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基于多传感器集成的机器人自动钻铆在线检测技术研究

作　者: 贺美华
导　师: 廖文和
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 航空宇航制造工程
关键词: 工业机器人 自动钻铆 在线检测 多传感器 误差分析 系统标定 数据转换
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


机器人自动钻铆技术是飞机数字化装配连接技术的研究趋势。在线检测能有效的保障钻铆技术的加工质量，是机器人自动钻铆系统的关键技术之一。本文针对机器人自动钻铆系统的工作特点和实际需求，提出通过多传感器集成的方法，研究开发一套机器人自动钻铆在线检测系统，实现系统工作环境、钻铆过程及工艺性等检测功能。本文的研究内容有助于完善机器人自动钻铆系统的集成化设计，对飞机数字化装配技术提供了相应理论和实验积累。论文主要研究成果如下：首先，设计了多传感器集成的在线检测总体方案。在详细分析了机器人自动钻铆系统结构和功能需求的基础下，提出了多传感器集成的在线检测系统的总体构架，完成了基准、法向、锪窝深度等检测的传感器配置方案和数据采集处理方案。其次，建立了关键检测技术的数据处理模型。提出了基于2D激光线扫描的加工基准检测方法和基于3点激光测距的法向检测方法，建立了基准识别和法向测量数学模型，同时，提出了基准补偿和法向调姿算法模型。再次，分析了系统的误差，提出了系统标定方法。从静态和动态两方面分析了系统的误差，建立了系统蒙特卡洛误差模型，提出了系统关键参数的标定方法，同时应用七参数法和单位四元数法，标定了坐标系，建立了系统数据转换模型。最后，实验验证了基于2D激光线扫描的加工基准检测的算法模型，完成了系统参数标定和数据转换，并应用误差分析理论，进行了计算机误差仿真和精度估计。结果表明：所建立的基准检测模型是可行的，单站位的检测精度≤0.3mm，转站的检测精度≤0.4mm。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-13
第一章 绪论  13-22
  1.1. 课题研究背景  13-14
  1.2. 课题研究目的和意义  14-15
  1.3. 课题研究现状  15-21
    1.3.1. 自动钻铆技术  15-18
    1.3.2. 机器人自动钻铆检测技术  18-21
  1.4. 本文的主要内容  21-22
第二章 机器人自动钻铆检测系统组成和总体方案设计  22-35
  2.1. 引言  22
  2.2. 机器人自动钻铆系统工作流程  22-24
    2.2.1. 机器自动钻铆系统组成  22-23
    2.2.2. 系统工作流程  23-24
  2.3. 系统检测需求分析  24-28
  2.4. 在线检测总体方案  28-34
    2.4.1. 传感器配置方案  28-31
    2.4.2. 数据采集方案设计  31-33
    2.4.3. 数据分析与处理方案  33-34
  2.5. 本章小结  34-35
第三章 机器人自动钻铆检测系统关键技术研究  35-51
  3.1. 引言  35
  3.2. 基于 2D 激光线扫描的加工基准检测与补偿方法  35-37
  3.3. 基准检测数据处理算法  37-42
    3.3.1. 基准轮廓点的提取和三维坐标处理  38
    3.3.2. 基准孔特征识别  38-41
    3.3.3. 基准补偿算法  41-42
  3.4. 基于 3 点激光测距的法向检测与调姿方法  42-44
  3.5. 法向检测与调姿算法  44-50
    3.5.1. 法向测量模型和算法  44-48
    3.5.2. 法向姿态调整算法  48-50
  3.6. 本章小结  50-51
第四章 机器人自动钻铆检测系统误差分析和系统标定  51-70
  4.1. 引言  51
  4.2. 检测系统误差分析  51-56
    4.2.1. 检测系统误差的来源  51-52
    4.2.2. 检测系统的静态误差分析  52-55
    4.2.3. 检测系统的动态误差分析  55-56
  4.3. 检测系统误差传播与合成  56-59
    4.3.1. 经典误差传播与合成理论  56-57
    4.3.2. 蒙特卡洛法误差分析  57-58
    4.3.3. 检测系统误差传播与合成  58-59
  4.4. 检测系统的参数标定  59-63
    4.4.1. 传感器的标定  59-60
    4.4.2. 算法模型中的参数标定  60-61
    4.4.3. 检测系统的动态参数标定  61-63
  4.5. 坐标系标定和系统数据转换  63-69
    4.5.1. 空间齐次坐标变换  63-65
    4.5.2. 七参数法和单位四元素法坐标变换  65-66
    4.5.3. 坐标系建立与标定  66-68
    4.5.4. 系统数据转换过程  68-69
  4.6. 本章小结  69-70
第五章 基于 2D 激光线扫描的基准检测实验研究  70-93
  5.1. 引言  70
  5.2. 实验平台的搭建  70-72
    5.2.1. 实验平台  70-71
    5.2.2. 实验设备简介  71-72
  5.3. 2D 激光位移传感器性能测试实验  72-77
    5.3.1. 2D 激光位移传感器性能测试规则  72-73
    5.3.2. 2D 激光位移传感器测试内容  73
    5.3.3. 测试实验及结果分析  73-77
  5.4. 系统标定实验  77-84
    5.4.1. 系统动态参数的确定  77-82
    5.4.2. 传感器坐标系的标定  82-83
    5.4.3. 系统数据转换关系的确定  83-84
  5.5. 检测算法验证实验  84-89
    5.5.1. 单站位基准检测算法验证  84-87
    5.5.2. 转站基准检测效果验证  87-89
    5.5.3. 综合检测结果分析  89
  5.6. 检测结果精度分析  89-92
    5.6.1. 计算机误差仿真与精度估计  89-92
    5.6.2. 综合精度分析  92
  5.7. 本章小结  92-93
第六章 总结与展望  93-95
  6.1. 全文总结  93-94
  6.2. 研究展望  94-95
参考文献  95-99
致谢  99-100
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  100

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
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