基于机器人的飞机部件自动制孔设备控制系统设计研究.pdf

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1、基于机器人的飞机部件自动制孔设备控制系统设计研究口席志成口杨宏安口夏常凯口张杰口田青山西北工业大学机电学院西安710072摘要：为满足飞机部件装配中机器人自动制孔设备控制要求，设计了一种基于机器人飞机部件自动制孔设备控制系统。该控制系统采用离线编程、中央控制层、现场控制层和执行层四级结构，采用Beckhof工业计算机作为控制核心．以EtherCAT和Profibus总线为控制方式。通过TwinCAT2．0控制软件完成工业现场的实时控制设计了末端执行器控制系统、机器人控制系统和设备附件控制系统。研究表明，该控制系统能很好地完成控制要求，具有一定的实用性和推广价值关键词：自动制孔控制系统飞机部件

2、机器人中图分类号：TH122；TP271．82文献标识码：A文章编号：1000—4998f2014)03—0061—04当今，航空工业制造技术始终走在制造业的前沿，孔时两翼对称布置．制孔设备在其间运动并实现双面航空工业制造水平直接反应出该国在制造业领域的成同时加工。如图1所示为制孔设备的功能组成和工作就。同时，用于飞机制造的制造装备也向着自动化、信流程，图2为制孑L设备总体组成。息化以及高精度化的方向发展[。1．1末端执行器随着机器人的位置精度、负载能力的提高，以及位置和刚度补偿技术、离线编程工具、实时仿真技术、软件技术的发展，使工业机器人可作为一种高效的平台。配以不同的终端执行器、工装、测

3、量子系统，构成各种不同的机器人柔性自动化系统[。文献r3]研究了飞机同蒙皮检查机器人的系统结构及相关关键技术；文献[4]设计了飞机蒙皮缺陷检查机器人系统。机器人以其高设备工作流程度柔性化和低成本等优势在飞机数字化装配领域很快口引起了关注Is]。舭一=三一开放式数控系统的概念是美国在20世纪80年代成口末首先提出的，它具有开放柔性高、成本低、升级扩展进入工位+定箍紧+试翟验+基蠢量+换刀．定位孔位+法测量及调平向压力脚紧哥解除锁定位-5▲。●。——_——T容易、投资风险性小和可以引入最新的PC软硬件技口圉术等优点，是21世纪数控技术的发展方向。开放式数一▲图1制孔一设备的功能组成和工作流程控系

4、统(OpenNumericalControlSystem，ONC)的提口出，正是为了解决传统数控系统面临的这些问题．即要实现数控系统的互换性、可移植性、可扩展性、互操作口性等。从提出至今，开放式数控系统都是国内外数控技口术研究的热门之一[63。1设备组成与原理本文所讨论的制孔设备加工对象为机翼，机翼制▲图2制孔制备总体组成收稿日期：2013年9月的技术难题，即可以同步、均匀地扩大内齿孔的尺寸，价值。又可满足零件设计技术要求(表面光洁度、形状和位置参考文献公差、金属性能等都保持与化学腐蚀加工前一致)，具[1]邱连财．修复缩孔金属零件FWL的电解装置[P]．中国专有工艺简单、操作方便、效率高、成

5、本低等优点。同时也利：CN2160491U。1994—04—06．△可以回收反应后的腐蚀液．再次使用．具有较好的推广(编辑禾禾)机械制造52卷第595期2014／3回环和总线循环，有效地缩短了循环时间，提高了系统的整体性能。EtherCAT技术的分布式时钟功能使系统时间从站设备具有优越的硬实时性．达到纳秒级别的同步性能。EtherCAT使用以太网全双工技术构成一主多从控制模式的系统结构：主站发送以太网帧给各从站．从站从数据帧中抽取数据或将数据插入数据帧。其支持灵活的拓扑结构，包括线型、树型、星型环形多种结构，每个网段最多可容纳65535个从站．可实现冗余、热连接和热交换。3．3现场总线I／O

6、技术Beckhof的现场总线I／O技术提供了所有通用的I／0信号和现场总线系统．包括防护等级IP20的总线端子模块到IP67的现场总线端子盒．除了传统总线系统，还有基于EtherCAT端子模块和EtherCAT端子盒的高速以太网总频监控模块。辅助模块主要包括电主轴冷柜、真空排屑线的全系列的EtherCATI／o系统。EtherI：AT端子模块器、刀具润滑泵及气动控制等：自动换刀模块主要实现支持EtherCAT、Profibus、ProfiNET、CAN总线、Lightbus刀库的刀具在位检测，为制孔自动换刀时提供刀具在等共计17种现场总线．且在同一系统总可以多种总线位检测信号；视频监控模块由

7、监控计算机和监控摄像混合使用，可连接所有常用传感器和执行器。头组成，实现设备工作时多方位的视频监控。安全防护4结束语模块实现设备在保证操作人员及工件等安全的条件下工作，包括系统急停报警、激光安全防护等。所有附件移动式机器人制孔技术的研发对于我国飞机装配的输入输出控制均通过Beckhoff工控机和端子模块完技术尤其是大飞机装配技术具有重大意义。本文根据成。根据各附件模块的工作模式和工作条件．在工控机移动式制孔设