基于工業(yè)機器人的飛機交點孔精鏜加工關鍵技術研究.pdf

1、交點孔作為飛機大部件裝配連接的關鍵部位，其位姿精度直接影響飛機部件之間的互換協(xié)調(diào)性和飛機整機的裝配質(zhì)量。為了消除裝配過程中由于定位和裝配變形等原因形成的累積誤差，保證交點孔位姿精度要求，在飛機裝配現(xiàn)場需要對其進行精加工。傳統(tǒng)的數(shù)控機床占地面積大、靈活性差，無法應用于工裝設備密集、工作空間狹小的飛機裝配現(xiàn)場。為此，本文提出了一種基于工業(yè)機器人的交點孔精鏜加工方法，并針對機器人存在的機械剛度較低、定位精度較差、易產(chǎn)生變形和振動等問題，深入研

2、究了機器人位姿優(yōu)化、誤差補償和振動抑制等關鍵技術，以保證交點孔的位姿精度和加工質(zhì)量。論文主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點如下:
　　闡述了飛機交點孔的重要作用及其加工技術的發(fā)展現(xiàn)狀。介紹了基于工業(yè)機器人的交點孔精鏜加工系統(tǒng)的結構組成和加工工藝流程。為了實現(xiàn)機器人的準確定位，構建了加工系統(tǒng)完整的坐標系體系，給出了工具坐標系和工件坐標系的具體標定方法，并采用Denavit-Hartenberg方法建立了系統(tǒng)所用KUKA KR360-2機器人的運動

3、學方程。
　　在深入研究機器人剛度模型及剛度特性的基礎上，揭示了機器人在單方向上的平移變形與所受外力之間的嚴格線性關系，提出了一種可以定量地評價機器人處于某一位姿時剛度大小的性能指標。該指標具有坐標系不變性，參考坐標系的不同不會影響其對機器人剛度性能的評價結果。以該指標最大化為目標，對于普通孔加工（無干涉、無第7軸）和飛機交點孔加工（有干涉、有第7軸）等不同情況，分別建立了不同的機器人位姿優(yōu)化模型，并采用基于雅克比矩陣的迭代IKP

4、法對模型進行了求解。通過機器人受力變形試驗驗證了剛度性能指標的正確性，而機器人在壁板鉆孔和交點孔鏜孔中的具體應用實例也證明了位姿優(yōu)化方法的有效性。
　　研究了基于激光跟蹤儀的機器人位姿誤差補償技術。對于機器人末端物體結構復雜、形狀不規(guī)則而導致其位姿難以直接測量的情況，提出了一種基于點集匹配運算的位姿誤差補償方法，借助于輔助定位點，實現(xiàn)了機器人位姿誤差的計算和補償;對于機器人鏜孔加工這一特殊情況，提出了一種面向?qū)ο蟮奈蛔苏`差補償方法

5、，直接測量計算鏜孔刀具的位置誤差和方向偏差，并對其進行補償。在飛機交點孔精加工中，通過上述方法，機器人末端鏜孔刀具的位置精度可以調(diào)整到0.05mm，方向精度可以調(diào)整到0.05°，滿足了某大型飛機交點孔的位姿精度要求。
　　在綜合考慮機器人鏜孔加工特點及其剛度特性的基礎上，研究揭示了鏜孔加工的振動機理:振動的主體為機器人自身，振動的類型為具有位移反饋的強迫振動，振動時的刀具運動軌跡為橢圓，而且該橢圓的形態(tài)與主軸旋轉頻率密切相關。根據(jù)