面向曲面類零件的機(jī)器人自動(dòng)裝配方法

北京航空航天大學(xué) 陳 翔 黃 龍 楊 洋

在航空航天等領(lǐng)域，所設(shè)計(jì)的大多數(shù)零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，具有曲面特征，如飛行器翼身表面蒙皮、航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、汽車覆蓋件精密模具等[1]。由于零件表面復(fù)雜的曲面難以用數(shù)學(xué)表達(dá)式精確表示[2]，因此，相關(guān)零件在裝配過程中的定位難度大，裝配精度難以保證。

近些年，國(guó)外航空制造業(yè)已經(jīng)發(fā)展了很多先進(jìn)裝配技術(shù)，例如機(jī)器人裝配技術(shù)、柔性裝配技術(shù)等。其特點(diǎn)是基于數(shù)字化的技術(shù)手段，縮短裝配時(shí)間，提高裝配效率和精確度。例如機(jī)器人裝配技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人及其自動(dòng)化生產(chǎn)線己成為高端裝備的重要組成部分及未來發(fā)展趨勢(shì)[3]。同時(shí)，柔性裝配技術(shù)同樣發(fā)展迅速，典型的有行列式柔性裝配工裝、多點(diǎn)陣成形真空吸附式柔性工裝等系統(tǒng)[4]。

國(guó)內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的裝配技術(shù)與國(guó)外還有一定差距，裝配型架這種傳統(tǒng)的裝配手段依舊被廣泛應(yīng)用[5]，型架裝配方式要求裝配過程中大量采用具有定位夾緊功能的設(shè)備，有著制造精度極低、周期時(shí)間較長(zhǎng)、工作效率被嚴(yán)重制約的缺點(diǎn)。

因此，對(duì)于零件種類有限，非大批量裝配的裝配過程，采用傳統(tǒng)型架裝配方式效率低；而面對(duì)需要精確裝配的曲面零件，采用柔性裝配技術(shù)，其定位難度大的問題就會(huì)顯現(xiàn)出來。因此，有必要開發(fā)一種針對(duì)非大批量生產(chǎn)的曲面類零件的裝配技術(shù)。

針對(duì)航空航天領(lǐng)域中常見的裝配要求高、小批量的曲面類零件，提出一種采用工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行裝配的方法；根據(jù)裝卡定位原理，對(duì)具有上述特點(diǎn)的曲面零件提出一種可行的裝卡定位方式；同時(shí)，借助激光跟蹤儀的測(cè)量定位，對(duì)曲面類零件的裝配任務(wù)進(jìn)行路徑規(guī)劃，并提出裝配誤差補(bǔ)償策略。最后通過機(jī)器人裝配試驗(yàn)對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，確保裝配方法的有效性和可行性。

1 機(jī)器人裝配系統(tǒng)設(shè)計(jì)

針對(duì)航空領(lǐng)域中常見的曲面類零件，研制一種基于工業(yè)機(jī)器人的曲面零件裝配系統(tǒng)，該系統(tǒng)可針對(duì)不同曲面類零件進(jìn)行精確拾取，同時(shí)實(shí)現(xiàn)曲面零件的精確裝配。

1.1 自動(dòng)裝配系統(tǒng)組成及裝配過程

根據(jù)曲面零件裝配精度較高的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種自動(dòng)化機(jī)器人裝配系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)、激光跟蹤儀系統(tǒng)、上位機(jī)、曲面零件及其適配器，裝配目標(biāo)及其支架，本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

圖1 裝配系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure of the assembly system

其中，機(jī)器人系統(tǒng)作為裝配系統(tǒng)的核心，主要完成對(duì)曲面零件的拾取，沿指定路徑運(yùn)動(dòng)，以及裝配零件的過程。數(shù)據(jù)采集及定位系統(tǒng)則選取激光跟蹤儀作為測(cè)量設(shè)備，準(zhǔn)確定位各坐標(biāo)系關(guān)系，測(cè)量裝配初始位置及目標(biāo)位置，采集補(bǔ)償過程的位姿信息。

