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飞机柔性装配系统的位姿调整研究

唐文杰  
【摘要】:随着自动化、数字化以及信息化等技术在飞机装配中的应用,飞机装配定位技术已经由传统的手工、刚性定位逐渐向自动化、数字化和柔性化定位方向发展。基于这种情况,为适应技术的发展,本文以一种三自由度并联机器人——Tripod为定位单元,构建了一种适用于飞机装配的柔性装配定位系统,对飞机柔性装配系统的位姿调整进行了研究。 与串联机器人相比,并联机器人拥有高刚度、高精度、强承载能力等许多优点,目前已经在数控加工、运动模拟、传感器、精细操作等领域得到了广泛的应用。并联机器人的这些特点也十分适用于对精度、负载能力等有较高要求的飞机部件装配过程,因此将它应用于飞机柔性装配定位系统,其优点也是显而易见的。 本文设计了由3个Tripod构成的柔性定位系统,用带真空吸盘的球面副与飞机部件相连接。本文先对Tripod的运动学进行了分析,利用封闭解法对其进行运动学反解,解决了并联机构Tripod的高度非线性导致的难以建立精确动力学数学模型的问题。在此基础上,利用智能控制算法CMAC-PID(小脑模型神经网络与PID复合控制)设计了控制系统。本文还对单个Tripod的轨迹规划进行了分析,提高了定位精度。 在对Tripod的运动学分析中,考虑到系统控制的实时性要求,对计算量较大的飞机部件位姿变换环节采用了存储空间小、运算效率高的四元数方法进行描述。同时,因为在飞机装配过程中运动均匀性十分重要,为实现飞机部件姿态变换的均匀性,采用了四元数球面线性插补技术对飞机部件的姿态变换过程进行插补。 最后为验证系统的有效性,结合Matlab/Simulink和RecurDyn对系统进行了联合仿真,得到较好的仿真效果。


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