基于Twincat的移动机器人制孔系统北大核心

为了提高自动制孔效率与孔质量,以及提高我国自动化制孔自主研发能力,提出了一种移动机器人自动制孔设备,该设备主要包括移动装置、机器人、末端执行器、系统附件。并设计了"EtherCAT+Profibus"主从分布式控制系统,以Beckhoff EtherCAT控制系统作为主控,对移动装置、机器人、末端执行器、上位机人机交互界面进行协同控制,可实现多工位自动切换、孔的法向调平与基准检测、试刀、换刀以及自动制孔流程。     

基于Twincat的移动机器人制孔系统

为了提高自动制孔效率与孔质量,以及提高我国自动化制孔自主研发能力,提出了一种移动机器人自动制孔设备,该设备主要包括移动装置、机器人、末端执行器、系统附件。并设计了"EtherCAT+Profibus"主从分布式控制系统,以Beckhoff EtherCAT控制系统作为主控,对移动装置、机器人、末端执行器、上位机人机交互界面进行协同控制,可实现多工位自动切换、孔的法向调平与基准检测、试刀、换刀以及自动制孔流程。     

基于机器人的飞机部件自动制孔设备控制系统设计研究

为满足飞机部件装配中机器人自动制孔设备控制要求,设计了一种基于机器人飞机部件自动制孔设备控制系统。该控制系统采用离线编程、中央控制层、现场控制层和执行层四级结构,采用Beckhoff工业计算机作为控制核心,以EtherCAT和Profibus总线为控制方式,通过TwinCAT 2.0控制软件完成工业现场的实时控制。设计了末端执行器控制系统、机器人控制系统和设备附件控制系统。研究表明,该控制系统能很好地完成控制要求,具有一定的实用性和推广价值。     

飞机自动制孔末端执行器的设计与实现

由于飞机装配过程中需要钻削大量的孔,因此针对飞机装配中柔性制孔的功能需求,在具体分析机翼制孔工艺流程的基础上,设计了一套用于飞机自动制孔的末端执行器。该控制系统以中央控制器为核心、采用基于EtherCAT总线和Profibus总线的分布式主从站控制方式,并开发出具有制孔循环控制、基准检测、法向偏差测量等功能的软件包,最后进行了一台样机的制造、装配、电气安装和软件调试。实验证明,该系统能够很好的满足航空工业对制孔的孔位精度、垂直度以及加工效率等的要求。     

基于PLC的机器人制孔执行器控制系统设计

针对应用于飞机铝合金、钛合金以及叠层部件自动制孔的机器人制孔执行器,基于PLC开发了一套机器人制孔执行器控制系统.根据需要完成的工作任务的要求和特点,详细分析和设计了控制系统的总体框架、硬件模块、软件模块以及上位机界面模块.现场测试证明,该控制系统操作方便、性能稳定,能够极大提高飞机部件的制孔效率和装配质量.     

机器人制孔系统与制孔工艺参数优化方法研究

新材料、新结构在航空产品中的应用日趋增多,自动制孔系统的应用也更为广泛。针对各种自动制孔系统进行分析讨论,并对飞机机体结构制孔所面临工艺问题进行分析,提取工艺需求,明确了机器人制孔系统应实现的功能。在自主研制的机器人制孔系统的基础上开展制孔试验,采用置信区间估计的方法对制孔质量数据进行统计学规律分析,对工艺参数进行优化,试验结果表明采用置信区间估计的方法推荐的制孔工艺参数能满足产品精度要求。     

末端执行器优化控制下的飞机制孔方法

针对末端执行器自身刚度有限,制孔过程中稳定性较差,存在位置误差、角度误差和孔径误差的问题,设计基于末端执行器优化控制的飞机制孔方法。利用ABAQUS软件仿真飞机制孔过程,判断末端执行器的响应状态,分析飞机制孔技术中的蒙皮侧压紧方式,通过罗德里格矩阵获取确认偏差较大的孔位,计算末端执行器与基准孔位之间的空间转换关系,建立制孔参数优化目标函数,逐一求解飞机制孔末端执行器的控制参数,完成飞机制孔精度优化。实验结果表明：在末端执行器优化控制下可有效降低制孔位置误差、角度误差和孔径误差,保证末端执行器控制过程的稳定性和精度。本文方法实际应用后,获得了较好的检验结果,满足使用标准。     

基于数字孪生的飞机尾翼装配自动制孔

我国现有飞机尾翼装配自动制孔方式为盲制孔,受飞机蒙皮和肋板自身形状结构限制,极易造成末端执行器制孔位置偏差。针对上述问题提出基于数字的飞机尾翼装配自动制孔系统框架,该系统框架包含物理层、数据层、连接层、虚拟模型层和服务层5个层次。构建数字孪生多领域多维模型,搭建基于统一架构的通信协议平台,利用虚拟模型进行仿真模拟,通过多种传感器实时监测系统运行状况,及时对各种数据信息进行处理并获取参数,对制孔加工参数进行迭代优化,实现自动制孔。     

飞机部件机器人自动制孔控制系统设计与分析

针对应用于飞机铝合金、钛合金以及叠层部件制孔的机器人自动制孔系统,提出了基于上位机和PLC的机器人自动制孔控制系统的设计方法。根据工作任务的要求和特点,设计并分析了机器人自动制孔控制系统的整体框架、硬件模块和软件模块。现场测试证明,该系统能够极大提高飞机部件的制孔效率和装配质量。     

