● 摘要
对于飞机翼盒装配，传统的手工钻孔很难满足高效率、高精度、低成本的要求。近年来，工业机器人结合多功能末端执行器的自动钻孔系统越来越受到航空航天领域的青睐。鉴于机器人制孔作业的复杂性，采用手动在线编程的示教方式很难满足加工的要求，因此迫切的需要使用离线编程方式进行加工。本论文针对翼盒机器人柔性制孔中的轨迹规划和加工仿真方法进行了深入研究。
机器人柔性制孔轨迹规划分为钻孔路径规划和机器人位姿规划。针对钻孔路径规划，本论文提出了面向移动机器人站位的“层层逼近”路径规划方法，按照“区域—站位—工步”的思路定义制孔次序。首先根据翼盒结构件形状特点划分钻孔区域，设计机器人站位位置，每个站位划分加工工步。不同工步之间通过用户交互的方式进行钻孔路径规划，单工步内根据距离排序算法和路径类型实现钻孔路径规划。在进行机器人位姿规划时，由于翼盒钻孔区域的表面曲率变化不大，通过添加附加条件进行求解。该方法不仅能获得较好的钻孔动力性能，而且避免了复杂的数值计算。
为了解决移动机器人站位点的加工精度问题，需要修正钻孔的理论位置与实际位置之间的误差，本文设计了基于三维变换的修正算法。利用直线两端的基准孔，根据距离筛选自动识别出中间的修正区域，按基准孔的实际位置与理论位置信息对钻孔理论位置进行修正。
论文最后通过在CATIA和DELMIA平台上开发相关制孔轨迹规划和加工仿真系统，验证了轨迹规划和误差修正方法的有效性和可行性，并通过简单试切件和翼盒机器人柔性制孔加工实验对上述方法和系统进行验证。实验表明，本文提出的机器人柔性制孔轨迹规划和孔位误差修正方法，提高了翼盒钻孔的工作效率和钻孔精度，同时降低了生产成本。