基于三个定位器的飞机部件位姿调整系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于三个定位器的飞机部件位姿调整系统及方法。位姿调整系统包括三个三坐标定位器、球形工艺接头、待调整飞机部件，三坐标定位器包括底板，及从下而上依次设有的Ｘ向运动机构、Ｙ向运动机构、Ｚ向运动机构。位姿调整方法的步骤为：１）建立全局坐标系ＯＸＹＺ，计算出待调整飞机部件的当前位姿与目标位姿；２）规划出待调整飞机部件从当前位姿到目标位姿的路径；３）根据该路径生成定位器的各向运动机构的轨迹；４）根据定位器各向运动机构的轨迹，三个定位器协调运动，实现位姿调整。本发明专利技术的优点在于：１）可以实现对待调整飞机部件的支撑；２）可以实现待调整飞机部件位置和姿态的自动调整；３）可以实现待调整飞机部件位置和姿态的点动调整。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。
技术介绍
在航空航天制造领域，为实现部件的对接装配，需要对飞机机身等大型刚 体部件的位姿进行调整。飞机机身部件是一种独特的操作对象，其体积、质量 大，位姿调整精度要求高，且不允许调整工装对机身表面或内部构件造成损伤。 目前广泛应用的串联机器人主要适用于体积和质量较小，系统刚度要求不高的 场合。常用的并联机构，只是应用于模拟飞行器仿真或并联机床制造领域，其 动平台的体积、质量无法与机身部件相比，系统刚度及定位精度都不能满足飞 机机身部件的调整要求。在传统的基于型架的飞机装配过程中， 一般采用多个千斤顶托起机身，人 工辅助定位的方式实现部件的位姿调整。这种方式存在着调整精度低、装配应 力大等问题。调姿工装是实现飞机数字化装配的关键设备，也是将控制指令转 化为实际运动的执行机构。国外数字化装配技术的一个主要特征就是在飞机的 总装阶段越来越多地使用自动化调姿工装，基于工业现场总线，构建多轴同步 运动控制网络，实现多机械装置的协调运动，准确平稳地实现大部件位姿调整 和对接。因此，为保证部件应力变形小、工装调整方便、调整精度高，针对具有扁平或近似椭圆型的飞机前段机身、尾段机身、机翼、垂尾等部件，文献"Join Cell for the G150 Aircraft" (Samuel O. Smith, Dr. Peter B. Zieve and Michael Gurievsky, 2006 SAE International, 2006.1.31)在Gulfstream G150型飞机装配中，给出了一种采用多个可移动千斤顶支撑机身段，实现飞机机身部件的位姿调整 和对接。每段机身采用4一6个可移动千斤顶进行支撑，通过自动化控制，实现 机身段位姿调整和对接。德国宝捷公司、西班牙SERRA公司和M.Torris公司等 飞机数字化装配设备制造商，也分别提出了各种三坐标支撑机构，用于实现飞 机大部件的位姿调整和对接装配。文献"船体分段找正对接系统——一个多机器 人协调操作系统的实现"(景奉水，谭民，候增广，王云宽.自动化学 报,2002,28(5):708-714)提出采用多台三自由度机器人协调动作，实现船体分段 位姿找正和对接。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种。基于三个定位器的飞机部件位姿调整系统包括个三坐标定位器、球形工艺 接头、待调整待调整飞机部件，由三个三坐标定位器通过球形工艺接头支撑待 调整待调整飞机部件，三坐标定位器包括底板、X向运动机构、Y向运动机构、Z向运动机构，在底板上从下而上依次设有X向运动机构、Y向运动机构、Z 向运动机构，在Z向运动机构上端设有与球形工艺接头相配合的圆锥面腔。所述的待调整飞机部件为框梁结构，球形工艺接头安装在待调整飞机部件 的框梁上，待调整飞机部件的重心位于三个定位器组成的三角形内。基于三个定位器的飞机部件位姿调整方法包括以下步骤1) 将待调整飞机部件通过球形工艺接头放置在三个三坐标定位器上，2) 建立全局坐标系OXYZ，并在待调整飞机部件上固结一个局部坐标系 O'X'Y'Z'，采用局部坐标系原点O'在全局坐标系OXYZ下的坐标表达待调整飞 机部件的位置，采用翻转、俯仰、侧倾表达待调整飞机部件的姿态；3) 在全局坐标系下计算出待调整飞机部件的当前位姿与目标位姿；4) 规划出待调整飞机部件从当前位姿到目标位姿的路径；5) 根据该路径生成定位器的各向运动机构的轨迹；6) 根据定位器各向运动机构的轨迹，三个定位器协调运动，实现位姿调整。 