一种基于3-RPC/6-UPS并联机构的自动钻铆机器人

提出一种基于3-RPC/6-UPS并联机构的自动钻铆机器人,旨在完成飞机壁板的钻铆加工任务.执行钻铆加工时,机器人相当于一台固定式并联机床;步行时,机器人可以视为一个足式机器人.建立了控制机器人钻铆执行器的6-UPS并联机构逆运动学模型,采用数值搜索方法得到钻铆执行器末端的工作空间.建立了控制机器人行走的3-RPC并联...     

基于CATIA的五轴自动钻铆定位方法研究

自动定位是自动钻铆技术的核心,通过在CATIA平台上建立五轴自动钻铆机系统模型,并应用CATIA软件的二次开发技术,研究了基于五轴数控托架的自动钻铆定位方法,该方法是实现整个自动钻铆系统运动仿真和干涉检测的基础,同时也是实现五轴自动钻铆加工自动编程的基础。     

面向自动钻铆离线编程系统的运动仿真技术

针对五轴自动钻铆系统的结构和运动特点,构建了自动钻铆离线编程系统架构,开发了五轴自动钻铆系统加工运动仿真模块。根据调姿过程中钻铆点均相对固定于托架坐标系这一特点,提出了一种基于动坐标系位姿点的运动学反解算法;在此基础上提出了一种具有实时干涉检验功能的钻铆路径规划方法;在CATIA DMU模块通过CAA的二次开发方法实现机床运动仿真的需求;以某飞机壁板类零件对该仿真系统进行了验证。结果表明,所提方法能够有效识别出运动路径上的干涉部位并通过施加途经点的形式避让该干涉部位。     

机器人自动钻铆系统的现场快速自定位方法

机器人自动钻铆系统在航空产品零部件制造和装配中得到了越来越广泛的应用。提出了一种利用钻铆机器人末端执行器上携带的单个工业相机进行现场机器人快速自定位的方法。该方法只需要以示教方式驱动钻铆机器人带动末端的工业相机对工件坐标系下6个以上坐标已知的定位点依次单独成像,即可简便快捷地确定出机器人基坐标系与工件坐标系之间的变换关系,结果表明,坐标系之间的旋转向量的偏差小于0.004,平移向量在x、y、z方向的偏差的绝对值都小于0.5 mm,实现机器人高精度自定位。推导了基于定位点依次单独成像的机器人自定位数学模型,并针对这一新模型提出了一种高效稳健的求解算法。该方法不受定位点分布结构的限制,可以直接利用自动钻铆系统自带的单个工业相机,无需激光跟踪仪等额外的坐标测量系统进行繁琐的三维测量和数据处理,因此机器人与工件的现场找正过程更加便捷高效。针对多个定位点依次单独成像所建立的定位模型和求解方法可以广泛应用于解决各类"手-眼"机器人系统的自定位问题。     

一种基于双机器人的自动钻铆终端器设计

针对大型飞机的机身壁板零部件装配,提出一种基于双机器人协同的机器人钻铆终端机构以及与其配套的自动供钉装置。通过机器人夹持终端机构进行自动钻锪孔及辅助铆接试验,验证了机器人自动钻孔、顶紧及辅助铆接的可行性;分析并得出铆钉输送管道的最小弯曲半径计算方法及防止铆钉卡死的必要条件,保证了供钉过程中铆钉在柔性管道中输送的可靠性。实验与理论计算结果表明:该钻铆终端机构及其自动供钉装置的输送管道能够满足双机器人自动钻铆的应用要求。     

移动机器人自动钻铆技术及装备

对移动机器人自动钻铆技术展开了研究,提出了一种移动小车式机器人自动钻铆设备设计方案,分析了其功能组成及加工工艺流程,研究了末端执行器关键功能单元,即制孔、检测和铆接。最后,依据设计制造了一台原型机,试验结果表明,其各项技术指标达到了预期。     

航天钻铆装备自动送钉技术应用及铆模结构分析

针对航天钻铆装备人工送钉效率低下的问题,提出一种自动送钉的方法,并对铆模做了结构优化以适应自动送钉钻铆装备的需要。通过有限元模拟铆模在结构更改前后所受应力与变形情况,得到两种铆模在铆接4 mm、5 mm和6 mm铆钉时的应力与变形量的分布云图及变化趋势,为优化铆模结构提供参考。     

自动调平系统的设计与实现

从自动钻铆机床托架调平工作原理入手,研究了钻铆区域调平的算法,给出了机床托架自动调平的实现方法、微调实现过程和调平步骤,通过实际应用,最终实现了飞机壁板的自动钻铆,证明了自动调平系统的设计是可行的.     

