大型复杂构件移动机器人原位制造技术架构

为正确和高效地应用移动机器人技术,针对大型航天器复杂舱体制造实际工程应用提出“感知-决策-仿真-控制-执行”的综合技术架构,以揭示移动机器人的集成内涵。依据综合技术构建移动机器人应用架构,介绍移动机器人应用模式;构建大尺寸测量架构,以测量模型为核心实现多环节数据与作业过程交互;构建智能工艺架构,以“定位-找正-加工”基础工艺路线构建系统工艺;构建数据流软件架构,通过多维仿真实现虚实融合、以虚控实过程;构建混合式控制架构,搭建反馈控制层、反应式的规划-执行层、规划层三层体系结构。在大型卫星模拟件上进行试验验证,证实所提出技术架构的正确性与有效性。

大型舱体移动机器人加工工艺架构与规划方法

移动机器人加工技术为大型航天器舱体的研制提供了一种全新的技术手段。传统的基于数控机床的研制流程,缺乏一种系统性的加工工艺规划框架与方法。为此,文章以大型航天器舱体加工为例,提出了一种移动机器人系统加工过程工艺架构,基于大型舱体研制工艺总流程梳理了面向移动机器人的任务流程,并结合生产现场刀具配送等要求对机器人加工工艺要素进行全面地总结与优化。同时,面向移动机器人加工中精度控制与任务分配等现实需求,对工艺规划过程中的分级精度控制、站位规划及加工空间分区拼接等3个典型问题进行了详细的介绍并给出了具体的解决方案。最终,以某舱体模拟件为加工对象,完成面向移动机器人的加工过程工艺规划的案例验证。结果表明,基于移动机器人的加工工艺能够对大型航天器舱体的高精、高效加工提供技术指导。

可移动机器人检测铣削系统建模与仿真研究

针对航天器大型密封舱体的组合加工过程中存在的加工装调流程复杂,修配与测量反复迭代,制造周期长,且精度和质量难以保证的问题。提出了一种基于可移动机器人检测铣削系统的制造模式,通过工艺层、规划层、系统层耦合设计的方法进行系统建模,基于仿真结果评价系统模型的有效性,对于不满足要求的结果需反馈至对应层级进行再设计并进行仿真验证。并以实验舱体舱外支架组合加工为例,搭建可移动机器人检测铣削系统并进行仿真分析。结果表明,通过系统建模和仿真能够有效的避免干涉、提高效率,并能够对整个工艺过程进行优化。

移动机器人技术在航天制造业中的应用

通过介绍移动机器人在高端装备制造领域的国内外应用现状,探讨移动机器人在航天器制造领域中的应用模式,并就机器人涉及的精度补偿、实时控制、传感与感知以及自主学习等关键技术进行简要综述,为提高中国航天器智能制造提供建议。

基于双目视觉的大型高反光构件测量系统

为满足大型高反光构件的原位高效高精度测量,提出了一种基于双目视觉配合工业机器人的测量系统。该系统通过目标检测可以准确分割出视觉标志点所在的感兴趣区域,有效减少高反光表面造成的误提取,提高双目视觉测量系统的鲁棒性和测量效率。同时通过控制工业机器人末端运动,完成多位姿下对整个构件的测量,再通过多位姿间坐标转换关系将不同位姿测量的数据统一在同一坐标系下。实验结果表明:在1.2 m×1 m范围内拼接9个位姿后视觉测量精度RMS可达0.049 mm,整个测量系统能够有效完成对模拟舱体构件的高效高精度测量。

一种可移动检测机器人站位规划策略

针对大型舱体舱外有效载荷支架检测过程中机器人站位难以确定的问题,提出一种规划策略。首先,结合机器人正运动学构建检测环境的数学模型,分别从舱体轴向与径向初步划分工作区域。然后,基于遗传算法(GA)优化检测视点次序并对工作区域栅格化处理,结合工作区域内对应视点位姿信息及关节转角约束,通过机器人逆运动学求得满足约束条件站位。最后,考虑不同关节转角误差对机器人末端精度和机器人运行过程安全性的影响,对检测过程各关节角度变化方差加权处理并构造优化函数。通过算例验证了所构建的模型及方法的可行性,结果表明该策略能够得到满足检测需求的优化站位。

