航空制孔机器人末端执行器高精度制孔方法研究.pdf

《航空制孔机器人末端执行器高精度制孔方法研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、高精度制孔方法研究米袁培江，陈冬冬，王田苗，史震云，林敏青，曹双倩(北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京10(1191)[摘要】铆接是飞机装配中的一种重要连接方式，铆接孔的垂直度精度对铆接质量有重要影响。传统的手工制孔存在加工质量低、工作强度大和效率低下等问题，已经不能满足高精度和高质量的飞机装配要求。针对飞机蒙皮铆接孔垂直度精度的自动制孔问题，提出了一种高精度的自动制孔方法。采用四点曲面测量方法获得制孔点法线，并通过双偏心盘调姿机构来实现制孔点法线与钻头轴线的重合，实现了高精度的制孔。，在航空制孔机器人上进行了制孔试验，

2、试验结果验证了该方法的正确性和有效性。关键词：法线测量；姿态调整；双偏心盘调姿机构；末端执行器；航空制孔机器人DoI：10．16080／j．issnl671—833x．2016．16．08l袁培江博士。北京航空航天大学副教授．硕士生导师。近年来，参与和承担了863计划、国家自然科学基金等项目，主要研究方向为航空制孔机器人技术、自主移动机器人技术、智能机器人感知技术及飞行器装配机器人仿真与感知控制技术等。+基金项目：国家自然科学基金(61375085)。随着飞机装配和航空制造技术的发展，飞机自动化装配已经成为一个研究热点⋯。在飞机

3、装配中，机械连接是其中一种重要的连接方式，飞机结构件的机械连接质量对飞机的机械强度、装配质量和使用寿命具有重要的影响。铆接是飞机装配中最为常见的机械连接方式【2】，在铆接之前，需要先对飞机结构件进行制孔，而孑L的垂直度精度是影响铆接质量的重要影响因素¨f。据统计，由于连接孔出现疲劳失效导致的飞机疲劳事故占到总事故的70％，其中连接孔处是出现疲劳裂纹最多的地方，所以提高制孔的垂直度精度和铆接质量对保证飞机寿命和飞行安全具有重要作用H】。目前，传统手工制孑L方式存在加工质量低、工作强度大和效率低下等问题，难以满足飞机自动化装配的需求

4、【5【。因此，研究自动化制孔技术对提高飞机装配质量具有重要意义。目前，制孔机器人已经在美国波音和法国空客等飞机公司得到了广泛的应用，制孔效率得到了较大的提升【610国外的制孔机器人制造商主要有西班牙M．Ton-es公司、德国Broetie公司、美国EI公司、瑞典Novator公司和美国波音公司等"1。国内制孑L机器人也取得了一些成果，代表单位主要有北京航空航天大学”睢11】、浙江大学¨2—31、西北工业大学¨41和南京航空航天大学m一61等。本文针对飞机蒙皮铆接孔垂直度精度的自动制孑L问题，提出了一种高精度的自动制孑L方法。此种

5、方法采用四点曲面测量方法获得制孔点法线，并通过一个双偏心盘调姿机构来实现制孔点法线与钻头轴线的重合，再进行制孔。此种方法不仅避免了钻头二次调整，而且提高了制孔精度和效率，提高了飞机装配的自动化水平。2016年第16期·航空制造技术81高精度制孔方法设计在制孔过程中，曲面法线测量和钻头姿态调整是影响制孔垂直度精度的两个关键因素。为了提高制孔的垂直度精度，本文设计的制孑L流程为：首先通过传感器技术获得制孔点的法线，然后制孔末端执行器调整钻头轴线与制孔点法线重合，最后末端执行器开始自动制孔。如图l所示，制孔末端执行器的工作流程为：(1

6、)在制孔之前标记制孑L点，通过双目视觉获取制孑L点的坐标，移动机械臂使得末端执行器的球副中心与制孔点重合，然后安装在末端执行器上的4个激光测距传感器测得其发射点到工件表面的距离，通过法线测量算法得到制孑L点的法线月。(2)通过计算得到法线甩与钻头轴线尼的夹角舻，如果夹角妒大于0．5。，则不满足精度要求，通过姿态调整算法得到双偏心盘调姿机构中大小偏心盘的旋转角度a和口，双偏心盘分别旋转。[和∥使得法线聆与钻头轴线七重合。末端执行器压在工件表面上，防止制孔过程中工件的振动对孑L精度的影响；最后进行自动制孑L，制孑L过程中进行吸屑。曲

7、面法线测量方法高精度的曲面法线测量方法对提高孔的垂直度精度起到了至关重要的作用。本文采用了4点曲面法线测量法，如图2所示，4个激光测距传感器的发射点三，(f=1，2，3，4)均布在一个半径为R的圆C上，坐标系{曰}的原点D。为圆C的圆心，z轴过点D。垂直于圆c所在平面，D止。和D乒：分别为x轴和y轴。点P为制孔点，其坐标可以通过双目视觉系统获得，通过坐标变换可以得到其在坐标系旧1中的坐标。4个激光测距传感器通过测得激光发射点三，(f=1，2，3，4)到其在工件表面上相82航空制造技术·2016年第16期应的投影点P，(f_l，2

8、，3，4)的距离4(f_1，2，3，4)可以得到投影点在坐标系{B)中的坐标。通过飞机蒙皮的3D模型已知，根据其3D模型，获取遍历飞机蒙皮表面的大量点P坐标，并依据法线测量模块的几何关系及激光测距传感器范围和精度模拟产生相应的激光投影点P，(f-1，2，3，4)