用于自动钻铆系统滑块式送钉模块设计与研究

针对工业机器人平台自动钻铆系统中自动送钉难的问题,介绍了一种能够为自动钻铆机自动逐个输送铆钉的滑块式送钉模块。铆钉在从供钉管道到吹钉管道的输送过程中存在着铆钉容易掉落、输送成功率低以及难以逐个送钉的问题,为此通过运用空间分析和受力分析等方法,结合合理的结构设计,提出了利用双顶针气缸控制铆钉的逐一释放、采用带有输钉孔的滑块将铆钉从储钉管道输送至吹钉管道,继而通过气流经吹钉管道将铆钉输送至自动钻铆机的目标位置的送钉方案,并计算得出了满足铆钉逐个输送的顶针气缸伸出长度、最小气缸供气气压等必要条件。研究结果表明,全程封闭的送钉模式提高了输送过程的可靠性和成功率,计算结果和实验结果验证了该送钉模块在自动钻铆系统的可行性。     

冗余混联式钻铆机床姿态调整轨迹优化

针对混联式自动钻铆机床因冗余自由度导致钻铆姿态多样化的问题，提出了一种基于动态规划的姿态调整轨迹优化方法，该方法通过离散化钻铆点姿态的可行解空间来构建姿态调整轨迹的全连接层模型，采用动态规划方法计算姿态调整的最优轨迹。分析了钻铆过程中的冗余自由度，基于旋量方法给出了逆运动学解。阐述了壁板钻铆姿态调整轨迹优化原理，以系统能量消耗最小为优化目标，给出了笛卡儿空间姿态调整最优轨迹，将其映射到关节空间进行关节运动轨迹光顺。实验验证表明所提方法有效，可提高飞机壁板钻铆效率。     

基于CAN总线电传动车辆辅助电气系统设计分析

电传动自卸车辆的辅助电气主要完成车辆仪表、灯光、雨刮、液压逻辑等控制功能以及为整车弱电设备提供电源,主要采用点对点模式,原理简单但存在着整车线束数量多、检修困难、难以维护保养等诸多弊端。针对存在的问题,提出分布集中式的辅助电气模式;对系统布线进行设计,根据各部分功能和布置的不同,采用分布式和传统点对点连接方式相结合的方法,降低整车线束的复杂程度;对辅助电气系统进行设计,设计控制器和端口程序,并对主控制器线路和液压控制器线路进行设计,使其满足整车的使用需求;对辅助电路进行仿真实验,选取机油压力检测和整车紧急双移线试验进行各辅助电路测试。结果可知:机油泵转速、机油温度和机油压力的检测准确度高,误差小于1%;整车实际运行轨迹与理想双移线运行轨迹有较好的吻合;辅助电路能够实现设计的控制机理,顺畅的信号流,CAN总线的网络能够保证正确的通信,准确性和实时性得到实现;为此类设计提供参考。     

基于荧光原位杂交技术的全自动病理染色系统结构设计

荧光原位杂交(FISH)技术是检测恶性肿瘤细胞核酸序列的常用方法，在癌症的诊疗领域有广泛应用。为实现FISH实验的全自动化，设计了一种全自动病理染色系统。该系统设置有多轴操纵臂、试剂加样器、载玻片、盖玻片夹具、辅助模块等。多轴操纵臂定位误差不大于±0.1 mm,提取及丢弃移液枪头准确率大于99.5%,抽取盖玻片成功率大于99%,微量试剂加样误差不大于0.6μL,大量试剂加样误差不大于0.5 mL,载玻片夹具控温误差不大于±1℃且无试剂泄漏。生物实验结果表明，该系统荧光染色效果良好，信号点清晰可见，荧光图像可判读率超过90%,具有较好的人工替代性。     

采用互扫描法自动标定工作空间定位系统

针对工作空间定位系统(wMPS)现有标定技术效率低,标定程序复杂且须依赖外部测量设备等问题,本文在在研究wMPS测量原理的基础上提出了一种采用互扫描技术的自动标定方法。该方法结合该系统的扫描激光平面测量原理及使用特点,通过在基站上安装已知坐标的接收传感器,采用互扫描技术完成自动标定。文中以两台基站为基础,详细阐述了该方法的数学原理,并给出了基于几何约束的平差模型及其迭代解法。依托天津大学研发的wMPS实验平台对本方法进行了验证,并与基准尺标定法进行了比对。实验结果显示,采用本方法可以实现系统的自动标定,在距离基站5m内的测量空间内可获得0.6mm的坐标测量精度。该方法在保证系统测量精度的同时大大提高了系统的测量效率。     

