混联式自动钻铆机运动轨迹规划研究

发布时间：2020-04-23 23:04

【摘要】：自动钻铆系统具有高精度,高效率的特点,因此被广泛应用于飞机自动化装配中。自动钻铆过程中,自动钻铆系统需要满足调姿定位的运动平稳性以及制孔和铆接过程中良好的加工性能。本文以一种具有冗余自由度的混联式自动钻铆机为研究对象,对其运动轨迹规划进行深入研究。论文研究内容包括:(1)开展了基于D-H方法的混联式自动钻铆机运动学位置研究。采用D-H方法建立混联式自动钻铆机上、下末端运动学模型,基于虚设机构法和D-H方法建立了非对称少自由度并联托架运动学模型,获得了混联式自动钻铆机的运动学解析解。针对混联式自动钻铆机具有冗余自由度的特点,提出了一种解耦的运动学位置反解策略,并通过实验验证了运动学位置正反解的正确性。(2)研究了基于环路方程法的混联式自动钻铆机速度和加速度分析问题。针对混联式自动钻铆机具有冗余驱动特性的并联托架,将虚设机构法和环路方程法两者相结合,对其进行速度和加速度分析,采用影响系数法分析串联上、下末端的速度和加速度,得出了混联式自动钻铆机速度、加速度模型,并采用仿真算例验证自动钻铆机运动学速度和加速度方程的正确性。(3)提出了基于钻铆方向刚度最优的混联式自动钻铆机姿态优化,并对自动钻铆机相邻钻铆点间的运动轨迹进行规划。考虑了冗余驱动和约束力对刚度的作用,建立了并联托架全刚度模型和简化的串联上、下末端刚度模型,并进行了关节刚度辨识。选取一个评价自动钻铆机在钻铆加工时的刚度性能的指标,并以此为优化目标,提出了混联式自动钻铆机的钻铆姿态优化算法。采用5次多项式对混联式自动钻铆机进行关节空间轨迹规划。通过某飞机壁板类实例验证,基于钻铆方向刚度最优的钻铆姿态优化算法可有效减少自动钻铆机的变形,提高钻铆精度,对优化后的钻铆点位姿和给定的钻铆路径进行轨迹优化,可有效提高自动钻铆机的加工效率。
【图文】：

钻铆系统 (b) BR TJ图 1.6 基于托架的自动钻铆系统大飞机项目的推动下，众多国内高校、创新。西飞在引进的 GEMCOR 公司架系统，用于 ARJ21 机翼壁板的装配，研制了基于 E7000 的全自动托架，钻铆系统[33]。南京航空航天大学研制示。上海交通大学和上海拓璞数控合装配[5]，如图 1.8 所示。

混联式自动钻铆机运动轨迹规划研究本文研究的混联式自动钻铆机具有冗余自由度，运动轨迹规划复杂。合理的运动轨迹规划，可以使自动钻铆机在钻铆加工过程中运动平稳，避免机床出现明显的振动。因此，需要对具有冗余自由度的混联式自动钻铆机进行运动轨迹规划研究，从而保证自动钻铆机完成钻铆任务时的钻铆精度和加工效率。论文主要研究内容及章节安排南航自主研发的混联式自动钻铆机结构复杂，串联上下末端与并联托架之间具有冗余自由度，且并联托架为具有冗余驱动的非对称少自由度并联机构，这些对分析自动钻铆机运动学分析带来了困难。而自动钻铆机要完成复杂的钻铆任务，并且保证其运动平稳性、钻铆精度、加工效率等，都与其运动学分析及轨迹规划研究密切相关。本文以南航自主研发的混联式自动钻铆机为研究对象，建立机床的运动学模型，分析其运动性能，通过实例规划运动学轨迹并进行轨迹优化，，为该机床运动控制提供理论基础。论文结构安排如图 1.10 所示。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V262.4

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本文编号：2638253