偏心变胞源机构的尺寸设计提供依据．1双偏心变胞源机构变胞机构