基于阻抗模型的工业机器人磨抛柔顺控制

以型面尺寸精度与表面质量控制为目标的航空发动机叶片磨抛加工是叶片制造过程中的关键技术和难题。基于机器人磨抛执行器系统结构,文中采用基于位置的阻抗控制策略建立了磨抛执行器的柔顺控制系统,采用李雅普诺夫法分析机器人磨抛执行器的系统稳定性,实现了叶片磨抛加工过程中磨抛力的柔顺控制。实验结果表明,该方法能有效提高叶片表面磨抛加工质量。

移动机器人激光雷达测距误差自适应修正研究

为解决激光雷达测距准确率低等问题,提出移动机器人激光雷达测距误差自适应修正研究。构建机器人动力学模型,分析障碍物在雷达、机器人和全局坐标系中的位置,完成坐标变换,避免因坐标不同造成测距误差,考虑气动光学效应会降低回波强度,对测距公式求全微分、计算具体误差值,通过比例系数自适应修正误差,实现移动机器人激光雷达准确测距。实验证明,所提方法即使在复杂环境下测距的位置误差均在4 cm以内,耗时仅为1.2 s,测距准确度达到了99.0%以上,因此,该方法可以适应复杂环境的避障,为机器人路径规划提供更加可靠的依据。

一种航空发动机整体叶盘在线检测新技术

为了解决航空发动机整体叶盘的在线检测问题,提出了一种工业机器人整体叶盘在线检测系统.该系统以工业机器人为主执行器,携带具有通信功能的电子杠杆表采集检测数据.整体叶盘被装卡在外部旋转轴上,通过旋转定位实现整体叶盘各个盘叶的检测.系统工作前需要对机器人、电子杠杆表以及外部旋转轴的空间位置关系进行标定,并通过空间坐标系转换实现整体叶盘检测数据的还原.实验结果表明:该系统能够对整体叶盘的各项参数实现在线检测,整体检测精度达到±0.05mm.与传统整体叶盘检测方法相比较,在保证精度的前提下,该系统工作更为柔性高效,并且更加适合加工现场的在线检测要求.

航空发动机叶片机械手无损检测技术

航空发动机叶片具有复杂的曲面结构和变厚度的特点,常规的检测方法无法实现自动化检测。为解决叶片的自动化无损检测,由此提出一种基于工业机械手超声无损检测方法。首先根据叶片的结构特点,选择超声纵波垂直入射检测叶身和厚度,超声纵波斜入射检测进排气边和叶根等部位;其次基于叶片模型规划机械手扫查轨迹,同时以叶片试块为被测对象进行缺陷和厚度检测试验。试验结果表明,所提出的机械手超声检测方法可以识别叶片上最小直径为0.15mm的人工平底孔缺陷和宽度0.15mm人工裂纹缺陷,叶片厚度测量精度为±0.03mm,整体叶片检测周期少于20min,满足叶片检测要求。因此机械手超声无损检测技术是实现叶片自动化检测的有效技术手段。

基于灰色关联法的航发叶片机器人砂带磨削精度控制技术

钛合金航空发动机叶片表面完整性及其结构特征对于航空发动机的气流动力性影响巨大。砂带磨削加工被广泛应用于钛合金叶片的表面抛光,对于提高其表面完整性具有重要的作用,但是对于复杂曲面的加工还存在着一定的难度。工业机器人由于具有灵活性高、通用性强的优点在许多领域得到广泛应用,结合机器人灵活性好的特点以及砂带抛光能大幅度提高表面质量的优点,实现对复杂型面高效、高质量的抛光加工。目前机器人的磨抛加工中还存在加工精度不能很好控制,最终影响工件表面完整性和加工质量的问题。提出基于灰色关联法的机器人砂带磨削精度控制,对此方法进行试验研究,得到表面的粗糙度能够达到0.4μm,满足砂带磨削表面粗糙度小于0.4μm的要求,并且钛合金叶片的精度能够达到0.04mm左右。

航空发动机钛合金叶片机器人浮动砂带磨削技术及其试验研究

压气机钛合金叶片为航空发动机关键零部件,其制造质量和加工精度对整机工作性能有至关重要的影响。由于该叶片型面结构复杂,打磨工作常由人工完成,其打磨效率低,打磨质量一致性难以保证。对航空发动机钛合金叶片机器人浮动砂带磨削技术进行分析,并进行了相关试验研究。试验结果表明钛合金叶片的机器人浮动砂带磨削技术能适应钛合金叶片的打磨要求,打磨后的叶片表面粗糙度Ra在0.4μm以内,表面三维形貌一致性较好,磨削后的进排气边的形状保持一定的圆度状态。

基于Roboguide的叶片边缘机器人磨削加工方法与仿真

采用精密锻造方法制造的航发叶片具有更优异的综合力学性能,且锻造成型后叶片的叶身型面不需要二次加工,仅对其边缘进行加工处理即可达到技术要求,制造工艺更简单。目前叶片进排气边缘加工主要采用线切割机床切边后手工打磨,效率较低,产品一致性差,严重影响叶片的气动性能。采用机器人砂带磨削方式加工进排气边缘,应用截平面法和曲率差值法,计算磨削加工中的行距和步长,规划磨削加工路径,生成机器人加工轨迹,并基于Roboguide进行了虚拟仿真验证,可有效提高加工质量与效率。

航空发动机盘类转子柔性装配工装构型研究

针对航空发动机装配工艺过程、工装设计工艺过程及发动机盘类转子部件的共性,结合机器人理论,将串并联机构应用到航空发动机构型中,研究并设计一个适合不同类型不同型号航空发动机的柔性工装构型。详细介绍了其基本原理及设计关键技术,并用有限元方法进行静力学验证其可行性。对航空发动机数字化装配的实现和生产效率的提高进行了探索。

