双机器人气动铆接若干关键技术及其在机身壁板装配中的应用
发布时间：2017-12-12 00:02
本文关键词：双机器人气动铆接若干关键技术及其在机身壁板装配中的应用
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【摘要】：目前,在飞机铆接装配领域,自动化铆接方式已逐步取代传统的人工气动铆接。铆接技术与设备直接影响飞机组部件的铆接装配质量,进而影响飞机的安全可靠性和疲劳寿命。作为大型自动压铆机、电磁铆等设备与技术的补充,机器人气动铆接集成了气动铆枪轻便易用和工业机器人操作灵活的主要优点,可以用来完成机身壁板的铆接装配。本文阐述了双机器人气动铆接系统的任务对象、工艺需求和系统布局,拟定了铆接工艺流程,并对双机器人气动铆接系统的构建、施铆工艺、动力学特性及其在大飞机机身壁板装配中的应用进行了研究。主要的创新点包括:针对铆枪-机器人子系统,根据铆枪最大后座力,提出铆枪-机器人子系统满足铆接工艺需求(如不打空枪、持续进给)的设计方法。针对顶铁-机器人子系统,建立周期脉冲力作用下的两自由度动力学模型,利用主动最优控制算法对顶铁-机器人系统的减振隔振优化设计问题进行求解。针对机身壁板钻铆点法矢实时测量计算问题,提出一种四点确定钻铆点法矢的线性算法,并基于微分几何基础理论给出该方法的精度估计。将铆钉塑性成形和铆孔冷胀分别近似为金属塑性成形中的圆柱镦粗和厚壁圆筒问题,提出一种与干涉量相关联并且能够适应不同几何尺寸和不同材料特性单个铆钉铆接总能量的弹塑性力学近似解法。分析气动铆接初期可能出现的铆钉打弯现象,将其归结为铆钉杆的弹塑性动力屈曲问题并予以求解,提出自动化气动铆接冲击能量控制方法。建立双机器人/双人两种气动铆接系统的多自由度连续非光滑碰撞振动动力学模型,并基于半隐式二级三阶龙格-库塔方法对模型进行数值求解,得到系统各零部件的振动特性。通过动力学模型的数值仿真和双机器人铆接试验,分析双机器人气动铆接系统随关键参数变化的灵敏度特性。从抗振性能、灵敏度特性和最终铆接质量进行比较,验证双机器人气动铆接相比双人协同气动铆接的优越性。为保证飞机装配中气动铆接系统铆接过程的稳定性和铆接质量的可靠性,避免或及时发现由于系统因素变化所产生的铆接缺陷,通过分析采集到的顶铁振动信号,提出气动铆接质量评估的方法。该方法首先对采集的顶铁加速度信号进行滤波去嗓处理,然后利用峰值检测算法对铆接过程中的铆接冲击频率、冲击次数、冲击能量进行分析,将评估指标与扰动阈值进行比较,判断是否存在铆接缺陷以及铆接缺陷产生原因。最后,总结了全文的研究内容,并展望了有待进一步研究的问题。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
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