一种基于旋量理论的自动钻铆机调姿反解算法

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1、研究论文一种基于旋量理论的自动钻铆机调姿反解算法周平，翟建军，潘国威，杨燕勇(南京航空航天大学机电学院，南京210016)[摘要】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。关键词：运动学反解；自动钻铆机；旋

2、量理论；Paden．Kalan子问题；DMUAnAdjustablePositionInverseSolutionAlgorithmofAutomaticDrillingandRivetingMachineBasedonScrewTheoryZHOUPing，ZHAIJianjun，PANGuowei，YANGYanyong(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China)【ABSTRACT】Inversekinema

3、ticswasthetechnicalfoundationformachinetoolmotioncontr01andthetechnicalassur-ancetoimprovetheaccuracyofmovement．Accordingtothedemandofautomateddrillingandrivetingaircraftassembly,thegantryautomaticdrillingandrivetingmachinewastakenasaresearchobject，anditskinematicsmodelwasestablishedbasedonscrewt

4、heory．AnewalgorithmwasproposedfortheinversekinematicscalculationoftheautomaticdrillingandrivetingmachinebasedonthescrewtheorybyusingthecombinedmethodofPaden··Kahansub--problemmethodandthegeometryoftheupperandlowerendeffectorofautomateddrillingandrivetingmachine．Furthermore，theproposedin·versekine

5、maticsalgorithmwasvalidatedbyusingtheDMU．Theresultsshowedthattheinversekinematicsalgorithmbasedonscrewtheorywasefficiently,anditprovidedthetheoreticalbasisforthemotioncontrolofautomaticdrillingandrivetingmachine．Keywords：Inversekinematics；Automaticdrillingandrivetingmachine；Screwtheory；Paden—Kaha

6、nsub-problem；DMUDoI：10．16080／j．issnl671．833x．2017．14．062航空领域为了满足高性能飞机的制造要求，自动化装配技术被广泛应用于飞机制造装配[1-21。其中，自动钻铆技术作为飞机自动化装配技术中关键技术之一越来越受到重视，其钻铆质量是保证飞机装配质量的关键因素p】。而在自动钻铆中法向调姿是其技术基础并且是提高制孔质量的技术保证【4】。在钻铆前，根据飞机零部件上钻铆点位置及矢量信息通过反解算法获得自动钻铆机各轴驱动量，再通过自动钻铆机的控制系统使刀具轴线和钻铆点法向重合陋。6】，实现法向调姿。因而，自动钻铆机位置反解精度直接决定了法向调姿的准

7、确性。在求解运动学位置正反解的过程中，Denavit—Hartenberg(D—H)参数法[_”作为一种较为广泛的建模方法，其正反解算法已经相当成熟。虽然机器人和机床的62航空制造技术·2017年第14期位置正反解通常采用它，但是其在建模过程中需要对每个运动关节建立局部坐标系，并计算获取相邻运动关节之间的位置变换矩阵，建模过程较为复杂，且其几何意义较不明显。而旋量法【81采用全局坐标系来描述刚体的运动情况，在反解过程中目标点位置及矢