所述的在全局坐标系下计算出待调整飞机部件的当前位姿与目标位姿步骤1) 当前或目标位姿下，以待调整飞机部件局部坐标系原点O'在全局坐标系 OXYZ下的坐标，表达待调整飞机部件的当前或目标位置P= T;2) 令待调整飞机部件局部坐标系的三个坐标轴从与全局坐标系各坐标轴重 合的状态开始，依次绕全局坐标系X、 Y、 Z轴旋转"、6、 c弧度到达当前或目 标姿态，并以该角度序列表达待调整飞机部件的当前或目标姿态及RPY=T3) 综合当前或目标位置、当前或目标姿态，写出待调整飞机部件的当前位 姿或目标位姿L = T。所述的规划出待调整飞机部件从当前位姿到目标位姿的路径步骤将路径处理为一次平移和一次旋转，从当前位姿到达目标位姿。所述的根据该路径生成定位器的各向运动机构的轨迹步骤1)对于待调整飞机部件的平移路径，采用基于时间的3 5次多项式法规划位置调整量，以使定位器的各向运动机构获得较好的动力学特性；2)对于待调整飞机部件的旋转路径，采用基于时间的3 5次多项式法规划角度调整量，以使定位器的各向运动机构获得较好的动力学特性。本专利技术的优点在于1)可以实现对待调整飞机部件的支撑；2)可以实现 待调整飞机部件位置和姿态的自动调整；3)可以实现待调整飞机部件位置和姿 态的点动调整。 附图说明附图是基于三个定位器的飞机部件位姿调整系统的结构示意图中底板l、 X向运动机构2、 Y向运动机构3、 Z向运动机构4、球形工艺接头5、联结点6、待调整飞机部件7。具体实施例方式如附图所示，基于三个定位器的飞机部件位姿调整系统包括三个三坐标定 位器、球形工艺接头5、待调整飞机部件7，由三个三坐标定位器通过球形工艺 接头5支撑待调整飞机部件7，三坐标定位器包括底板1、 X向运动机构2、 Y 向运动机构3、 Z向运动机构4，在底板1上从下而上依次设有X向运动机构2、 Y向运动机构3、 Z向运动机构4，在Z向运动机构4上端设有与球形工艺接头 5相配合的圆锥面腔。所述的待调整飞机部件7为框梁结构，球形工艺接头5安装在待调整飞机 部件7的框梁上，待调整飞机部件7的重心位于三个定位器组成的三角形内。基于三个定位器的飞机部件位姿调整方法包括以下步骤1) 将待调整飞机部件7通过球形工艺接头5放置在3个三坐标定位器上，2) 建立全局坐标系OXYZ，并在待调整飞机部件7上固结一个局部坐标系 O'X'Y'Z'，采用局部坐标系原点O'在全局坐标系OXYZ下的坐标表达待调整飞 机部件7的位置，釆用翻转、俯仰、侧倾表达待调整飞机部件7的姿态；3) 在全局坐标系下计算出待调整飞机部件7的当前位姿与目标位姿；4) 规划出待调整飞机部件7从当前位姿到目标位姿的路径；5) 根据该路径生成定位器的各向运动机构的轨迹；6) 根据定位器各向运动机构的轨迹，三个定位器协调运动，实现位姿调整。 所述的在全局坐标系下计算出待调整飞机部件7的当前位姿与目标位姿步骤1) 当前或目标位姿下，以待调整飞机部件7局部坐标系原点0'在全局坐标 系OXYZ下的坐标，表达待调整飞机部件7的当前或目标位置[A，2) 令待调整飞机部件7局部坐标系的三个坐标轴从与全局坐标系各坐标轴重合的状态开始，依次绕全局坐标系X、 Y、 Z轴旋转"、6、 c弧度到达当前或 目标姿态，并以该角度序列表达待调整飞机部件7的当前或目标姿态及户1^[", 6，3)综合当前或目标位置、当前或目标姿态，写出待调整飞机部件7的当前 位姿或目标位姿1 = [A, ^， A， ", 6, cf 。所述的规划出待调整飞机部件7从当前位姿到目标位姿的路径步骤将路径处理为一次平移和一次旋转，从当前位姿到达目标位姿 设待调整飞机部件7的当前本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于三个定位器的飞机部件位姿调整系统，其特征在于包括三个三坐标定位器、球形工艺接头（５）、待调整飞机部件（７），由３个三坐标定位器通过球形工艺接头（７）支撑待调整飞机部件（７），三坐标定位器包括底板（１）、Ｘ向运动机构（２）、Ｙ向运动机构（３）、Ｚ向运动机构（４），在底板（１）上从下而上依次设有Ｘ向运动机构（２）、Ｙ向运动机构（３）、Ｚ向运动机构（４），在Ｚ向运动机构（４）上端设有与球形工艺接头（５）相配合的圆锥面腔。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：柯映林，杨卫东，李江雄，余进海，方强，毕运波，蒋君侠，俞慈君，秦龙刚，贾叔仕，郭志敏，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]