飞机大部件自动对接同步调姿方法.pdf

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1、飞机大部件自动对接同步调姿方法戴肇鹏1，黄翔1，李泷呆1，邢宏文2(1．南京航空航天大学机电学院，南京210016；2．上海飞机制造有限公司，上海200436)[摘要】提出了飞机大部件自动对接同步调姿方法，实现了大部件调姿基准点的连续自动跟踪测量和位姿连续调整。在此基础上开发了集测量场构建、大部件位姿解算和调整等功能于一体的大部件自动对接集成控制软件，并在ARJ21飞机翼身自动对接现场进行了应用试验，结果证明该方法能有效完成飞机翼身自动对接过程，提高测量和对接效率。关键词：大部件自动对接；同步调姿；连续自动跟踪测量DoI：10．16080／j．issnl671—833x．2016．04

2、．052戴肇鹏硕士。毕业于南京航空航天大学机电学院航空宇航制造工程系。研究方向为飞机大部件自动对接调姿技术。主要参与课题：南京航空航天大学与上海飞机制造有限公司合作的工信部民用飞机大部件自动对接装配技术项目一《翼身自动对接测量与控制技术》，主要负责自动对接关键技术研究与集成控制软件开发。。基金项目：国家自然科学基金资助项目(51275234)；航空科学基金资助项目(20132252027)。52航空制造技术·2016年第4期飞机大部件对接传统工艺上采用模拟量传递模式，采用固定工装型架和人工对接方法，对接效率低且精度难以保证，而国外已普遍采用数字化柔性自动装配方法【l‘3】。近年来，我国

3、航空制造企业引进了数字化测量设备、数字化柔性定位装置等，开展了飞机大部件自动对接的初步研究和应用，提高了对接效率和质量【4】。飞机大部件自动对接系统主要由数字化测量系统、柔性支撑定位器、运动控制系统、集成控制系统等组成。其中数字化测量系统中主要采用SA、Axyz等通用测量软件控制激光跟踪仪、激光雷达等数字化测量设备进行测量，或使用测量设备软件开发工具包(SDK)结合VC++、VB平台开发专用测量软件实施测量；而集成控制系统中采用控制软件负责大部件位姿解算和定位器轨迹规划，甚至还需要开发软件管理测量和对接数据[4-610浙江大学邱宝贵等开发了大型飞机机身调姿与对接系统，该系统软件由集成管

4、理系统、测量系统、控制系统组成【”。南京航空航天大学朱永国等针对ARJ21飞机翼身对接，研究了自动跟踪测量方法和调姿机构运动学，开发了测量软件和主控软件[8】。这种方式主要存在以下缺点：测量软件和控制软件要分别运行在一台工控机上，各需要专人进行操作，效率较低，特别是当大部件调姿过程较为复杂时工作量大；软件之间需要互相进行数据通信，数据集维护管理不易统一；软硬件开发维护成本较高，操作过程不够简便或效率较低。本文提出的飞机大部件自动对接的同步调势方法，实现了大部件调姿基准点自动测量、大部件位姿解算和调整等过程的连续控制，在此基础上开发了集测量场构建、大部件位姿解算与调整等功能于一体的大部件

5、自动对接集成控制软件，并在ARJ21飞机翼身对接现场进行了应用。同步调姿方法与流程1同步调姿原理邕E型y!巨型里Q!趟工．．j!I业飞机翼身自动对接系统如图1所示。全局坐标系为飞机设计数模确定的对接坐标系。定位器固定在地面或工装上，其自身坐标系方向、轴运动方向与全局坐标系方向相同，可沿x、，-、Z向运动。定位器上安装有光栅尺、编码器及力学传感器，可反馈定位器受力和位置信息。机身采用托架式调姿机构，前后托架各固连两个定位器，主动驱动为FX、FZl、FZ2、LX、LY、LZ3、L4轴；机翼定位器采用3一PPPS并联调姿机构，采用3-2—1定位，主动驱动为Xl、】，1、z1、y2、规、乃轴，

6、其余方向为随动，采用单台或多台激光跟踪仪进行测量。机身和机翼工装上各有4个调姿基准点表征其位置姿态，地面和固定工装上分布多个公共基准点(ERS／TB点)用于测量场构建，这些点在全局坐标系下均有理论值。其中机翼调姿基准点布置在机翼下侧，距离远，高度高，人工引光难度大，采用自动测量方法测量，即直接驱动激光跟踪仪在指定位置附近搜索并测量。在ARJ21飞机翼身对接过程中，首先进行中机身调姿，然后分别进行左机翼调姿和右机翼调姿，机翼调姿时进行翼身对合。每个大部件调姿过程大体一致，其基本流程如下：(1)数字化测量场构建。采用单台或多台激光跟踪仪布站，保证大部件上调姿基准点可测。激光跟踪仪测量调姿基

7、准点附近区域5～8个公共基准点，与其理论值进行坐标系拟合，得到测量坐标系与全局坐标系转换关系，从而建立测量基准。(2)调姿基准点测量。基于上述坐标转换关系和调姿基准点在全局坐标下的坐标值，解算调姿基准点在测量坐标系下的坐标值，然后采用自动测量方法，测量调姿基准点实际位置坐标。大部件上架时，调姿基准点实际位置已在理论位置附近，因此首次测量时的全局位置可以采用调姿基准点理论值，或者根据定位器位置反馈进行解算。(3)大部件位姿解算和调整。根据调姿基准