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。     

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。     

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。     

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.     

机器人自动制孔系统应用研究

针对我国飞机产品高质、高效自动制孔要求以及飞机研制和生产中对智能自动制孔系统应用的迫切需求,面向异形异质复杂部件的高质、高效自动制孔问题,重点研制多功能末端执行器,突破末端执行器结构优化与集成、视觉定位与补偿、孔位法向检测、压紧力检测与控制、机器人自动制孔系统集成控制等关键技术,形成机器人自动制孔系统。试验件的工艺验证表明,该套机器人自动制孔方案可以满足产品的加工要求,提升飞机装配质量和效率。     

自动制孔系统智能设计专家系统的研究

构建了一种制孔专家系统,通过对机座、机械手臂及制孔末端执行器设计等应用知识研究,充分利用已有智能设计知识和推理机制,以人类专家水平去解决该领域中相似机械频繁重复设计问题,提出了自动制孔系统智能设计专家系统的总体机构设计方法。研究了系统主要模块的功能以及应用实现方法,并根据主要参数推理出相似设计案例且进行相应设计修改。在此基础上以VB为主要程序设计界面及语言、SQL2005为数据库,完成自动制孔系统主要部件的推理机制及知识应用。     

紧固孔原始疲劳质量控制与制孔技术研究

对飞机结构耐久性和安全性有重要影响的紧固孔原始疲劳质量进行了分析,建立了制孔技术与紧固孔原始疲劳质量的内在联系。提出用满足９５％要求的当量初始裂纹尺寸ａｉ值来定量描述紧固孔原始疲劳质量。给出通过紧固孔原始疲劳质量评定和符合性检查来选择或验证制孔技术的方法。     

大型机加件自动制孔技术的研究

通过对角度头的应用实验,摸索出可靠的试验参数和注意事项,实现用角度头加工大型机加件侧面法向孔的加工方法,为复杂机加件自动制孔及复杂表面数字化加工提供了有力的参考依据和技术支持.     

基于冗余基准孔的轻型移动制孔系统定位方法

飞机自动化装配过程中,制孔系统能否精确定位将直接影响装配精度。一般通过人工预先制得基准孔,检测基准孔在制孔系统下的位置,与在产品中的位置比较得到空间转换关系以完成系统定位。为提高轻型移动制孔系统的定位精度,提出了一种基于冗余基准孔的轻型移动制孔系统定位方法,使用罗德里格矩阵重新构建空间转换关系,提出冗余基准孔的偏差过滤算法,判断冗余基准孔中是否存在影响空间转换精度的大偏差孔位,提高转换关系精度,改善制孔系统的定位精度。进行算例分析与实验验证,证明所提方法可以在冗余基准孔中准确筛选并去除大偏差孔位,将空间转换误差减至小于0.12 mm,由误差传递理论知制孔系统定位精度提高约20%。     

基于MBD飞机装配自动制孔路径规划研究

飞机装配自动制孔技术的应用,基本改善了制孔工艺任务繁重、零件制孔量大等问题。而在整体制孔效率方面,自动制孔设备需要一种高效的制孔路径规划方法。基于此背景,通过研究三维空间路径规划算法以及自动制孔技术,根据面向MBD三维信息模型制孔路径规划要求,将改进后的蚁群算法应用于飞机的三维空间自动制孔路径规划中,进行实验分析,实验结果表明:改进后的遗传算法在路径的最优解以及规划时间上都要优于计算机上用的枚举法。该算法的应用充分改善了制孔方式的无目的性、生成路径质量不高等不足之处,从而获得一条整体优化的路径,整体缩短飞机装配周期、提高制孔质量以及降低制造成本,推动和加速我国军民机的研制工作。     

面向制孔机器人的视觉检测系统设计与实现

在视觉传感器标定精确的基础上,对基准孔位置的检测进行了研究,计算出待加工孔实际位置的补偿参数,实现机器人加工孔位置的修正,并通过Socket通信实现上位机和视觉传感器的数据交互,以控制机器人制孔系统的精确性。     

