[发明专利]一种基于6自由度工业机器人的复杂结构件精密对接方法

说明书

本发明涉及一种基于6自由度工业机器人的复杂结构件精密对接方法，应用于航天发动机大型结构件的对接过程中，是一种可根据对接部件的在线测量结果，自动完成复杂结构件精密调姿对接的方法。该方法包括以下步骤：根据测量得到的结构件工艺特征点实际空间位置拟合虚拟轴线；根据虚拟轴线计算结构件I、II的相对位姿关系；通过调姿对接控制方法实现相对位姿关系计算值与6自由度工业机器人控制变量的匹配，并控制机器人完成结构件II的调姿定位。该方法克服了对于轮廓不规则、工艺夹持点少、标准特征点少类型的复杂结构件对接效率低、对接系统柔性差、可重构性差的问题，实现了大型复杂结构件高精度、高柔性的快速对接。

技术领域

本发明应用于航天发动机复杂结构件对接过程中，是一种可根据对接部件的在线测量结果，自动完成结构件的快速精密调姿对接的方法。

背景技术

在航天航空制造业中，火箭和飞机等物体的尺寸非常大，所需的加工制造和装配空间也很大，通常其主体不是整体加工，而是需要分段制造，然后再在总装环节把各个大型复杂结构件装配连接在一起。

目前航天发动机大型结构件对接主要由操作人员使用工装、标准模板、样件、量规等工具并结合工艺补偿的方式来保证结构件间的协调对接，这种对接方式基准定位困难、调节难度大、精度低、受人为因素影响大，导致制造周期长、可靠性差。常规的对接方法很难满足其对接要求，有效可行的方法是通过自动对接技术改善和优化装配方法。近年来随着我国对航天航空等高端科技领域的投入，国内航天航空企业也越来越重视对产品装配质量和装配效率的提高，引进了一批自动化调姿对接系统，以提高复杂结构件的对接精度和装配一致性，如柔性机翼壁板装配系统、机身壁板集成单元(IPAC)、大型飞机机身调姿与对接系统、舱段类部件数字化柔性对接系统等。上述对接系统多为针对某一特定产品而开发设计的设备，形式多采用塔式定位调姿机构或并联定位调姿机构等，其对接时的自动化程度以及当产品发生变化时系统的柔性和重构性都较差，难以移植应用至航天发动机大型结构件的对接过程。

6自由度工业机器人具有大负载能力、高柔性化、高成熟度、可快速异构等优势，在自动化焊接、搬运、装配、喷涂等众多工业场合得到了大量的应用，但由于复杂结构件具有批次间差异性大、部件质量大、部件轮廓不规则、工艺夹持点少、标准特征点少等特点，难以利用常规的机器人控制手段实现复杂结构件的精密对接。

发明内容

针对上述不足，本发明根据复杂结构件对接对高精度、高可靠性装备的设计要求，以解决现有对接系统测量自动化程度低、设备柔性差、可重构性差等问题为目标，提出了一种基于工艺特征点精确测量，依托6自由度工业机器人实现结构件精密调姿定位的新方法。该方法克服了现有对接技术中对于轮廓不规则、工艺夹持点少、标准特征点少类型的结构件对接效率低、对接系统柔性差、可重构性差的问题，达到复杂结构件调姿系统快速构建、调姿控制自动精确的目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于6自由度工业机器人的复杂结构件精密对接方法，包括以下步骤：

根据测量得到的结构件I、II的工艺特征点的实际空间位置拟合虚拟轴线；

根据虚拟轴线计算结构件I、II相对位姿关系；

控制6自由度工业机器人夹持结构件II并调整其位移变量，实现结构件II和结构件I的对接调姿定位。

所述结构件I为待对接结构件，所述结构件II为6自由度工业机器人夹持的调姿结构件。

所述结构件I、II的工艺特征点的选取依据为：根据工艺特征点能够拟合出结构件I、II的竖直位姿虚拟轴线、水平位姿虚拟轴线。

所述根据工艺特征点能够拟合出结构件I、II的竖直位姿虚拟轴线、水平位姿虚拟轴线，包括：

所述结构件I、II的工艺特征点A、B、C、D、E、F、G、H的空间位置坐标的结构化表达式为：