面向飞机装配的机器人运动轨迹和姿态离线规划与在线调整方法研究

摘要

数字化柔性装配是先进飞机装配方法的发展趋势，机器人自动制孔技术已成为在国内外航空制造领域的研究热点。由于航空制造中复杂的机器人任务和较高的定位与姿态精度要求，实现面向飞机装配的工业机器人任务规划、准确定位与定姿是该技术得以应用的基础和核心。本文结合飞机装配的特殊工艺和精度需求，针对工业机器人轨迹规划、精度在线补偿与姿态在线找正等关键技术开展深入的研究。论文主要成果如下：
　　（1）分析了飞机产品连接孔的工艺要求与加工难点，提炼了用于飞机装配的工业机器人加工任务关键技术需求，并提出了机器人轨迹和姿态离线规划与在线调整的总体方案。
　　（2）分析了机器人自动制孔路径规划的工艺约束，提出了带基准孔检测的制孔路径最短模型与机器人在滑轨上的站位运动优化模型，研究了遗传蚁群混合优化算法解决机器人路径规划问题的方法，并通过仿真验证了该方法的有效性。
　　（3）研究了基于空间网格模型的机器人定位误差在线补偿方法，确定了产品基准特征检测方案，提出了适应产品表面法向的机器人姿态在线找正方法，设计了产品法向实时检测装置，并确定了针对该检测装置的标定方法。
　　（4）对机器人自动制孔系统在线定位补偿与姿态找正方法进行了试验研究，结果表明制孔位置误差小于0.4mm，法向误差小于0.5°，满足连接孔关于位置精度与垂直精度的要求，验证了在线定位补偿方法与姿态找正方法的可行性与有效性。

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图、表清单

注释表

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 选题意义与课题来源

1.3 国内外研究现状分析

1.4 论文章节安排

第二章 机器人任务需求分析与总体方案

2.1 系统工作原理

2.2 飞机产品连接孔的工艺要求与加工难点分析

2.3 机器人运动路径与姿态离线规划与在线调整方案

2.4 本章小结

第三章 基于遗传蚁群混合算法的机器人运动路径离线规划方法

3.1 加工任务数据源提取与处理

3.2 机器人自动制孔路径规划工艺约束分析

3.3 机器人自动制孔路径规划方法

3.4 本章小结

第四章 机器人运动位置与姿态在线补偿方法

4.1 坐标体系构建与协调方法

4.2 机器人自动制孔系统位置误差在线补偿方法

4.4 本章小结

第五章 机器人离线编程系统开发与制孔试验验证

5.1 离线编程系统开发工具

5.2 机器人自动制孔离线编程软件实现

5.3 制孔位置精度在线补偿方法试验验证

5.4 机器人姿态在线找正方法试验验证

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 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