CFRP制孔加工缺陷及制孔技术的研究进展

碳纤维增强复合材料(CFRP)已在航空航天飞机上得到了大量应用.在CFRP结构件的装配连接中,需要进行大量的制孔加工.但在CFRP制孔中极易产生毛刺、分层等制孔缺陷,严重影响制孔质量和构件使用性能,尤其是分层制孔缺陷是造成构件报废失效的主要原因.针对分层制孔缺陷的研究现状,重点阐述制孔缺陷的形成机制及制孔缺陷的评价方法...     

离线编程环境下的典型自动制孔工艺设计优化

本文以机翼盒数字化装配自动制孔过程为研究对象,开展离线编程环境下的基准孔测量及制孔加工路径优化研究。通过对基准孔照相测量方式的优化设计,解决了基准孔孔位重复测量问题,避免了由多次测量导致的重复测量误差,保证了加工孔的修正质量;通过对制孔加工路径规划,避免了制孔过程中的多次无效往返,提升了制孔加工效率。     

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。     

飞机活动翼面自动制孔工艺装备设计技术

针对飞机活动翼面结构特点和自动制孔需求,对装配流程和工装设计方案进行了研究,形成了一套适用于现代飞机装配和自动制孔的工艺装备设计标准和方法,同时为加强现场精益化管理,提出了集成电、气、除尘、照明、运输,兼顾预装配与自动制孔的集成式工装设计,提高了产品的加工效率和定位精度。     

航空碳纤维复合材料制孔刀具研究

碳纤维复合材料(CFRP)结构件的制孔过程中普遍存在着分层、劈裂和毛刺等缺陷。针对这些问题,在CFRP系列化刀具的开发和应用中通过试验对刀具性能进行评价,为刀具的优化应用提供合理的切削参数范围。     

基于ROS和IgH主站的多关节机器人控制系统设计北大核心CSCD

针对基于现场总线的多关节机器人系统响应速度慢、通信带宽低以及实时性差等方面的问题,基于ROS和IgH主站,设计了一种多关节机器人控制系统。首先,选取合适的EtherCAT通讯周期、同步信号周期以及轨迹插补周期,将IgH主站和ROS平台融合;其次,对多关节机器人进行运动学建模,建立URDF模型;然后,结合ROS提供的Moveit!功能包集,设计了实时性好、同步性高且性能稳定的机器人控制系统。最后,通过搭建完整的机器人平台进行实验,测量运行过程中的实时任务周期以及轨迹变化。实验结果表明该机器人控制系统具有良好的实时性、同步性以及可靠性。     

航空薄壁件制孔毛刺生长控制工艺研究

针对典型的航空铝合金薄壁件,分析其制孔毛刺生长机理,指出钻削轴向力是影响毛刺生成的关键因素,进而对制孔加工区域进行细分,提出了一种通过控制进给量的分层进给制孔工艺,以优化控制毛刺形态及尺寸。设计的制孔工艺试验结果表明:与传统制孔工艺相比,分层进给制孔工艺能有效抑制毛刺形成,控制毛刺生长,显著提高制孔质量。     

基于2D激光扫描的基准检测技术研究

在机器人自动制孔系统中,基准孔检测的准确性会直接影响整个机器人制孔过程的位置精度。为获取基准孔孔位准确信息,采用激光扫描的方式对基准孔进行检测。设计了2D线激光扫描在基准平面内点云的三维转化方法,通过分析基准孔在扫描仪坐标系下点云的分布特点,提出了一种基于坐标差值的基准孔边界提取算法。通过设定相邻点云在线激光扫描仪坐标系下z轴的坐标差值获取边界点,实验验证该算法能有效地去除点云中的噪声点,获取准确的基准孔边缘特征信息,进而得到准确的基准孔孔位信息。