移动机器人定位精度实时补偿策略研究

移动机器人作为解决大型复杂构件原位加工的有效技术途径,其定位精度直接影响产品加工质量和效率。为此,基于数控系统驱动工业机器人的控制架构,提出一种定位精度实时补偿方法。通过拉丁超立方体采样实现机器人关节空间采样点选取,并通过计算采样点集偏差优化采样点集的空间均匀性;建立机器人关节空间与末端位置误差多元非线性映射模型,通过回归系数的求取实现模型结构的简化,基于采样点集完成模型预测精度评估;基于商用数控系统实现机器人工具中心点(Toolcenterpoint,TCP)度实时补偿,验证机器人工作空间内不同位姿下TCP点位置误差,通过直线插补轨迹准确度验证了补偿实时性和稳定性。试验结果表明,数控系统驱动的工业机器人定位精度综合误差的最大值由补偿前的1.635mm降低到补偿后0.334 mm,降低了79.6%,补偿前后的轨迹准确度并未发生明显变化,证明上述方法的有效性和正确性,为移动机器人的应用推广奠定基础。

面向大型卫星的可移动混联机器人加工技术

大型卫星结构件加工过程中面临多次吊装和转移风险,针对“卫星不动,工具移动”制造方法定位误差大的问题,提出一种可移动混联机器人加工大尺寸结构件的新方法。基于全向移动平台与机器人视觉引导相结合的粗-精定位策略,采用初步定位和精确定位的“两步定位法”提高移动式混联机器人加工的定位精度。构建可移动混联机器人加工系统,并在大型卫星结构件上开展铣削验证实验。实验结果表明:移动式混联机器人提高了卫星舱体功能面的加工精度,1 600 mm×800 mm范围内4个压紧点的加工平面度达到0.08 mm,共面度达到0.2 mm,距离公差为0.6 mm。混联机器人的高刚度特性为实现卫星舱体高精、高效的原位加工提供了可行性。

面向铣削任务的工业机器人刚度位姿优化

为提高机器人刚度性能,减小铣削加工误差,对搭载铣削执行器的6自由度机器人进行刚度优化.首先,运用虚功原理建立机器人刚度映射模型;其次,设计辨识实验获取关节刚度;再次,以铣削力椭圆平面的各向同性度为优化指标,运用遗传算法对机器人优化位姿进行求解;最后,对比分析机器人位姿优化前后的整体刚度,并进行机器人铣削试验验证位姿优化的有效性,铣削平面度可提升45%.该优化方法可指导串联型工业机器人对大型航天器舱体的铣削加工任务,提高加工质量.

数控驱动的移动铣削机器人精度提升方法

移动铣削机器人原位加工作业是解决大型复杂构件高效高精制造的有效途径,其定位精度是重要的技术指标,对大型复杂构件的最终制造质量意义重大。针对现有的移动机器人存在的控制器开放性不足、集成性差所导致多数据通信受限、补偿方法实现困难、NC代码功能缺失等问题,提出了一种数控驱动的移动铣削机器人精度提升方法。研究数控驱动的移动铣削机器人系统,构建总线通信架构,实现840Dsl数控驱动的移动机器人控制;提出机器人关节光栅闭环控制原理与光栅螺距补偿方法,实现移动机器人自重与外加负载的光栅补偿;提出基于几何约束与两步误差的机器人运动学参数辨识方法,解决坐标系对齐,避免角度误差被距离误差淹没;提出空间网格分割的移动机器人高精度定位方法,实现非几何误差补偿。通过试验设计、对比、验证,数控驱动的移动铣削机器人精度提升方法将定位精度从毫米级提升至0.11 mm,证明上述方法的有效性与正确性,为移动铣削机器人的广泛应用奠定基础。