該裝配系統(tǒng)的裝配過程為：使用激光跟蹤儀測(cè)量并定位機(jī)器人系統(tǒng)、曲面零件的初始位置及目標(biāo)位置，其中初始位置位于適配器，終止位置位于裝配目標(biāo)；上位機(jī)讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行路徑規(guī)劃；機(jī)器人系統(tǒng)準(zhǔn)確抓取曲面零件，并按規(guī)劃路徑將曲面零件準(zhǔn)確裝配至目標(biāo)位置；在抓取及裝配零件前，激光跟蹤儀對(duì)機(jī)器人姿態(tài)進(jìn)行位姿補(bǔ)償；機(jī)器人裝配完畢，按規(guī)定返回初始位置。

1.2 機(jī)器人系統(tǒng)

為實(shí)現(xiàn)裝配過程精確化和自動(dòng)化，采用串聯(lián)式工業(yè)機(jī)器人完成對(duì)曲面零件的裝配任務(wù)。 機(jī)器人系統(tǒng)的控制器一般采用笛卡兒坐標(biāo)系參數(shù)來表示末端{(lán)Flange}相對(duì)于基坐標(biāo){Base}的位姿狀態(tài)，通過X、Y和Z的坐標(biāo)確定末端法蘭的位置；通過角度γ、β和α確定法蘭姿態(tài)，其中角度 γ、β和α分別為繞坐標(biāo)軸Z、Y和X的轉(zhuǎn)角。因此，機(jī)器人末端位姿即可通過六自由度參數(shù)（X、Y、Z、γ、β、α）來確定。

在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換過程中，描述剛體在空間的位姿是通過固連其上的剛體坐標(biāo)系相對(duì)于參考坐標(biāo)系的位姿來描述的，即采用齊次變換矩陣來描述，因此需將描述機(jī)器人末端位姿的六自由度參數(shù)與描述空間位姿的齊次矩陣關(guān)聯(lián)起來[6]，其關(guān)系如下：

1.3 數(shù)據(jù)采集及定位系統(tǒng)

機(jī)器人裝配系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集及定位設(shè)備采用激光跟蹤儀測(cè)量系統(tǒng)。其中，靶球是最為常用的測(cè)量工具，跟蹤儀可以對(duì)其進(jìn)行單點(diǎn)測(cè)量；由于裝配過程涉及多種坐標(biāo)系，因此需通過測(cè)量靶球數(shù)據(jù)確定各坐標(biāo)系位姿。

激光跟蹤儀確定坐標(biāo)系原理是：首先測(cè)量某坐標(biāo)系下3個(gè)靶球位置（不位于同一直線），分別為P1、P2、P3；以P2為坐標(biāo)系原點(diǎn)，向量為該坐標(biāo)系+X方向(nx，ny，nz)，向量與向量叉乘作為坐標(biāo)系 +Z 方向(ax，ay，az)，坐標(biāo)系+Z方向與+X方向叉乘作為+Y方向向量(ox，oy，oz)T。因此某坐標(biāo)系位姿矩陣表示為：

2 曲面類零件的夾持方法

該裝配方法針對(duì)航空航天領(lǐng)域中裝配要求精度高、變形量較小，小批量的曲面類零件，因此為實(shí)現(xiàn)曲面零件定位以及確定零件初始位置，需設(shè)計(jì)一種專用適配器；同時(shí)為有效抓取零件，需設(shè)計(jì)適應(yīng)不同零件的末端器。

2.1 裝卡定位原理與適配器設(shè)計(jì)

