双机器人钻铆系统协同控制与基坐标系标定技术

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1、BQ旦Q工工量￡H丛Q。Q鱼Y．垄!i!坐双机器人钻铆系统协同控制与基坐标系标定技术米向勇，田威，洪鹏，李大伟(南京航空航天大学机电学院，南京210016)【摘要】为提升机器人飞机自动钻铆质量并提高自动制孔铆接率，对双机器人协同的飞机自动钻铆技术进行研究，提出双机器人协同自动钻铆工作流程二针对协同运动提出为机器人进行编码，利用Ethemet(TCP／IP)实现系统和机器人之间的信息传输。为了保证系统的完整性，将机器人单侧信息转化到另一侧的机器人下，采用激光跟踪仪并利用单位四元数法对双机器人基坐标系进行标定。最后在KuKA的KR．500双机器人和其30m扩展第七轴上进行协同运

2、动和控制系统试验以及双机器人定位重合度测试，验证了系统的有效性，试验表明因该方法带来的误差可以忽略不计。关键词：双机器人；协同；自动钻铆；开放式控制系统；基坐标系标定DoI：10．16080氲issnl671．833x．2016．16．087勇南京航空航天大学机电学院硕士研究生，主要研究方向为飞机装配．在校期间申请专利1项，参与项目有轻型自主钻铆爬行系统结构轻量化设计．上位机程序编写．HMI设计、算法集成、现场调试；双机器人控制系统开发．包括双机器人系统协同运动优化，集成控制系统等。+基金项目：国家自然科学基金(51475225)。目前，工业机器人因其高柔性和低成本等方面的

3、优势在T业领域广泛应用，而在航空制造领域研究最广泛的为单机器人自动钻铆”‘3I，南于其采用单侧压紧的方式，难以抑制毛刺的产生，常需要在完成制孑L以后人工去毛刺再进行铆接。此外，铆接质量虽然相对人工铆接有了一定的提升，但是与采用双侧压紧的大型自动钻铆设备依然有一定差距。双机器人系统能够完成双侧制孑L，采用双侧压紧有效抑制毛刺，适用于电磁铆接和压铆等质量更高的铆接形式，既保证了灵活度和铆接率，又实现了更高的制孔和铆接质量，且能够通过更换末端执行器实现更加复杂的任务，并能通过装载不同的传感器获得更加丰富的信息，智能化和自动化程度更高，因此也需要更先进的集成技术、合理的规划技术和可

4、行性更高的控制方法【4j，其应用是航空航天制造领域发展方向【5】。德国BROTJE—AuTOMATl0N公司的RAcE自动钻铆系统通过两台KUKA工业机器人以及一些专用的末端执行器能实现自动制孔、插钉、铆接以及垫圈安装等功能，而该公司对外技术封锁。Choi等161提出一种基于EtherCAT的仅用I／0量进行通信的多机器人通信方式，该方法成本较低，但是机器人的协同性较差，不适用于机器人工作空间重合的场所。Kruse等[71提出一种基于TCP／IP的双机器人集成控制系统，该系统融合CCD相机、接触式橡胶垫、力，力矩传感器，效果较好，但是系统运行在3台工控机上。相较于国外，目前

5、国内针对双工业机器人协同工作的研究主要集中在碰撞分析和运动规划方面喁一oJ，对双机器人和多机器人的体系结构和通信方式的研究较少，多数采用串口2016年第16期·航空制造技术87_：望!：兰坐基Q旦Q工工星QH丛Q。Q鱼Y通信”“，而串口通信距离短且通信速率低，与其他设备的集成难度大，难以适用工序复杂且精度要求高的飞机钻铆加工，通用性相对较差。张扬”21等针对双机器人自动钻铆，利用基于Ethernet的方式进行控制，但需要专用软件包。石鑫Il31对双机器人锤铆工艺进行了深入的研究，优化了锤铆工艺，而未对其控制技术和标定进行研究。因此当前迫切需要一种稳定性好、距离长的通信和控制

6、方式以应对双机器人协同钻铆。由于双机器人末端多搭载不同的传感器，为了在控制系统将单侧检测信息转化到双机器人系统下，作为机器人运动学标定的基础，需要对基坐标系进行标定。目前存在快速标定法和依赖外界设备的精密标定法”41，多数研究集中在快速标定法，其标定主要利用机器人之间的接触或机器人和规则形状体的接触实现，如四点标定法115】、三点标定法m1及球面、平面接触法等m一引。这些虽然不依赖外界测量设备，但是精度低，难以满足航空产品加工需求。针对双工业机器人协同自动钻铆技术，采用基于主从机器人形式的钻铆工作流程，针对双机器人的协同运动，提出为工业机器人编码，利用Ethernet(TC

7、P／IP)进行系统和机器人之间的信息交互，该模式能实现2台及2台以上的工业机器人的协同运动控制，并构建了一种深度应用现场总线技术的基于PC的集成控制系统，能够实现与其他自动化设备的集成，结合电磁铆接设备并采用双侧压紧方式减小蒙皮层间问隙，抑制毛刺产生，以保证制孔和铆接质量。借助激光跟踪仪利用单位四元数法建立了双机器人之间的位置关系，从而能够实现单侧检测信息到双机器人系统下的转化。针对上述技术构建了基于双机器人飞机自动钻铆的试验平台，进行了工作流程88航空制造技术·2016年第16期测试、双机器人通信测试以及基坐标系