【摘要】：自動(dòng)鉆鉚系統(tǒng)具有高精度,高效率的特點(diǎn),因此被廣泛應(yīng)用于飛機(jī)自動(dòng)化裝配中。自動(dòng)鉆鉚過(guò)程中,自動(dòng)鉆鉚系統(tǒng)需要滿足調(diào)姿定位的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性以及制孔和鉚接過(guò)程中良好的加工性能。本文以一種具有冗余自由度的混聯(lián)式自動(dòng)鉆鉚機(jī)為研究對(duì)象,對(duì)其運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃進(jìn)行深入研究。論文研究?jī)?nèi)容包括:(1)開(kāi)展了基于D-H方法的混聯(lián)式自動(dòng)鉆鉚機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)位置研究。采用D-H方法建立混聯(lián)式自動(dòng)鉆鉚機(jī)上、下末端運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,基于虛設(shè)機(jī)構(gòu)法和D-H方法建立了非對(duì)稱(chēng)少自由度并聯(lián)托架運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,獲得了混聯(lián)式自動(dòng)鉆鉚機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)解析解。針對(duì)混聯(lián)式自動(dòng)鉆鉚機(jī)具有冗余自由度的特點(diǎn),提出了一種解耦的運(yùn)動(dòng)學(xué)位置反解策略,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了運(yùn)動(dòng)學(xué)位置正反解的正確性。(2)研究了基于環(huán)路方程法的混聯(lián)式自動(dòng)鉆鉚機(jī)速度和加速度分析問(wèn)題。針對(duì)混聯(lián)式自動(dòng)鉆鉚機(jī)具有冗余驅(qū)動(dòng)特性的并聯(lián)托架,將虛設(shè)機(jī)構(gòu)法和環(huán)路方程法兩者相結(jié)合,對(duì)其進(jìn)行速度和加速度分析,采用影響系數(shù)法分析串聯(lián)上、下末端的速度和加速度,得出了混聯(lián)式自動(dòng)鉆鉚機(jī)速度、加速度模型,并采用仿真算例驗(yàn)證自動(dòng)鉆鉚機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)速度和加速度方程的正確性。(3)提出了基于鉆鉚方向剛度最優(yōu)的混聯(lián)式自動(dòng)鉆鉚機(jī)姿態(tài)優(yōu)化,并對(duì)自動(dòng)鉆鉚機(jī)相鄰鉆鉚點(diǎn)間的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行規(guī)劃�？紤]了冗余驅(qū)動(dòng)和約束力對(duì)剛度的作用,建立了并聯(lián)托架全剛度模型和簡(jiǎn)化的串聯(lián)上、下末端剛度模型,并進(jìn)行了關(guān)節(jié)剛度辨識(shí)。選取一個(gè)評(píng)價(jià)自動(dòng)鉆鉚機(jī)在鉆鉚加工時(shí)的剛度性能的指標(biāo),并以此為優(yōu)化目標(biāo),提出了混聯(lián)式自動(dòng)鉆鉚機(jī)的鉆鉚姿態(tài)優(yōu)化算法。采用5次多項(xiàng)式對(duì)混聯(lián)式自動(dòng)鉆鉚機(jī)進(jìn)行關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃。通過(guò)某飛機(jī)壁板類(lèi)實(shí)例驗(yàn)證,基于鉆鉚方向剛度最優(yōu)的鉆鉚姿態(tài)優(yōu)化算法可有效減少自動(dòng)鉆鉚機(jī)的變形,提高鉆鉚精度,對(duì)優(yōu)化后的鉆鉚點(diǎn)位姿和給定的鉆鉚路徑進(jìn)行軌跡優(yōu)化,可有效提高自動(dòng)鉆鉚機(jī)的加工效率。
【圖文】：

鉆鉚系統(tǒng) (b) BR TJ圖 1.6 基于托架的自動(dòng)鉆鉚系統(tǒng)大飛機(jī)項(xiàng)目的推動(dòng)下，眾多國(guó)內(nèi)高校、創(chuàng)新。西飛在引進(jìn)的 GEMCOR 公司架系統(tǒng)，用于 ARJ21 機(jī)翼壁板的裝配，研制了基于 E7000 的全自動(dòng)托架，鉆鉚系統(tǒng)[33]。南京航空航天大學(xué)研制示。上海交通大學(xué)和上海拓璞數(shù)控合裝配[5]，如圖 1.8 所示。

混聯(lián)式自動(dòng)鉆鉚機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃研究本文研究的混聯(lián)式自動(dòng)鉆鉚機(jī)具有冗余自由度，運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃復(fù)雜。合理的運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃，可以使自動(dòng)鉆鉚機(jī)在鉆鉚加工過(guò)程中運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，避免機(jī)床出現(xiàn)明顯的振動(dòng)。因此，需要對(duì)具有冗余自由度的混聯(lián)式自動(dòng)鉆鉚機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃研究，從而保證自動(dòng)鉆鉚機(jī)完成鉆鉚任務(wù)時(shí)的鉆鉚精度和加工效率。論文主要研究?jī)?nèi)容及章節(jié)安排南航自主研發(fā)的混聯(lián)式自動(dòng)鉆鉚機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，串聯(lián)上下末端與并聯(lián)托架之間具有冗余自由度，且并聯(lián)托架為具有冗余驅(qū)動(dòng)的非對(duì)稱(chēng)少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，這些對(duì)分析自動(dòng)鉆鉚機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析帶來(lái)了困難。而自動(dòng)鉆鉚機(jī)要完成復(fù)雜的鉆鉚任務(wù)，并且保證其運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性、鉆鉚精度、加工效率等，都與其運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及軌跡規(guī)劃研究密切相關(guān)。本文以南航自主研發(fā)的混聯(lián)式自動(dòng)鉆鉚機(jī)為研究對(duì)象，建立機(jī)床的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，分析其運(yùn)動(dòng)性能，通過(guò)實(shí)例規(guī)劃運(yùn)動(dòng)學(xué)軌跡并進(jìn)行軌跡優(yōu)化，，為該機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制提供理論基礎(chǔ)。論文結(jié)構(gòu)安排如圖 1.10 所示。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：V262.4

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本文編號(hào)：2638253