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双机器人协同钻铆系统研究

作　者: 石鑫
导　师: 董辉跃
学　校: 浙江大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 双机器人钻铆铆接表面质量锤铆仿真铆钉镦头铆接时间
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
下　载: 34次
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内容摘要

自动钻铆技术极大地提高了飞机的装配效率,保证装配质量以及飞机使用寿命。双机器人钻铆系统以其自身独特优点,成为自动钻铆技术领域的重要发展方向。本文以某国防重大专项—一双机器人联合钻铆试验系统为研究背景,对机器人铆接试验中存在的问题进行分析研究,验证了双机器人协同钻铆之可行性。本文首先综述了自动钻铆技术尤其是机器人自动钻铆技术的国内外发展现状,以双机器人协同钻铆系统为研究对象,阐述了论文的研究背景及意义,给出本文研究的主要内容。对搭建的双机器人协同钻铆试验平台,从KUKA工业机器人结构及机器人静刚度理论、多功能终端执行器的结构及相关功能、机器人移动平台、壁板组件及其柔性定位工装、激光跟踪仪测量系统等方面对其进行了分析介绍。基于此试验平台进行了铆接试验,发现铆接件主要存在两大缺陷,第一沉头铆钉钉头相对蒙皮表面的凸出量未能符合规定要求的容差值；第二铆钉镦头尺寸无法达到规定要求,铆钉或变形过量或变形不足,铆接件的连接强度无法保证。针对铆接缺陷一,建立机器人铆接系统的动力学模型,分析了锤铆过程中顶铁振动和机器人末端变形,分析结果表明机器人末端变形很小,可近似忽略,而顶铁的振动将直接影响铆接表面质量。通过增大顶铁支撑弹簧的刚度并施加合适的预压紧力可减小顶铁振幅,提高铆接后连接件的表面质量；针对铆接缺陷二,对锤铆过程中铆钉变形进行了仿真分析,分析表明通过选择合适的铆枪输入气压以及铆接时间,使铆钉镦头尺寸符合规定要求,保证连接强度。在此基础上使用电磁换向阀控制铆枪输入气压的通断,并通过上位机编程实现铆接时间的自动控制。最后,考虑到铆接效率选择0.6MPa的铆枪输入气压,设定铆接时间为2.3s,结合自动化制孔控制系统,规划机器人的运动流程,实现双机器人协同钻铆的自动化控制。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
ABSTRACT  7-9
本文使用的插图清单  9-11
本文使用的插表清单  11-12
目录  12-15
第1章绪论  15-27
  内容摘要  15
  1.1 引言  15
  1.2 自动钻铆技术的国内外发展状况  15-19
    1.2.1 国外自动钻铆技术发展状况  15-18
    1.2.2 国内自动钻铆技术发展状况  18-19
  1.3 机器人自动钻铆技术简介  19-21
    1.3.1 航空制造业中工业机器人的应用  19-20
    1.3.2 双机器人协同钻铆系统  20-21
  1.4 钻铆工艺技术研究现状  21-24
    1.4.1 航空材料孔加工工艺  21-22
    1.4.2 铆接装配工艺及铆接质量  22-24
  1.5 论文背景和意义  24-25
  1.6 论文的主要研究内容  25-27
第2章双机器人钻铆试验平台  27-40
  内容摘要  27-28
  2.1 KUKA工业机器人  28-32
    2.1.1 工业机器人系统组成  28-29
    2.1.2 机器人雅克比矩阵  29-30
    2.1.3 机器人关节力矩和力雅克比矩阵  30-31
    2.1.4 机器人静刚度  31-32
  2.2 多功能制孔终端执行器  32-34
    2.2.1 压紧单元  33
    2.2.2 视觉测量单元  33
    2.2.3 法向检测单元  33-34
    2.2.4 切削单元及锪窝深度控制  34
  2.3 机器人移动平台  34
  2.4 壁板组件及柔性定位工装  34-37
    2.4.1 壁板结构及连接方式  34-36
    2.4.2 壁板柔性定位工装  36-37
  2.5 激光跟踪仪测量系统  37
  2.6 双机器人钻铆试验系统各坐标系关系  37-38
  2.7 自动化制孔控制系统  38-39
  2.8 本章小结  39-40
第3章沉头铆缝表面质量研究  40-59
  内容摘要  40
  3.1 锤铆工艺要求  40-43
    3.1.1 沉头铆缝表面质量要求  41
    3.1.2 铆钉镦头尺寸要求  41-42
    3.1.3 机器人铆接缺陷  42-43
  3.2 锤铆过程中的顶铁振动  43-45
  3.3 机器人铆接系统动力学模型  45-47
  3.4 机器人末端变形  47-55
    3.4.1 机器人模态分析  47-51
    3.4.2 机器人末端变形实验  51-55
  3.5 顶铁振动的影响因素  55-58
    3.5.1 支撑弹簧刚度的影响  55-57
    3.5.2 预压紧力的影响  57-58
  3.6 本章小结  58-59
第4章锤铆过程的仿真分析与试验  59-75
  内容摘要  59
  4.1 气动铆枪运动学建模  59-62
    4.1.1 运动学模型  59-61
    4.1.2 冲锤冲击速度及冲击频率仿真  61-62
  4.2 锤铆过程有限元分析  62-69
    4.2.1 锤铆有限元建模  63-65
    4.2.2 铆接时间仿真值  65-66
    4.2.3 铆钉及连接件应力分布  66-67
    4.2.4 锤铆与压铆  67-69
  4.3 锤铆干涉配合  69-71
    4.3.1 干涉配合铆接技术  69-70
    4.3.2 锤铆干涉量  70-71
  4.4 双机器人钻铆试验  71-73
  4.5 双机器人铆接自动化  73-74
  4.6 本章小结  74-75
第5章总结与展望  75-77
  5.1 总结  75
  5.2 展望  75-77
参考文献  77-80

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