随位串联三坐标定位器定位精度建模与试验

doi:10.7527/S1000-6893.2023.28469

材料工程与机械制造

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随位串联三坐标定位器定位精度建模与试验

巴晓甫¹^,², 薛红前¹(), 李西宁¹

^1.西北工业大学机电学院，西安 710072
^2.中航西安飞机工业集团股份有限公司制造工程部，西安 710089

收稿日期:2023-01-03 修回日期:2022-01-29 接受日期:2023-02-08 出版日期:2023-10-15 发布日期:2023-04-14
通讯作者: 薛红前 E-mail:xuedang@nwpu.edu.cn

Modeling and test of positioning accuracy for positioner with 3-axis randomly position connected in series

Xiaofu BA¹^,², Hongqian XUE¹(), Xining LI¹

^1.School of Mechatronic Engineering，Northwestern Polytechnical University，Xi’an 710072，China
^2.Department of Manufacturing Engineering，AVIC Xi’an Aircraft Industry Group Company Ltd. ，Xi’an 710089，China

Received:2023-01-03 Revised:2022-01-29 Accepted:2023-02-08 Online:2023-10-15 Published:2023-04-14
Contact: Hongqian XUE E-mail:xuedang@nwpu.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

飞机部件自动化装配一般通过多台三坐标定位器的并联驱动实现，针对三坐标定位器的重组效率和定位精度对飞机部件的装配效率和精度影响较大的问题，提出三坐标定位器的3个直线运动模块的随位串联模式，通过对三坐标定位器随位串联所含形位误差引起的运动学逆解误差进行分析，建立运动学逆解补偿模型。试验结果表明：随位串联三坐标定位器的实际定位精度达到了0.025~0.038 mm，满足新一代飞机部件装配对随位串联三坐标定位器的高精度要求。

关键词: 随位串联, 三坐标定位器, 定位精度, 建模, 装配

Abstract:

The automatic assembly of aircraft components is generally realized by parallel drive of multiple 3-axis positioners. However， the reconfiguration efficiency and positioning accuracy of single 3-axis positioner have great influence on the assembly efficiency and accuracy of aircraft components. Based on the analysis of the kinematical reverse solution error caused by the geometric errors from positioner with 3-axis randomly position connected in series， positioner with 3-axis randomly position connected in series is designed， and the error compensation model of the kinematical reverse solution is established. The experiment results show that the actual positioning accuracy of positioner with 3-axis randomly positioned series connection is up to 0.025-0.038 mm， which meets the high precision requirements of the new generation aircraft component assembly.

Key words: randomly positioned series connection, 3-axis positioner, positioning accuracy, modeling, assembly

中图分类号:

V262

巴晓甫, 薛红前, 李西宁. 随位串联三坐标定位器定位精度建模与试验[J]. 航空学报, 2023, 44(19): 428469-428469.

Xiaofu BA, Hongqian XUE, Xining LI. Modeling and test of positioning accuracy for positioner with 3-axis randomly position connected in series[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2023, 44(19): 428469-428469.

图/表 22

图 1

图 2

图 3

图 4

图 5

图 6

图 7

图 8

图 9

表 1

表 2

表 3

表 4

表 5

表 6

表 7

表 8

表 9

定位误差系数

定位器	输入位移参数			实际位移参数			定位误差系数
定位器	l_x /mm	l_y /mm	l_z /mm	l_x ′/mm	l_y ′/mm	l_z ′/mm	$Δ ¯ x$ /mm	$Δ ¯ y$ /mm	$Δ ¯ z$ /mm
PT1	100	105	900	99.83	104.97	899.98	-0.001 678	-0.000 273	-0.000 025
PT2	105	110	900	104.85	109.97	900.02	-0.001 421	-0.000 238	0.000 027
PT3	95	105	900	94.65	104.87	900.00	-0.003 687	-0.001 277	-0.000 005
PT4	85	110	900	84.87	110.02	899.98	-0.001 481	0.000 153	-0.000 021