基于双机器人装配系统的多功能末端执行器设计

根据翼面类部件装配的特殊需求,设计了一种用于双机器人装配系统的多功能末端执行器。阐述了其结构设计及工作原理,并运用DELMIA软件对末端执行器的应用环境进行了仿真,提出了手工装配工装的改进意见。分析表明该末端执行器能够保证双机器人柔性装配系统无干涉地完成翼面类部件的制孔、送钉及电磁铆接等装配任务,可增加飞机装配的效率及质量,具有显著的工程应用价值。     

并联六足飞机制孔机器人的位姿调节

精确定位和高效制孔是自主移动式自动化制孔设备研制的难点。针对一种行走定位一体化的并联六足飞机制孔机器人,提出一种运动学模型。与基于固定坐标系的运动学模型不同,该模型基于机器人身体平台随动坐标系,仅需测量各腿支链的伸缩长度和制孔目标位姿偏差,便能进行末端执行器任意位姿调节,可同时进行制孔位置和法向精确定位。其降低了测量系统的难度和误差,确保了较高的定位精度和制孔效率。应用该模型进行制孔操作规划并仿真分析,最后在真实样机上实验,实验结果表明机器人可以很好地完成位姿调节和制孔操作。     

飞机紧固孔超声振动精密加工技术研究

针对飞机蒙皮复合材料与钛合金叠层(简称复钛叠层)紧固件大孔传统手工多步制孔加工中存在的工艺路线长、加工质量不高、刀具寿命低等问题,开展了超声精密制孔技术的研究,提出了超声振动套-铰-锪的新工艺方法,并研制了超声振动制孔工具系统。实验结果表明,超声振动套-铰-锪新工艺方法及振动制孔工具系统可以高质、高效、低成本加工复钛叠层紧固件大孔,能满足飞机复钛叠层紧固孔精密装配的工业要求。     

制孔执行器的安装方式对机器人性能的影响

机器人和多功能末端执行器组成的柔性钻削系统近些年在航空工业得到了越来越广泛的应用,执行器和机器人的安装方式有同轴式、悬挂式和侧面式.利用软件Matlab对机器人和工件进行仿真建模,并计算执行器在不同安装方式下的机器人可达度、可操作度、关节使用度和关节被动力矩.基于计算结果,结合评价指标,分析制孔末端执行器的安装方式对机器人的可达性、可操作性、关节使用度及制孔位置精度的影响,结果表明同轴式安装消除了压紧力对机器人第5轴的被动力矩,有利于提高加工孔的位置精度;悬挂式安装使机器人的可达性好;侧面式安装使机器人的可操作性好,增加了机器人的运动灵活性和减少了关节使用度.     

机器人自动制孔系统精度标定方法研究

机器人制孔系统是实现飞机自动化装配的重要设备,制孔作业前的精度标定是保证系统各项指标满足生产要求的关键环节,以往对系统进行简单的单次制孔标定无法全面掌握各个维度上的精度指标。针对位置补偿、孔位、法向、孔径及锪窝深度精度,分别提出了精度标定方法,并利用飞机装配站位上投入使用的满足精度要求的制孔系统进行检验,结果表明所提出的标定方法和测量实际产品所得结果有良好的一致性,能够用于自动制孔系统的快速标定。     

制孔末端执行器压紧单元设计

压紧单元是机器人制孔末端执行器中的一个核心单元。设计了一种双气缸压紧、比例减压阀控制的气动压紧结构,作为末端执行器的压紧单元,通过有限元分析软件对结构进行了校核。为提高压紧精度,进行标定实验,得出控制信号输出电流与压紧单元实际压力的函数关系。     

一种制孔末端执行器的设计与仿真验证

制孔末端执行器作为机械手制孔系统的核心部件之一,其功能结构设计是否合理将直接影响制孔的质量。因此,介绍末端执行器的整体结构和功能,制定末端执行器的工作流程,并在此基础上对末端执行器的各功能单元进行设计,最后利用DELMIA仿真了该末端执行器的工作流程,验证了其结构设计的合理性和制孔路径的可行性。     

面向轴承车削加工的自动上下料系统设计与实现

针对企业提出的中大型轴承内外套车削加工全自动化的要求,设计开发了一套机器人自动上下料系统。该系统以六轴关节型工业机器人为基础,将工业机器人与CNC机床有机结合,通过设计机器人末端执行器、上下料道和转换台等,结合气动技术、PLC控制技术与传感器技术,实现了对不同尺寸工件的抓取、换面和自动装卸。通过在企业生产车间的实际运用,证明该系统可以完全替代操作人员进行生产,可以省时、省力并高效地完成轴承工件自动上下料任务,实现了自动化生产。     

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。     

轻型自主移动制孔机器人基准检测技术研究

针对大飞机机身大部件的装配需求,设计了一套柔性好、效率高、自动化程度高的轻型自主移动制孔机器人,并根据制孔机器人自身的结构特点,提出一套机器人视觉检测系统的手眼标定方案。在此基础上,提出了基于基准孔建立局部坐标系和空间坐标系转换的基准检测算法。实验表明:该技术能够实现机器人高精度制孔的精确定位,满足大飞机机身制孔位置精度要求。     

[装配技术]一种自动钻铆末端执行器的设计

根据航空航天产品自动装配设备研制需求,提出了一种能够兼顾功能需求和优化目标的产品设计与评估方法,并将该方法用于有减重需求的多功能自动钻铆末端执行器结构设计。针对末端各个功能模块提出多种方案并进行评估,选择模块最佳方案的组合,并对整体结构进行改良。最终确定了一种考虑减重需求,能够实现检测、制孔及铆接等功能的自动钻铆末端执行器结构,通过与其他设计方法的对比分析和最终结构的运动仿真验证了该方法的有效性。