[发明专利]基于四个定位器的飞机部件位姿调整协同控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于四个定位器的飞机部件位姿调整协同控制方法。

背景技术

在航空航天制造领域，为实现大部件的对接装配，需要对飞机机身等大型刚体部件的位姿进行调整。传统的基于千斤顶和装配型架的调整方式，将飞机部件上的特征点视作空间的离散点，而不是刚体上相互距离保持不变的点。采用千斤顶调整部件位姿的核心思想是使得这些特征点尽量向装配型架逼近，并且，在采用多个千斤顶进行调整时，不考虑相互之间的距离协调问题。这种基于模拟量协调的调整方法过程简单，但是对飞机部件有拉扯或挤压现象，极易引起装配应力；每个部件与一个装配型架对应，缺乏柔性；每次调整的结果带有随机性，装配质量取决于工人的经验，可靠性和精度较低。

调姿工装是实现飞机数字化装配的关键设备，也是将控制指令转化为实际运动的执行机构。国外数字化装配技术的一个主要特征就是在飞机的总装阶段越来越多地使用自动化调姿工装，基于工业现场总线，构建多轴同步运动控制网络，实现多机械装置的协调运动，准确平稳地实现大部件位姿调整和对接。采用计算机控制的自动化千斤顶、激光跟踪定位系统等组成的柔性对接平台在波音、雷神等飞机公司得到了推广应用(郭恩明.国外飞机柔性装配技术.航空制造技术，2005，(9)：28-32)。与传统的对接平台相比，自动化装配系统的应用使装配质量大幅度提高，效率高，通用型强，能适应不同尺寸的机身结构(刘善国.先进飞机装配技术及其发展.航空制造技术，2006，(10)：38-41)。

大型飞机部件的位姿调整路径规划一般都基于逆运动学原理，首先将飞机部件视为刚体，根据刚体的初始、目标位姿，规划刚体的位姿路径，再分解到调姿工装的各支链上，得到支链轨迹。根据此方法规划的支链轨迹可能是任意形状的空间曲线，这给控制系统的位置跟踪带来了难度，因为商用的多轴协调控制系统如西门子ProfiNet、丹纳赫SynqNet一般只能支持诸如空间直线、平面圆弧等曲线形式，因此，为保证轨迹表达式的通用性，需要将具有任意形状的支链轨迹进行后续处理，生成控制系统可以执行的位置指令。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术不足，提供一种基于四个定位器的飞机部件位姿调整协同控制方法。

基于四个定位器的飞机部件位姿调整协同控制方法包括如下步骤：

1)建立全局坐标系OXYZ，并在飞机部件上固结一个局部坐标系O′X′Y′Z′，采用局部坐标系原点O′在全局坐标系OXYZ下的坐标表达飞机部件的位置，采用“翻转、俯仰、侧倾”表达飞机部件的姿态；

2)在全局坐标系下计算出飞机部件的当前位姿与目标位姿；

3)将飞机部件的自动调整路径处理为一次平移和一次旋转，从当前位姿到达目标位姿；

4)根据位姿的相对调整量生成飞机部件的点动调整路径；

5)根据自动调整路径与点动调整路径规划出定位器与飞机部件的球铰联结点的轨迹；

6)每个定位器有X、Y、Z三个方向运动的电机轴，共四个定位器，所以将球铰联结点的轨迹转化为12电机轴同步控制网络的驱动参数；

7)基于SynqNet总线构建12电机轴同步控制网络，单根电机轴的位置伺服采用带旋转变压器的伺服电机+直线光栅尺反馈构成全闭环数字控制；

8)选择一个定位器作为从动定位器，选择距离该从动定位器最近的定位器作为主动定位器，配置两者的关系为主从运动模式。

所述的在全局坐标系下计算出飞机部件的当前位姿与目标位姿步骤：

1)计算出当前或目标位姿下，飞机部件局部坐标系原点O′在全局坐标系OXYZ下的坐标，表达飞机部件的当前或目标位置P＝[P_x，P_y，P_z]^T；

2)令飞机部件局部坐标系的3个坐标轴从与全局坐标系各坐标轴重合的状态开始，依次绕全局坐标系X、Y、Z轴旋转a、b、c弧度到达当前或目标姿态，并以该角度序列表达飞机部件的当前或目标姿态RPY＝[a，b，c]^T；

3)综合当前或目标位置、当前或目标姿态，写出飞机部件的当前位姿或目标位姿L＝[P_x，P_y，P_z，a，b，c]^T。

所述的根据位姿的相对调整量生成飞机部件的点动调整路径步骤：是采用如下8种方法实现：

1)飞机部件沿全局坐标系X轴平移，相对调整量为P_x；

2)飞机部件沿全局坐标系Y轴平移，相对调整量为P_y；