表 9

表 10

表 11

表 12

表 13

参考文献 27

1	SCHWAKE K， WULFS J. Robot-based system for handling of aircraft shell parts［J］. Procedia CIRP， 2014， 23： 104-109.
2	王皓，陈根良. 机器人型装备在航空装备中的应用现状与研究展望［J］. 航空学报， 2022， 43（5）： 626128.
	WANG H， CHEN G L. Research progress and perspective of robotic equipment applied in aviation assembly［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2022， 43（5）： 626128 （in Chinese）.
3	潘国威，陈文亮，王珉，等. 应用于飞机装配的并联机构技术发展综述［J］. 航空学报， 2019， 40（1）： 522572.
	PAN G W， CHEN W L， WANG M， et al. A review of parallel kinematic mechanism technology for aircraft assembly［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2019， 40（1）： 522572 （in Chinese）.
4	巴晓甫，赵安安，张程，等. 智能快捷调姿定位系统位姿标定算法［J］. 航空制造技术， 2020， 63（6）： 57-63.
	BA X F， ZHAO A A， ZHANG C， et al. Intelligent calibration algorithm for the shortcut alignment and positioning system［J］. Aeronautical Manufacturing Technology， 2020， 63（6）： 57-63 （in Chinese）.
5	MULLER R， ESSER M， VETTE M. Reconfigurable handling system as an enabler for large components in mass customized production［J］. Journal of Intelligent Manufacturing， 2013， 24（5）： 977-990.
6	余小光. 可移动数控定位器坐标标架快速标定方法研究［D］. 杭州：浙江大学， 2016： 33-39.
	YU X G. Research on fast calibration for coordinate frame of numerical localizer［D］. Hangzhou： Zhejiang University， 2016： 33-39 （in Chinese）.
7	罗中海，孟祥磊，巴晓甫，等. 飞机大部件调姿平台力位混合控制系统设计［J］. 浙江大学学报（工学版）， 2015， 49（2）： 265-274.
	LUO Z H， MENG X L， BA X F， et al. Design on hybrid force position control of large aircraft components posture alignment platform［J］. Journal of Zhejiang University （Engineering Science）， 2015， 49（2）： 265-274 （in Chinese）.
8	唐昌杰. 采用三坐标数控定位器调姿的大型飞机安全下架问题研究［D］. 杭州：浙江大学， 2012： 15-16.
	TANG C J. Study on laree aircraft touching down safely using 3-axis positioners for attitude adjustment［D］. Hangzhou： Zhejiang University， 2012： 15-16 （in Chinese）.
9	李晨，方强，李江雄. 基于三坐标定位器的大部件调姿机构误差分析［J］. 机电工程， 2010， 27（3）： 6-12.
	LI C， FAGN Q， LI J X. Error analysis of 3-axis locator based pose adjustment mechanism［J］. Journal of Mechanical & Electrical Engineering， 2010， 27（3）： 6-12 （in Chinese）.
10	郭志敏，蒋君侠，柯映林. 一种精密三坐标POGO柱设计与精度研究［J］. 浙江大学学报（工学版）， 2009， 43（9）： 1649-1654.
	GUO Z M， JIANG J X， KE Y L. Design and accuracy for POGO stick with three-axis［J］. Journal of Zhejiang University （Engineering Science）， 2009， 43（9）： 1649-1654 （in Chinese）.
11	程涛. 飞机装配中数控定位器的设计［J］. 机械管理开发， 2017， 137（3）： 6-8.
	CHENG T. The design of NC positioner in the aircraft digital assembly［J］. Mechanical Management and Development， 2017， 137（3）： 6-8 （in Chinese）.
12	孙柯. 飞机大部件数控定位器的设计与静动态特性分析［D］. 汉中：陕西理工学院， 2015： 11-13.
	SUN K. The design on the NC locator of the large aircraft component and the analysis of its static and dynamic characteristics［D］. Hanzhong： Shaanxi University of Technology， 2015： 11-13 （in Chinese）.
13	赵剑波，高峰，岳义. 6-PPPS正交六自由度并联机构的姿态空间设计［J］. 中国机械工程， 2007， 18（17）： 2025-2028.
	ZHAO J B， GAO F， YUE Y. Orientation space design of 6-PPPS orthogonal 6-DOF parallel mechanism［J］. China Mechanical Engineering， 2007， 18（17）： 2025-2028 （in Chinese）.
