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

Abstract

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

CLC Number:

V262

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.

Figures/Tables 22

Fig.1

Fig.2

Fig.3

Fig.4

Fig.5

Fig.6

Fig.7

Fig. 8

Fig.9

Table 1

Table 2

Table 3

Table 4

Table 5

Table 6

Table 7

Table 8

Table 9

Positioning error coefficient

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

Table 9

Table 10

Table 11

Table 12

Table 13

References 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.

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

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

RichHTML

PDF (PC)

Knowledge

Abstract

Cite this article

share this article

Figures/Tables 22

References 27

Related Articles 15

Recommended Articles

Metrics

Comments

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]	Shengxiang TONG, Zhiwei SHI, Xi GENG, Lishuang WANG, Zhikun SUN, Qichang CHEN. Combinable samara aircraft and controlled separation technique [J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2024, 45(6): 629590-629590.
[2]	Weihong ZHANG, Changhong TANG. Lightweighting of aerospace and aeronautical equipment: Challenges and perspectives [J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2024, 45(5): 529965-529965.
[3]	Hailang SONG, Jiandong ZHANG, Guoqing SHI, Qiming YANG, Yaozhong ZHANG. Comprehensive evaluation techniques and methods for flight test of avionics fire control system [J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2024, 45(5): 529687-529687.
[4]	Yulin GUO, Fengyu YANG, Jianfei YAO, Shiwen JIAO, Zeliang ZHANG. Multiple optimization based virtual assembly balance of multi-disk rotors considering multi-speed [J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2024, 45(4): 628323-628323.
[5]	Qingfeng ZHAO, Zhou ZHOU, Minghao LI, De XU. Propulsion/aerodynamic coupling modeling for distributed-propulsion-wing with induced wing configuration [J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2024, 45(10): 129252-129252.
[6]	Guiwei ZHANG, Zhaoqing LIU, Lei ZHU, Heng ZHANG, Wei TIAN, Weiguang LI, Zhichun YANG. Research progress of ground flutter simulation test technology [J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2024, 45(10): 29229-029229.
[7]	Youpeng DENG, Jiaxuan FAN, Yan ZHENG, Zhenya WANG, Yongliang LYU, Yuxiao LI. Multiagent opponent modeling with incompleted information [J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2023, 44(S2): 729782-729782.
[8]	Xiaoyu CHENG, Peng HAN, Wei HE, Peng ZHANG, Xiaoxia HAN, Yingmei LI, You CAO. A new flywheel health status assessment model based on explicable belief rule base [J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2023, 44(S1): 172-184.
[9]	Tianmei LI, Xiaosheng SI, Jianxun ZHANG. Data-model interactive remaining useful life prediction method for multi-sensor monitored linear stochastic degrading devices [J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2023, 44(8): 227190-227190.
[10]	Chao YANG, Kaifu ZHANG. Stress prediction of fuselage tube section based on PSO⁃BiLSTM neural network [J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2023, 44(7): 426991-426991.
[11]	Xiaoxu HE, Pei LEI, Deng PAN, Yang YANG, Xiankun LI, Zhenbo DENG. Posture and position computing method for aircraft component based on PSO and WSVD [J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2023, 44(7): 427162-427162.
[12]	Le XIANG, Kaifu XU, Hui CHEN, Suibo LI, Kai ZHANG, Shixin LIU. Experimental studies on cavitating flow for liquid rocket engine cryogenic turbopump: Review [J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2023, 44(7): 27131-027131.
[13]	Xiaoyu LIU, Liguo SUN, Wenqian TAN, Jinpeng WEI, Weijun WANG, Junkai JIAO. Modeling and evaluation of carrier aircraft pilots based on similar configuration decisions [J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2023, 44(4): 126329-126329.
[14]	Honglun WANG, Yanxiang WANG, Yiheng LIU. Recovery trajectory optimization for UAV towed aerial recovery based on trajectory mapping [J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2023, 44(20): 628775-628775.
[15]	Huailu LI, Xu WANG, Xiao WANG, Tong ZHAO, Weiwei ZHANG. Aerodynamic modeling and flight simulation of maneuver flight at high angle of attack [J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2023, 44(19): 128410-128410.