● 摘要
随着对飞机性能要求的不断提高，传统的手工制孔方式已经无法满足新的制造要求，航空工业对于自动化制孔的需求与日俱增，机器人技术逐步被引入到了航空工业中；同时得益于在汽车行业取得的巨大成功，工业机械臂在航空工业的生产线上也得到了广泛的应用。但由于它的运动精度达不到飞机自动化装配所需要的精度等级，所以一般通过在机械臂末端安装一个末端执行器来弥补它在运动精度上的不足。作为自动化装配系统的关键部件之一，末端执行器性能的好坏直接影响了制孔的精度以及效率，深入研究末端执行器的关键技术是十分必要的。
本文将围绕航空制孔末端执行器机械结构的设计、法线测量与姿态调整算法的设计与仿真、制孔末端执行器控制系统的设计、姿态调整验证实验以及末端执行器在工装实验平台上的制孔实验等方面进行了深入的分析与探讨，其研究的主要内容如下：
（1）通过对末端执行器的功能需求分析，将末端执行器划分为姿态调整模块，法线测量模块，主轴模块，进给模块，吸屑压紧模块，限位回零模块等，详细设计各个模块的结构以完成所需功能。
（2）提出一种新型的测量法线机构，通过3个激光传感器测量到压紧头上表面的距离，从而拟合出一个空间平面，近似认为该平面的法线方向即为制孔点的法线方向；同时设计了大小偏心盘的姿态调整算法，该算法可以自动选择转动方向，并以最小的角度转动到目标位置，完成主轴的空间姿态调整；最后在Matlab中对法线测量以及姿态调整算法进行了仿真验证，验证了法线测量算法以及姿态调整算法的理论可行性。
（3）基于贝加莱的控制器搭建了制孔末端执行器的控制系统，分别对控制系统的硬件部分以及软件部分进行阐述；对控制系统的硬件部分进行了元器件的选型，以实现所需的功能；通过上位机对末端执行器的各个模块分别进行控制，以实现末端执行器完整的制孔工艺流程。
（4）为了验证末端执行器机械结构以及姿态调整算法的设计是否有效可行，配合双轴倾角传感器对末端执行器进行了主轴姿态调整实验，通过分析实验数据，验证了姿态调整算法的可行性；将末端执行器安装在工业机械臂上，在工装实验平台上进行了制孔实验，通过测量孔径大小来分析实验结果，验证了末端执行器机械结构设计的合理性。