14	巴晓甫，薛红前，李西宁. 飞机部件调姿定位测量点的优选与构造算法［J］. 航空学报， 2022， 43（5）： 625514.
	BA X F， XUE H Q， LI X N. Optimization and construction algorithm of measuring points for digital attitude adjusting and positioning of aircraft components［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2022， 43（5）： 625514 （in Chinese）.
15	曲巍崴，董辉跃，柯映林. 机器人辅助飞机装配制孔中位姿精度补偿技术［J］. 航空学报， 2011， 32（10）： 1951-1960.
	QU W W， DONG H Y， KE Y L. Pose accuracy compensation technology in robot-aided aircraft assembly drilling process［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2011， 32（10）： 1951-1960 （in Chinese）.
16	NI Y B， ZHANG B， GUO W X， et al. Kinematic calibration of parallel manipulator with full-circle rotation［J］. Industrial Robot， 2016， 43（3）： 296-307.
17	CHENG L， WANG Q， LI J， et al. A posture evaluation method for a large component with thermal deformation and its application in aircraft assembly［J］. Assembly Automation， 2014， 34（3）： 275-284.
18	蒋君侠，陈琪，方强，等. 三坐标定位器系统动态特性分析和实验［J］. 计算机集成制造系统， 2009， 15（5）： 1004-1009.
	JIANG J X， CHEN Q， FANG Q， et al. Analysis and experimental test on dynamic characteristic of 3-axis positioner system［J］. Computer Integrated Manufacturing Systems， 2009， 15（5）： 1004-1009 （in Chinese）.
19	马政伟，李卫东，万敏，等. 飞机侧壁部件装配调姿机构的设计与分析［J］. 北京航空航天大学学报， 2014， 40（2）： 280-284.
	MA Z W， LI W D， WAN M， et al. Design and analysis of flexible fixture for aircraft side panels［J］. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics， 2014， 40（2）： 280-284 （in Chinese）.
20	田威，程思渺，李波，等. 考虑关节回差的工业机器人精度补偿方法［J］. 航空学报， 2022， 43（5）： 625569.
	TIAN W， CHENG S M， LI B， et al. An error compensation method of an industrial robot with joint backlash［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2022， 43（5）： 625569 （in Chinese）.
21	HOU Y K， LI Y， ZHANG J， et al. A simple mechanical measurement system for the posture evaluation of wing components using the PSO and ICP algorithms［J］. Assembly Automation， 2015， 35（1）： 104-113.
22	NOBUYUKI I， TAKANORI K， KOICHI M. Simultaneous control of the motion and stiffness of redundant closed-loop link mechanisms with elastic elements［J］. Journal of Mechanical Science and Technology， 2010， 24： 285-288.
23	ANTONIO M. Dynamic modeling of a Stewart platform using the generalized momentum approach［J］. Communication in Nonlinear Science and Numerical Simulation， 2009， 14： 3389-3401.
24	BARKER L. Vector-algebra approach to extract Denavit-Hartenberg parameters of assembled robot arms： NASA TP 2912［R］. 1983.
25	KHALI W， IBRAHIM O. General solution for the dynamic modeling of parallel robots［J］. Journal of Intelligent and Robotic Systems， 2007， 49： 19-37.
26	成大先. 机械设计大典［M］. 北京：化学工业出版社， 2016： 2-223.
	CHENG D X. Handbook of mechanical design［M］. Beijing： Chemical Industry Press， 2016： 2-223 （in Chinese）.
27	JIE M， LI K. Attitude measurement of aircraft based on laser tracker system［C］∥IEEE Control & Decision Conference. 2015： 4309-4314.