由于曲面零件形狀復(fù)雜，其定位難度較高，采用常用定位方式不能有效定位，因此根據(jù)裝卡定位原理設(shè)計(jì)一種專用的適配器。

在零件的定位過程中，通常用一個(gè)支承點(diǎn)約束工件的一個(gè)自由度，用合理設(shè)置的6個(gè)支承點(diǎn)約束工件的6個(gè)自由度，這就是6點(diǎn)定位原理[7]。由于裝配要求曲面類零件需保持平滑的曲面構(gòu)型，因此采用接觸夾緊的方式定位曲面零件更為有效；同時(shí)，曲面零件形心位置差別大，且形狀復(fù)雜，采用過定位約束類型能夠更有效地夾緊零件。綜上，曲面零件定位方式為零件底面由4個(gè)定位點(diǎn)限定曲面Z方向位移與沿X、Y方向的轉(zhuǎn)動(dòng)；4個(gè)側(cè)面分別由2個(gè)接觸點(diǎn)限制其X、Y方向移動(dòng)和沿Z方向轉(zhuǎn)動(dòng)。

根據(jù)定位原理，對(duì)曲面零件適配器進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，如圖2所示，適配器由底板、立柱、側(cè)面定位柱以及底面定位柱組成；其中用于定位底面的立柱可上下微調(diào)；側(cè)面立柱與零件剛性接觸；適配器上設(shè)計(jì)有靶標(biāo)孔，用于激光跟蹤儀定位其坐標(biāo)系。

圖2 適配器結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure of the adapter

2.2 末端器設(shè)計(jì)

末端器作用為拾取和裝配曲面類零件，由于零件與夾具剛性接觸，因此末端器應(yīng)有一定柔性，以適應(yīng)不同曲面的零件。綜上，末端器結(jié)構(gòu)如圖3所示，采用吸盤結(jié)構(gòu)，吸盤數(shù)量為4個(gè)，以矩形形狀布置；并保證各零件形心與矩形布置的吸盤形心重合。吸盤連接力傳感器，通過檢測(cè)受力大小判斷末端器是否與零件充分接觸。供氣閥通過控制吸盤吸氣與放氣，從而實(shí)現(xiàn)吸取與裝配零件。末端靶球用來定位末端器位置。

圖3 末端器結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Structure of the end effector

3 裝配路徑規(guī)劃

裝配過程的路徑規(guī)劃任務(wù)是給定零件初始位置以及裝配目標(biāo)位置，在工作空間內(nèi)尋找一條從起始位置到目標(biāo)位置的無碰撞路徑。路徑規(guī)劃任務(wù)主要分為獲取坐標(biāo)系信息、計(jì)算初始以及目標(biāo)位置位姿信息、計(jì)算中間結(jié)點(diǎn)、誤差補(bǔ)償過程。其中，初始及終止位姿信息以及中間結(jié)點(diǎn)位姿矩陣均為機(jī)器人末端法蘭在基坐標(biāo)系下的位姿矩陣。

3.1 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換以及始末位姿計(jì)算

圖4 裝配系統(tǒng)坐標(biāo)系的設(shè)置Fig.4 Settings of coordinate systems of the assembly system

在裝配過程中，需設(shè)定裝配系統(tǒng)各部分坐標(biāo)系及位姿狀態(tài)，如圖4所示，{Base}表示機(jī)器人基坐標(biāo)系，由機(jī)器人內(nèi)部給定；{Ground}為地面坐標(biāo)系，由地面靶球確定，用于激光跟蹤儀定位基坐標(biāo)；{Flange}為機(jī)器人末端法蘭坐標(biāo)系，位姿由機(jī)器人內(nèi)部定義；{Terminal}為末端器坐標(biāo)系，由末端器上靶球位置確定；{Fixture}為適配器坐標(biāo)系，用于定位曲面零件初始位置；{Target}為目標(biāo)位置坐標(biāo)系，用于定位曲面零件裝配位置；{Laser}為激光跟蹤儀坐標(biāo)系。