微小型空中机器人大容量数据记录仪的设计与实现

为了满足微小型空中机器人对数据记录的需要,提出一种采用PIC18LF4550微控制器和Flash存储器实现大容量、快速存储、质量轻、体积小的数据记录仪设计方案,功能单元包括Flash存储模块、接口模块、电源转换模块、模式检测等模块,设计开发了相应程序。测试和应用结果表明:该数据记录仪存储速度快,能够对输入速度为4 000 Byte/s的数据可靠存储;通过USB接口,实现数据高速输出;存储容量大,达到了1 Gbyte;功耗低,体积和质量能够满足微小型空中机器人的需求。通过模式检测模块的设计,数据记录仪能自动识别工作在数据存储模式或数据读出模式,使用方便、可靠。

面向航空发动机薄壁回转体复材构件装配的机器人调姿定位系统

航空发动机上薄壁回转体复材构件的制造装配涉及到调姿定位、制孔、铆接、涂胶等工序,而调姿定位效率和定位精度关系到产品的产能和装配质量。为了进一步提高该产品的装配质量和装配效率,研制了一种机器人调姿定位系统以替代人工装配调姿定位作业。该系统是基于RV传动的4自由度高刚性机械臂,能对薄壁回转体复材构件进行自动抓取和高精度快速调姿定位,为航空发动机薄壁回转体复材构件产品的数字化制造装配调姿定位提供了新的技术手段和工艺装备。

航空机匣机器人超硬磨料工具抛光去毛刺技术研究

机匣是航空发动机的重要部件,在机加工后机匣棱边区域会存在明显毛刺,从而严重影响二次定位及装配精度,进而影响机匣质量。针对目前工厂采用人工磨抛去毛刺方式存在的稳定性较差,过、欠抛现象频繁的问题,提出了一种利用超硬磨料弹性工具的机器人抛光自动去毛刺方法。首先,搭建机匣棱边去毛刺工艺系统,然后基于该系统实现超硬磨料工具的选择和在线编程。最后开展抛光去毛刺工艺参数优化实验,并在典型航空后机匣零件上进行验证。试验结果表明抛光后棱边倒角半径约0.1 mm,相邻区域过渡较为顺滑,加工工时约为3 min,抛光轮使用寿命稳定,从而为航空机匣自动化去毛刺提供了可行方案。

航发叶片机器人磨削颤振检测方法

针对机器人磨削航发叶片过程中末端执行器颤振检测不及时的问题,提出一种基于排列熵的磨削颤振检测方法。利用滑动窗口算法计算颤振原始信号的连续排列熵值,通过排列熵经验阈值0.95判断机器人末端是否发生颤振。其中,采用基于序数模式的排列熵算法,很大程度上提高了排列熵特征的提取效率。当信号长度为10000时,所提出算法的排列熵的计算时间减小到约0.25 s,比传统排列熵算法的计算时间减小了一个数量级。数值模拟及试验结果表明,所提出的方法可以在颤振爆发前约0.48 s检测出颤振,为采取颤振抑制措施争取了更多的反应时间。

爬壁机器人研究现状及发展趋势

爬壁机器人是指能够依附在物体的表面进行多自由度移动并完成作业的机电系统,特别适用于执行特殊任务,因而具有良好的应用前景和广泛的市场需求。根据黏附机理的不同,爬壁机器人可分为负压吸附、静电黏附、仿壁虎干黏附、仿生湿黏附等类型。从黏附机理、应用范围以及黏附特点三个方面概述了爬壁机器人领域的国内外研究现状,为统一分析比较不同种类爬壁机器人的负载性能,提出基于比黏附能密度的机器人整体黏附性能分析方法,并为解决其大负载和小体积之间的矛盾提出新的材料和结构设计思路,分析微型爬壁机器人在航空发动机故障检测领域的应用前景,总结出其在材料智能化、驱动新型化、体积小型化和黏附机理协同化等方向的发展趋势。

航空发动机叶片机器人精密砂带磨削研究现状及发展趋势

航空发动机叶片的型面精度及表面完整性对其疲劳寿命和气流动力性等影响巨大。机器人砂带磨削由于其灵活性好、易于调度、通用性强等特点成为提高叶片表面完整性的有效加工方法之一,但是工业机器人一般仅适用于粗加工,而对于半精加工以及精加工,提高机器人的定位精度是决定加工质量的关键问题。因此,对航空发动机叶片机器人砂带磨削研究现状进行归纳总结,为实现叶片精密磨削提供参考。首先,对叶片机器人砂带磨削系统的组成和结构形式进行了论述,从磨削接触廓形、材料去除规律和表面完整性等方面对砂带磨削机理进行了分析;其次,分别从基于CAD模型、数学模型和人工知识学习三方面总结了叶片机器人砂带磨削轨迹规划方法;然后,对叶片机器人砂带磨削运动控制技术研究进行了介绍,并分析了叶片机器人砂带磨削系统及集成技术;最后,对航空发动机叶片机器人砂带磨削研究现状进行了总结,在此基础上对其发展趋势进行了分析。

基于并联机器人的柔性装配工装构型精度综合

介绍了一种用于航空发动机数字化装配的柔性工装构型,根据3-UPU并联机构的几何特性建立了万向副及杆长的误差模型,采用蒙特卡洛罗法模拟分析了驱动杆杆长误差和万向副间隙对末端执行器误差的影响。在精度分析的基础上,根据末端执行器的最大位姿误差,运用基于内点罚函数的粒子群优化算法,以加工制造成本最小为目标函数进行精度综合,合理地确定零部件的制造公差。为试验样机的建立提供了参考。