基于气动力控制压脚的机器人制孔系统设计研究

摘要

自动制孔技术是飞机数字化装配的关键技术之一,国内大多仍采用传统的手工制孔方式,与国外先进水平之间存在着巨大的差距。机器人自动制孔系统具有很高的灵活性和可达性,能够极大地提高制孔效率和精度。它集成了多种高新技术,对其进行研究具有重大的工程应用价值。本文主要就机器人制孔终端执行器结构和锪窝深度控制问题展开研究,主要内容包括以下几个方面:
　　 1综述国内外飞机装配中的自动制孔技术及设备的发展现状、研究趋势和使用情况,介绍制孔终端执行器在机器人制孔系统当中的应用。
　　 2给出机器人自动制孔系统整体结构,详细介绍终端执行器主轴进给系统和底座压脚系统两大组成部分的机械结构及其控制系统的组成,并对控制元件进行选型,确立了主轴系统的控制策略。
　　 3通过分析飞机装配中的制孔要求和机器人制孔工艺流程,根据锪窝深度控制的难点,提出主轴进给底座和压脚一体的解决方法,并针对这一方法进行控制方案分析,决定采用气动力推动气缸活塞的形式作为压脚控制的方法。
　　 4设计压脚气动力控制系统并进行实验研究。针对开环力控制不够准确这一问题,分析气动力控制机理并对系统进行建模,对力传感器安装位置进行分析,采用系统辨识方法建立力控制系统在工作点附近的数学模型,设计相应的控制器,通过仿真分析系统性能。仿真结果表明最优控制+PI控制比传统的PID控制具有更快的响应速度和更强的抗干扰能力。
　　 5对全文的研究工作进行了总结,并对有待进一步研究的内容进行了展望。