基于爬行机器人的精准制孔技术研究

摘要

ARJ的首飞成功，C919总装下线，意味着我国的航空制造业水平又提高到了一个新的层面。飞机装配技术是飞机制造过程中最重要的技术之一，据统计，飞机制造过程中50％~70%的时间和成本都用在了飞机装配上。飞机上紧固件数量多，装配孔加工质量直接影响到飞机的疲劳寿命。而自动化制孔是改善传统手工制孔的有效手段，因此，对自动化制孔技术的研究意义重大。
　　本研究主要内容包括：⑴根据装配制孔的位置精度要求，提出一种基于在线检测少量预装配孔的制孔孔位坐标修正方法。包括：针对单曲度飞机结构件，在线检测双预装配孔位置，利用空间旋转变换矩阵，对制孔孔位进行修正；针对双曲度飞机结构件，在线检测三个（及以上）预装配孔位置，采用单位四元数法计算空间变换矩阵，对制孔孔位进行在线修正，并对三个以上预装配孔的情况，采用RANSAC算法优化变换矩阵，有效剔除异常数据。⑵根据装配制孔的孔位垂直度要求，提出了制孔表面法矢检测和误差补偿的方法。给出了基于四个激光测距仪的法矢测量原理，分析法矢检测方法的误差来源，建立误差模型，并设计相应补偿方法。此外，利用拉线编码器建立对锪窝深度的闭环控制，以此精确控制刀具进给深度，保证锪窝质量。⑶针对爬行机器人的机械结构、工艺流程和控制需求，设计了一种复杂多轴同步运动控制系统，包括以运动控制器UMAC为核心搭建的IPC+UMAC的开放式控制及检测系统，为实现爬行机器人精准制孔提供软硬件平台支撑。

目录

声明

注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1引言

1.2飞机自动化制孔系统研究现状

1.3飞机自动化精准制孔技术研究现状

1.4爬行机器人研究现状

1.5论文章节安排

第二章 基于预装配孔在线检测的孔位修正技术

2.1引言

2.2单曲度飞机结构件孔位修正方法

2.3双曲度飞机结构件孔位修正方法

2.4孔位修正方法验证实验

2.5本章小结

第三章 基于在线检测的法向修正技术

3.1引言

3.2自动化制孔孔位法矢检测方法

3.3法向修正误差补偿

3.4锪窝深度控制

3.5误差补偿方法验证实验

3.6本章小结

第四章 爬行机器人控制系统设计

4.1引言

4.2爬行机器人多轴联动控制系统设计

4.3控制系统软件架构

4.4本章小结

第五章 总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文