航空制孔机器人末端垂直度智能调节方法

公茂震 袁培江 王田苗 张 睿

(北京航空航天大学 机械工程及自动化学院，北京100191)

据统计，大多数飞机机体疲劳失效事故源于结构连接部位的疲劳裂纹，而疲劳裂纹大多产生在连接孔处［1］，因此连接处孔的加工质量极大影响着飞机的安全性和使用寿命.孔的垂直度是影响孔的加工质量的主要因素之一，它不仅会使孔的直径发生改变［2］，而且在飞机的装配过程中会影响铆接质量从而导致机构连接的不稳定［3－4］.在机器人自动钻孔过程中，孔的垂直度取决于钻头的中心轴线和钻孔点处法线的重合程度，所以钻头的垂直度调节对保证钻孔的加工质量起着至关重要的作用.

钻头的垂直度调节主要由2部分组成:曲面的法线测量和钻头的姿态调整.目前，设备很难靠自身控制使钻头沿钻孔点的法线方向钻孔［5］，需要利用法线测量与末端调姿装置来调整钻头的姿态.对于曲面的法线测量，近些年来国内外已有大量的研究.向量叉积法［6］虽然计算简单，但是精度低;二次曲面拟合法［7］对二次曲面精度很高，但对一般的曲面具有一定的局限性;NURBS曲线法［8］和三角网格法［9］都要测量大量的点才能达到较高的精度，不适合实时的精确测量.本文针对以上出现的问题提出了一种基于3个激光测距传感器的非接触法线测量方法，此方法测量精度高，速度快，且不会损伤被测物体表面.对于钻头的姿态调整，大多数研究工作从调整被加工工件来相……