[发明专利]一种飞机自动钻铆并联调姿托架的标定方法

说明书

一种飞机自动钻铆并联调姿托架的标定方法，可以用于工业并联机器人的标定。针对目标位姿，在名义结构参数下采用运动学反解求出各主动移动副理想位移量；按求出的各主动移动副理想位移量驱动主动移动副运动；运动停止后，利用激光跟踪仪测量托架上指定点坐标，拟合出托架实际位姿；将托架实际位姿与目标位姿进行比较，确定标定前托架位姿误差；采用空间矢量链方法，建立托架位姿误差与结构误差、主动移动副位移量间的误差模型，采用最小二乘法进行结构误差辨识；对托架名义结构参数进行修正，再次进行运动学反解，确定要到达目标位姿时的各主动移动副位移量。本发明方法简单，辨识精度高，有昨于提高托架的运动精度，能最大限度地满足托架调姿精度的要求。

技术领域

本发明涉及一种机械定位方法，尤其是一种复杂表面钻铆头定位的技术，具体地说是一种基于定位器的飞机自动钻铆并联调姿托架的标定方法。

背景技术

飞机部件面积大，加工困难，采用手工装配的方式效率低，且精度难以保证，极大地影响了飞机的使用寿命与安全系数。为了解决上述难题，世界各国广泛使用自动化装配技术进行飞机壁板等大型飞机部件的装配并设计了多种类型的自动化装配系统。

南京航空航天大学根据工件加工要求，设计了龙门式自动钻铆系统，配置有新型具有调整姿态和位置功能的定位器类并联调姿托架，用于飞机自动钻铆作业：龙门系统设计有x、y、z向移动自由度和绕x轴转动自由度，绕x轴转动轴运动精度低，为了保证自动钻铆系统绕x轴转动精度，托架设计有绕x轴转动自由度；龙门系统未设计绕y轴转动自由度，为了实现绕y轴调姿，托架系统设计有绕y轴转动自由度；为了实现托架绕x轴、y轴转动自由度，每个定位器设计有z向移动自由度。该并联调姿托架由四个定位器(如图2)组成：第1个定位器仅设计有z向主动移动副，第2个定位器设计有x向、z向主动移动副，第3、第4定位器设计有x、y、z三方向移动副，其中，z向为主动移动副，x、y向为随动移动副；各定位器与托架之间通过球铰副S_i连接；托架调姿系统结构见图3，X_i、Y_i、Z_i表示滑动副，i＝1,2,3,4，表示定位器编号。在托架使用过程中，存在调姿不准确的问题，为了解决该问题，需要进行标定，标定示意图见图1，O_m-X_mY_mZ_m为激光跟踪仪坐标系，O_b-X_bY_bZ_b为托架全局坐标系，O_t-X_tY_tZ_t托架局部坐标系。

很多学者在降低并联机构整机位姿误差方面进行了大量的研究，但针对由定位器类并联机构位姿误差与结构误差的相关研究较少。已有的关于定位器类并联调姿托架的相关研究，存在以下不足：1)未将全部约束方程纳入误差模型，导致所建误差模型无法识别单个主驱动的定位器主动移动副角度误差，针对本并联调姿托架而言，如果采用已有方式建模，将不能使用误差模型辨识大部分主动移动副角度误差；2)采用矩阵的转置乘以原矩阵的方式组成结构误差项系数矩阵辨识结构误差，该误差项系数矩阵为奇异矩阵，采用正则化方法消除矩阵奇异性，会导致误差项系数发生变化，降低了结构误差辨识精度。

发明内容

本发明的目的是针对现有托架调姿定位精度不高的问题，发明一种基于定位器的飞机自动钻铆并联调姿托架的标定方法。

本发明的技术方案是：

一种飞机自动钻铆并联调姿托架的标定方法，其特征是针对目标位姿，在名义结构参数下采用运动学反解求出各主动移动副理想位移量；按求出的各主动移动副理想位移量驱动主动移动副运动；运动停止后，利用激光跟踪仪测量托架上指定点坐标，拟合出托架实际位姿；将托架实际位姿与目标位姿进行比较，确定标定前托架位姿误差；采用空间矢量链方法，建立托架位姿误差与结构误差、主动移动副位移量间的误差模型，采用最小二乘法进行结构误差辨识；对托架名义结构参数进行修正，再次进行运动学反解，确定要到达目标位姿时的各主动移动副位移量。