[发明专利]一种基于混连式轨道制孔系统的加工点定位、法向检测和调整方法

说明书

一种基于混连式轨道制孔系统的加工点定位、法向检测和调整方法，其特征是：首先，在已知几何参数的基础上，通过目标加工点的位置和法向，一次性快速解算出各运动轴的目标位置；第二，通过法向检测算法快速检测出目标检测位置在末端坐标系下的法向；第三，通过法向调姿实现快速定位。本发明简便快捷，且算法核心公式与加工点定位算法相同，便于软件实现。

技术领域

本发明涉及一种飞机装配技术，尤其是一种飞机蒙皮表面制孔技术，具体地说是一种基于混连式轨道制孔系统的加工点定位、法向检测和调整方法

背景技术

飞机装配是飞机制造全流程中难度最大、工作量最多、工艺流程最为复杂的环节，装配质量的水平直接决定了飞机性能及使用寿命。因此，自动化装配系统的应用是一个主要发展趋势。飞机自动化装配系统的发展主要为两个方向。一种是成本较高的、适用于批量较大产品的大型专用自动化装配系统，如MPAC、VPAC等。另一种是成本较低的、适用于批量较小产品的轻型自动化装配系统，该种系统的发展方向为轻型化、柔性化、模块化，目前其典型代表有基于工业机器臂自动装配系统、柔性轨道自动化装配系统和自主移动制孔系统。其中，轨道式自动化装配系统是应用广泛的一种主流自动化装配系统。该类系统是以刚性或柔性轨道为平台，配上相应的末端执行器，完成自动化制孔等工作。典型的如:

波音公司申请的中国发明专利CN200580025525.X所公开的柔性轨道多轴工具机及方法。该柔性轨道系统通过安装于导轨底部的真空吸盘，直接吸附在飞机等值段机身曲面上开展自动制孔作业，安装于导轨上的末端执行器可在一次轨道铺设内完成自动钻孔等任务。

浙江大学设计了一种圆形轨道拼接在机身筒段环向、由三层装置组合而成的飞机机身弧形制孔装置，该设备将机身对接筒段划分为若干制孔区域，一次安装可完成整个覆盖区域内机身环形区域内的全部制孔任务。但该设备刚性轨道设备仅适合于圆形规则曲面的加工，需配合保持架和冗余配重使用，安装铺设工作占用工位时间较长。

南京航空航天大学设计了一种刚柔结合的环形轨道制孔系统，该设备通过刚性定位辅助工装上带有的刚性定位节点将环形柔性轨道定位在机身蒙皮表面上，利用齿轮齿条传动制孔平台完成制孔任务。

无论哪一种轨道制孔系统，都存在到达制孔区域之后，对目标加工点定位，然后进行法向检测，如检测发现刀具轴线未沿加工区域的法线方向则需要进行法向调整。

发明内容

本发明的目的是为刚柔结合的混连式轨道制孔系统提供一套加工点定位、法向检测和调整方法，它具有算法简单，易于控制实现的优点。

本发明的技术方案是：

一种基于混连式轨道制孔系统的加工点定位、法向检测和调整方法，其特征是：

所述的加工点定位方法是：

设：已知目标点在小车坐标系下的位置为Dc＝[xDt,yDt,zDt]^T和法向Nc＝[l,m,n]^T；压力脚距离目标点位置Lpd；

末端坐标系OeXYZ的坐标原点Oe在压力脚压力环中心贴合蒙皮的位置上，Xe平行于压力脚安装座平面，初始平行位置时和Xc平行并指向驱动机构方向，Ze轴沿底座平面法向向上，Ye形成向外的右手系；小车坐标系OcXYZ的坐标原点Oc在固定腿足部铰链中心，Xc平行于底座指向驱动机构方向，Zc轴沿底座平面法向向上，Yc形成向外的右手系，环形轨道系统的制孔小车固定腿Z1、单向补偿腿Z2、Z3、Z4、X1、Y、压力脚P共7个运动轴决定位姿；

则：从末端坐标系到小车坐标系的旋转矩阵Re^c:

其中SA、CA、SB、CB分别表示sinA,cosA,sinB,cosB；

可知：