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主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

定位器	位置	飞机装配坐标系RCS
定位器	位置	X/mm	Y/mm	Z/mm
PT1	“0”	31 916.61	-10 886.38	977.19
	“1”	32 006.48	-10 842.98	974.40
	“2”	31 960.81	-10 748.46	974.49
	“3”	31 960.96	-10 748.20	1 874.47
PT2	“0”	35 024.80	-17 309.65	963.73
	“1”	35 119.16	-17 263.93	963.79
	“2”	35 071.26	-17 164.93	963.75
	“3”	35 071.32	-17 164.74	1 863.77
PT3	“0”	30 525.20	-20 324.13	966.42
	“1”	30 602.75	-20 269.87	966.50
	“2”	30 542.52	-20 184.03	966.40
	“3”	30 542.38	-20 184.03	1 866.39
PT4	“0”	26 046.03	-13 944.14	965.95
	“1”	26 115.55	-13 895.44	965.99
	“2”	26 052.38	-13 805.36	965.97
	“3”	26 052.08	-13 805.58	1 865.95

定位器	球窝中心点	飞机装配坐标系RCS
定位器	球窝中心点	X/mm	Y/mm	Z/mm
PT1	QW1	31 938.97	-10 824.91	1 062.70
PT2	QW2	35 049.52	-17 239.76	1 062.73
PT3	QW3	30 541.77	-20 251.01	1 062.71
PT4	QW4	26 064.77	-13 863.91	1 062.77

定位器	球窝中心点	定位器坐标系PCS
定位器	球窝中心点	x/mm	y/mm	z/mm	备注
PT1	QW1	46.94	45.63	86.78	相对于PCS
PT2	QW2	52.75	52.11	98.98	相对于PCS
PT3	QW3	61.66	52.87	96.29	相对于PCS
PT4	QW4	61.53	54.95	96.81	相对于PCS

定位器	球窝中心点	飞机装配坐标系RCS
定位器	球窝中心点	X/mm	Y/mm	Z/mm
PT1	QW1	31 939.04	-10 824.87	1 062.70
PT2	QW2	35 049.58	-17 239.71	1 062.72
PT3	QW3	30 545.34	-20 245.50	1 062.71
PT4	QW4	26 064.85	-13 863.87	1 062.78

定位器	球窝中心点	飞机装配坐标系RCS
定位器	球窝中心点	X实际值/mm	X理论值/mm	X偏差/mm	Y实际值/mm	Y理论值/mm	Y偏差/mm	Z实际值/mm	Z理论值/mm	Z偏差/mm	总偏差/mm
PT1	QW1	31 939.04	31 938.97	0.07	-10 824.87	-10 824.91	0.05	1 062.70	1 062.70	0	0.080
PT2	QW2	35 049.58	35 049.52	0.06	-17 239.71	-17 239.76	0.04	1 062.72	1 062.73	0	0.076
PT3	QW3	30 545.34	30 541.77	3.56	-20 245.50	-20 251.01	5.51	1 062.71	1 062.71	0	6.557
PT4	QW4	26 064.85	26 064.77	0.08	-13 863.87	-13 863.91	0.05	1 062.78	1 062.77	0	0.092

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Modeling and test of positioning accuracy for positioner with 3-axis randomly position connected in series