在實(shí)際裝配過程中，由激光跟蹤儀系統(tǒng)[8]測(cè)量地面坐標(biāo)系、夾具坐標(biāo)系、目標(biāo)位置坐標(biāo)系中各靶球，根據(jù)3點(diǎn)確定坐標(biāo)系原理得到上述坐標(biāo)系相對(duì)于激光跟蹤儀坐標(biāo)系的位姿矩陣，即為同時(shí)，地面相對(duì)基坐標(biāo)、末端相對(duì)法蘭盤位姿矩陣、以及抓取點(diǎn)末端器相對(duì)夾具位姿矩陣和裝配點(diǎn)末端器相對(duì)于目標(biāo)坐標(biāo)系均由測(cè)量或在設(shè)計(jì)過程得到；因此根據(jù)矩陣變換原理得到末端法蘭初始抓取及終止裝配位置在基坐標(biāo)系下的位姿矩陣。

其中

通過上述計(jì)算得到初始以及目標(biāo)位置位姿信息。

3.2 中間結(jié)點(diǎn)計(jì)算過程

中間節(jié)點(diǎn)的計(jì)算過程即通過初始以及目標(biāo)位置的位姿信息計(jì)算出路徑結(jié)點(diǎn)；定義系統(tǒng)在裝配過程中各結(jié)點(diǎn)意義，P1為初始點(diǎn)，P2為抓取過渡點(diǎn)， P3為抓取接近點(diǎn)，P4為抓取位置點(diǎn)，P5為抓取抬起點(diǎn)， P6為裝配過渡點(diǎn)，P7為裝配接近點(diǎn)，P8為目標(biāo)位置點(diǎn)， P9為裝配抬起點(diǎn)。

將路徑中各結(jié)點(diǎn)設(shè)為

路徑中其他結(jié)點(diǎn)均由P1、P4和P8計(jì)算得到，其中初始點(diǎn)P1給定，末端法蘭初始位置即為P4點(diǎn)位姿，末端法蘭終止位置即為P8點(diǎn)位姿，即

為防止裝配過程末端器與夾具或裝配目標(biāo)干涉，抓取接近點(diǎn)P3、抓取抬起點(diǎn)P5、裝配接近點(diǎn)P7以及裝配抬起點(diǎn)P9均沿曲面零件或目標(biāo)位置法向抬起相應(yīng)距離，其中P3、P5分別位于P4的Z軸負(fù)方向H3、H5處，姿態(tài)與P4相同；P9在P8的Z軸負(fù)方向H9處，姿態(tài)與P8相同；裝配方向隨裝配要求不同而變化，因此P7在P8的X、Y、Z軸3個(gè)方向均有分量，設(shè)分量為X7、Y7、Z7，因此得到上述4點(diǎn)表達(dá)式：

圖5 路徑結(jié)點(diǎn)示意圖Fig.5 Schematic diagram of nodes on the path

其中，Z＞0 且 i=7 ， j=8。

為保證曲面零件在裝配過程中不與障礙物發(fā)生碰撞，且路徑平滑過渡，需在抓取接近點(diǎn)P3與裝配接近點(diǎn)P7前設(shè)定抓取過渡點(diǎn)P2與裝配過渡點(diǎn)P6，過渡點(diǎn)可能有多個(gè)，設(shè)抓取過渡點(diǎn)與裝配過渡點(diǎn)分別有k1、k2個(gè)，用表示。

以抓取過程為例，P1到P3的旋轉(zhuǎn)矩陣的變化可以由繞某一轉(zhuǎn)軸K1轉(zhuǎn)動(dòng)某一固定角度θ1來表示。為保證過渡點(diǎn)P2平滑過渡，每一過渡點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)矩陣以上一點(diǎn)為起始姿態(tài)，繞轉(zhuǎn)軸K1轉(zhuǎn)動(dòng)θ1/(k1+1)。同時(shí)，設(shè)定抓取過渡點(diǎn)旋轉(zhuǎn)矩陣的轉(zhuǎn)角閥值θΔ，k1滿足 θ' =θ1/(k1+1)＜θΔ（k1取整）。

