飞机数字化柔性装配钻铆加工控制技术研究

摘要

在航空制造领域，基于工业机器人的柔性装配钻铆技术凭借其高效率、高质量和高可靠性等显著优势，已成为飞机数字化柔性装配的重要发展趋势。自动钻铆控制技术作为柔性装配钻铆系统的统筹核心，优选工业通信方式灵活组态现场被控设备，根据自动钻铆功能特点制定最佳控制策略和实施方案，从而确保自动钻铆加工任务高效、准确、有序完成。本文主要围绕飞机数字化柔性装配钻铆多功能复杂集成控制这一核心问题，开展了基于软硬件结合方式的自动控制技术研究。主要研究内容如下：
　　(1)提出了自动钻铆控制系统的总体设计方案。从柔性装配钻铆系统的功能需求入手，分析了整体架构、设计功能及工作流程，进而提出了控制系统基于工业网络组态的硬件设计模式和基于多软件平台协同的软件设计模式，并以此完成了自动钻铆控制系统总体方案设计。
　　(2)开展了工业机器人外部自动控制技术应用研究。针对自动钻铆系统对工业机器人提出的高绝对定位精度、广可达空间和易集成控制等性能要求，灵活运用库卡机器人外部自动控制机制，设计了集成精度补偿算法的机器人本体高精度外部自动控制和基于PID闭环反馈的分站式扩展地轨精确的控制方案，研究了基于上位机统筹的双机器人系统控制技术。
　　(3)进行了自动钻铆系统模块化控制技术开发。应用模块化设计思想，分别设计了基于多功能末端执行器伺服系统控制和气动系统控制的加工模块控制方案，基于送钉流程规划与逻辑时序控制技术的送钉模块控制方案，和基于多传感器集成控制思想的数据检测模块控制方案。
　　(4)设计了自动钻铆系统上位层集成控制软件。采用分层化开发思想设计了上位层集成控制软件总体方案，进而完成了集成控制软件用户界面层和控制底层的开发工作。
　　最后搭建了综合试验平台对自动钻铆控制系统中的核心功能实施了试验验证。试验结果表明，所设计的自动钻铆控制系统运行平稳，控制周期小于200ms，总体加工空间绝对定位精度控制在±0.5mm以内，制孔精度达到H8，制孔节拍可达4个/min，满足航空工业制孔相关要求。

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缩略词

第一章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2飞机装配领域钻铆加工现状

1.3工业机器人应用研究现状

1.4基于工业机器人的自动钻铆控制技术研究现状

1.5课题背景

1.6论文结构与主要研究内容安排

第二章 飞机数字化柔性装配钻铆加工控制系统总体设计

2.1飞机数字化柔性装配钻铆加工系统组成及工作流程规划

2.2柔性装配钻铆加工控制系统硬件组态

2.3柔性装配钻铆加工控制系统软件组态

2.4本章小结

第三章 工业机器人外部自动控制技术研究

3.1库卡机器人外部自动控制机制

3.2基于库卡外部自动机制的工业机器人控制技术

3.3基于磁栅尺闭环反馈的扩展地轨控制技术

3.4基于上位层统筹的双机器人协同控制技术

3.5本章小结

第四章 飞机数字化柔性装配钻铆加工系统模块化控制技术研究

4.1加工模块控制技术研究

4.2送钉模块控制

4.3数据检测模块控制

4.4本章小结

第五章 数字化柔性装配钻铆系统上位层集成控制软件开发

5.1上位层集成控制软件总体方案设计

5.2上位层集成控制软件用户界面开发

5.3上位层集成控制软件底层开发

5.4数字化柔性装配钻铆控制系统试验验证

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1主要研究内容总结

6.2研究技术未来展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文