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定位器	球窝中心点	l_x /mm	l_x ′/mm	X测量偏差/mm	l_y /mm	l_y ′/mm	Y测量偏差/mm	l_z /mm	l_z ′/mm	Z测量偏差/mm	定位误差/mm
PT1	QW1	100	99.83	0.17	105	104.97	0.03	900	899.98	0.02	0.076
PT2	QW2	105	104.85	0.15	110	109.97	0.03	900	900.02	0.02	0.080
PT3	QW3	95	94.65	0.35	105	104.87	0.13	900	900.00	0.00	6.557
PT4	QW4	85	84.87	0.13	110	110.02	0.02	900	899.98	0.02	0.090

定位器	球窝中心点	定位精度/mm
定位器	球窝中心点	未补偿	有补偿
PT1	QW1	0.080	0.030
PT2	QW2	0.076	0.025
PT3	QW3	6.557	0.038
PT4	QW4	0.092	0.026

[1]	童晟翔, 史志伟, 耿玺, 王力爽, 孙志坤, 陈其昌. 组合式仿枫树子飞行器与空中分体技术[J]. 航空学报, 2024, 45(6): 629590-629590.
[2]	张卫红, 唐长红. 航空航天装备的轻量化：挑战与未来[J]. 航空学报, 2024, 45(5): 529965-529965.
[3]	宋海浪, 张建东, 史国庆, 杨啟明, 张耀中. 航空火控系统试飞综合评估技术与方法探讨[J]. 航空学报, 2024, 45(5): 529687-529687.
[4]	国玉林, 杨丰宇, 姚剑飞, 焦世文, 张泽良. 基于多重优化的多级盘转子虚拟装配平衡方法[J]. 航空学报, 2024, 45(4): 628323-628323.
[5]	赵清风, 周洲, 李明浩, 徐德. 分布式动力翼-诱导翼面推进-气动耦合模型[J]. 航空学报, 2024, 45(10): 129252-129252.
[6]	张桂玮, 刘召庆, 朱镭, 张衡, 田玮, 李伟光, 杨智春. 地面颤振模拟试验技术研究进展[J]. 航空学报, 2024, 45(10): 29229-029229.
[7]	邓有朋, 范佳宣, 郑岩, 王振亚, 吕勇梁, 李雨霄. 不完全信息下多智能体对手建模[J]. 航空学报, 2023, 44(S2): 729782-729782.
[8]	程晓玉, 韩鹏, 贺维, 张朋, 韩晓霞, 李英梅, 曹友. 一种新的基于可解释性置信规则库的飞轮健康状态评估模型[J]. 航空学报, 2023, 44(S1): 172-184.
[9]	王宏越, 王兵, 方国东, 孟松鹤. 2.5D机织浅交弯联复合材料数字单元建模分析[J]. 航空学报, 2023, 44(9): 227478-227478.
[10]	李天梅, 司小胜, 张建勋. 多源传感监测线性退化设备数模联动的剩余寿命预测方法[J]. 航空学报, 2023, 44(8): 227190-227190.
[11]	项乐, 许开富, 陈晖, 李随波, 张凯, 刘诗鑫. 液体火箭发动机涡轮泵低温空化实验研究进展[J]. 航空学报, 2023, 44(7): 27131-027131.
[12]	杨超, 张开富. 基于PSO⁃BiLSTM神经网络的机身筒段应力预测[J]. 航空学报, 2023, 44(7): 426991-426991.
[13]	何晓煦, 雷沛, 潘登, 杨阳, 李现坤, 邓珍波. 基于PSO与WSVD的飞机部件位姿拟合方法[J]. 航空学报, 2023, 44(7): 427162-427162.
[14]	刘晓雨, 孙立国, 谭文倩, 魏金鹏, 王维军, 焦俊凯. 基于相似构型决策的舰载机驾驶员建模与评估[J]. 航空学报, 2023, 44(4): 126329-126329.
[15]	李怀璐, 王旭, 王霄, 赵彤, 张伟伟. 大迎角机动飞行的气动力建模与飞行仿真[J]. 航空学报, 2023, 44(19): 128410-128410.