基于级联滑模控制的高精度光电跟踪与捕获

为了进一步提高光电跟踪系统的目标捕获和跟踪性能,提出了一种基于变增益趋近律的级联滑模控制方法。基于反双曲正弦函数和幂次项设计了新型变增益滑模趋近律,在提高滑模面趋近速度的同时抑制滑模抖振现象;基于变增益滑模趋近律设计速度环和位置环滑模控制器构成级联滑模控制,以提高系统的动态响应性能和鲁棒性,提高系统对目标的捕获能力和跟踪精度。最后,以某球形光电跟踪系统的方位轴作为控制对象,进行了传统级联PI控制和级联滑模控制方法的对比分析。实验结果表明,相比于传统级联PI控制,捕获速度为1(°)/s的目标时,级联滑模控制可以将目标捕获时间减小32%;跟踪等效最大速度为4(°)/s和最大加速度为2(°)/s 2的正弦引导信号,可将跟踪误差RMS值减小31%,采用级联滑模控制可有效提高跟踪系统的控制性能。     

翻转起模机电气控制系统设计及应用

翻转起模机是树脂砂造型过程中所用的关键设备之一。针对目前翻转起模机存在的起模精度和效率都偏低的问题,结合起模机的工作原理和工艺特点,应用电液比例同步控制技术,设计了该机的液压系统和电气控制系统,并采用西门子S7-300 PLC系统和Borland C++Builder软件,设计了翻转起模机的控制软件,最后进行了该机实际运行情况的分析。实际应用结果表明,该系统达到较好的起模精度,双缸动态同步起模精度≤2 mm,稳态同步驱动精度≤0.1 mm,运行平稳,可以满足起模的工艺要求。     

Geometric error modeling and compensation for large-scale grinding machine tools with multi-axes

Synthesis modeling of a geometric error-based traditional method for large-scale grinding machine tools with six axes is too complicated to perform in a real-time compensator with a built-in position control system, and it is difficult to obtain all of the error elements corresponding to the model. This paper proposed a novel strategy in which a machine may be considered as translation axes and rotary axes, and geometric errors of the translation axes and rotary axis are modeled and the geometric error models of the machine are very simple for real-time error compensation. The volumetric errors of the translation axes are measured using spatial circular curve ball bar test, and every element of the rotary axis is also obtained by a series of considerate ball bar tests. According to the characteristics of a position controller used in the machine, a synthesis error compensation system based on the NUM numerical control system was developed. Error compensation experiments were carried out, and the results show that the accuracy of the machine is improved significantly.     

红外相机光轴标定研究

随着红外技术的不断发展,红外成像定位系统在现代工程测量中的应用越来越广泛。大部分测量系统一般都会选取红外相机的光轴作为系统的参照基准,因此红外相机的光轴标定的准确性将直接决定整套测量系统的准确度等级。激光跟踪仪是空间尺寸测量的一种常用仪器,它可以建立笛卡尔三维坐标系将空间任意点以坐标点形式表示出来,通过坐标点确定系统中点、线、面之间的几何位置关系。利用三靶球位置坐标原理将红外相机的光轴等虚拟参数以空间坐标点的方式标示出来,为后续试验人员的校准定位工作提供一定的技术依据和参考。     

Form error compensation in single-point inclined axis nanogrinding for small aspheric insert

Based on an examination of traditional arc-enveloped grinding method, a single-point inclined axis nanogrinding method is presented to grind an aspheric insert by compensating tool setting error, radius error, and residual form error. Profile data from on-machine measurement are used to obtain the tool setting error and radius error of grinding wheel, as well as the normal residual form error. Compensation method of single-point inclined axis nanogrinding is built up for generating new compensation path. Grinding test of aspheric tungsten carbide insert with diameter 9.5 mm is conducted to evaluate performances of the grinding mode and compensation method. A last form error of 200 nm in peak to valley and surface roughness of 2.243 nm in Ra are achieved. These results indicated that the form error compensation method and single-point inclined axis nanogrinding mode can significantly improve form accuracy and surface roughness of ground surface.     

基于像差修正的同轴度测量方法

为了实现在同轴度测量中平行偏差(平偏)和倾斜偏差(角偏)两个量的同时测量,建立了基于激光准直性的光斑接收系统。该系统由接收物镜、分光棱镜和CCD构成。以物镜光轴、准直光束几何中心线和两个CCD接收面构成的三角关系进行两个偏差量的计算;并通过对系统像差的分析,提出了显著降低物镜像差对测量结果影响的算法。理论和实验数据表明,对于平偏测量范围为±10 mm、角偏测量范围为±2°、接收物镜焦距为50 mm、CCD尺寸为1.6 cm的系统,平偏测量精度可达0.02 mm,角偏测量精度可达9.5″。因此,该系统可以满足较大范围内的旋转机械同轴度测量的需要。     

激光切割机X、Y轴位置半闭环微机控制系统的研究与设计

介绍了激光切割机数控系统中的x、y轴位置半闭环微机控制系统。在建立控制系统数学模型的基础上,采用离散分析法对系统进行了研究,并且利用计算机仿真,分析了系统特性对控制精度的影响。