基于工业机器人的机翼、垂尾测量点检测与打制系统设计

论文摘要

数字化、柔性化装配技术代表未来飞机装配技术发展的方向。在传统的机翼、垂尾装配中,姿态测量与测量点打制分别由特别设计的水平测量点指示器和弹簧打点器实现,不仅精度不高,而且难于实现柔性化。本文根据多型号机翼、垂尾装配系统研制的需要,提出一种基于工业机器人的能够满足多种型号机翼、垂尾姿态测量与测量点打制的系统设计方案,并在其工艺动作设计、机械结构设计、运动轨迹规划等方面进行具体的研究和分析。全文共分为六章。第一章首先对大部件姿态测量技术进行综述并进行优缺点比较;接着对机翼、垂尾的装配流程和工业机器人的应用现状进行分析;最后指明本文的研究背景、意义和研究内容。第二章介绍系统的总体设计方案。首先阐述水平测量点高度数据用于机翼、垂尾姿态测量的原理;接着通过分析测量点检测和测量点打制在工艺过程上的相似性,巧妙利用工业机器人的柔性实现“一机双能”,并通过引入机器人“第7轴”扩大机器人的工作范围,最终形成以机器人及其第7轴为运动主体,以位移传感器和气缸打点器为执行工具的系统总体设计方案。第三章依次对系统各组成部分进行机械结构设计和选型计算分析;并对系统作业精度进行理论上的分析和计算。第四章在进行机器人运动学反解时,通过对机器人部分关节引入运动约束,推导了一种比常规矩阵算法更简便的几何算法;利用基于该算法的Matlab程序生成了机器人运动仿真文件,并导入COSMOSMotion软件进行了测量点检测作业过程的运动学仿真。第五章进行测量点打制试验;通过引入冲击隔离器对机器人工作过程瞬间的冲击过载进行保护,并基于试验研究设计了一种冲击隔离器。第六章给出本论文的结论和进一步研究的展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 大部件姿态测量技术
• 1.3 机翼、垂尾数字化、柔性化装配技术
• 1.3.1 测量点高度检测
• 1.3.2 测量点打制
• 1.4 工业机器人的应用
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第二章 总体方案设计
• 2.1 系统需求分析
• 2.1.1 POGO柱支撑点及测量点分布
• 2.1.2 系统总体布局设计
• 2.1.3 机翼、垂尾的姿态评估原理
• 2.2 系统工艺动作设计
• 2.3 执行机构的确定
• 2.4 本章小结
• 第三章 系统机械结构设计
• 3.1 机器人选型
• 3.2 机器人第7轴设计
• 3.2.1 主要技术参数
• 3.2.2 机器人第7轴传动设计
• 3.3 机器人工具快换器的选型
• 3.4 测量点检测工装设计
• 3.4.1 位移传感器选型
• 3.4.2 工装结构设计
• 3.5 测量点打制工装设计
• 3.5.1 点打制原理分析
• 3.5.2 气缸选型
• 3.5.3 工装结构设计
• 3.5.4 工具快换器的应用
• 3.6 系统精度分析
• 3.6.1 机器人安装底座位姿误差对机器人末端位姿精度的影响
• 3.6.2 机器人作业精度估算
• 3.7 本章小结
• 第四章 检测作业的运动轨迹规划与仿真
• 4.1 机器人运动学分析理论
• 4.1.1 机器人运动学正解问题
• 4.1.2 机器人运动学反解问题
• 4.2 机器人运动轨迹规划
• 4.2.1 机器人及其第7轴运动学反解与Matlab程序实现
• 4.2.2 机器人的避障
• 4.2.3 作业路径规划
• 4.3 运动仿真与干涉检查
• 4.3.1 COSMOSMotion软件介绍
• 4.3.2 运动学建模及仿真步骤
• 4.3.3 仿真算例
• 4.4 本章小结
• 第五章 测量点打制试验
• 5.1 测量点打制及反冲力测量试验
• 5.1.1 试验介绍
• 5.1.2 结果分析
• 5.2 测量点打制工装的改进
• 5.2.1 冲击隔离原理
• 5.2.2 冲击隔离器的设计
• 5.3 冲击隔离试验
• 5.3.1 试验介绍
• 5.3.2 结果分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 附录 试验现场照片及原始数据选摘
• 攻读学位期间参加的科研项目
• 致谢