設(shè)P1相對(duì)于P3的旋轉(zhuǎn)矩陣為

因此，上述矩陣的等效轉(zhuǎn)軸K1的分量k1x，k1y，k1z與轉(zhuǎn)角θ1可由以下公式得到

過渡點(diǎn)(i=1,2,...,k1)的旋轉(zhuǎn)矩陣為

其中，sθ=sinθ， cθ=cosθ，versθ=(1?cosθ)。

設(shè)坐標(biāo)系{Flange}從P1～P3的過程中機(jī)器人腰關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)角度為 α(0°＜α＜90°)，則

過渡點(diǎn)Pi2平移向量中的X坐標(biāo)與Y坐標(biāo)由轉(zhuǎn)動(dòng)角度α確定，求取方法為以P1為起始點(diǎn)，繞{Base}的Z轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)α'；Z坐標(biāo)由P1與P3的平移向量Z坐標(biāo)所確定，且沿P1～P3的Z坐標(biāo)均勻過渡。由此可得：

綜上，求得抓取過渡點(diǎn)P2i的相關(guān)參數(shù)。同理，裝配過渡點(diǎn)P6i可通過上述計(jì)算方式得到。

3.3 基于激光跟蹤儀的位姿補(bǔ)償

由于機(jī)器人系統(tǒng)誤差以及坐標(biāo)系測(cè)量誤差，導(dǎo)致機(jī)器人沿路徑點(diǎn)移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生偏差，因此需要在抓取接近點(diǎn)P3與裝配接近點(diǎn)P7位置進(jìn)行位姿補(bǔ)償。

補(bǔ)償原理為：經(jīng)計(jì)算得到的路徑點(diǎn)理論位姿（P3或 P）為，機(jī)器人移動(dòng)至該點(diǎn)，由于機(jī)器人的系統(tǒng)7誤差，移動(dòng)后的機(jī)器人位姿并未與理論位姿重合，經(jīng)激光儀測(cè)量得到該點(diǎn)為實(shí)際路徑點(diǎn)，但此時(shí)機(jī)器人內(nèi)部讀數(shù)顯示該點(diǎn)位姿為（與理論數(shù)據(jù)一致）；理論點(diǎn)與實(shí)際點(diǎn)偏差為，因此機(jī)器人移動(dòng)至理論點(diǎn)的變換矩陣為；當(dāng)機(jī)器人按上述矩陣移動(dòng)后，激光儀再次測(cè)量新的實(shí)際點(diǎn)，判斷實(shí)際點(diǎn)與理論點(diǎn)誤差，并轉(zhuǎn)換為笛卡爾坐標(biāo)系參數(shù)（XΔp1,YΔp1,ZΔp1,γΔp1,βΔp1,αΔp1），當(dāng)該誤差小于誤差閾值（XΔ,YΔ,ZΔ,γΔ,βΔ,αΔ），此時(shí)結(jié)束補(bǔ)償過程，否則，繼續(xù)進(jìn)行上述補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)，直至滿足補(bǔ)償結(jié)束條件。

圖6 補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)原理示意圖Fig.6 Principle diagram of compensation movements

4 裝配試驗(yàn)驗(yàn)證

4.1 試驗(yàn)系統(tǒng)介紹

按上述路徑規(guī)劃過程，對(duì)裝配系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)主要記錄抓取接近點(diǎn)與裝配接近點(diǎn)補(bǔ)償前后的位姿矩陣，同時(shí)記錄抓取與裝配過程中補(bǔ)償前后的機(jī)器人末端點(diǎn)與理論位置的差異，比較補(bǔ)償前后位姿的誤差，分析補(bǔ)償原理的可行性。

試驗(yàn)所用機(jī)器人為KUKA KR30-3型串聯(lián)式工業(yè)機(jī)器人，重復(fù)定位精度為0.06mm，分辨率為0.1mm。激光跟蹤儀采用Leica AT901-MR型，在2.5mm×5mm×10m的工作范圍內(nèi)測(cè)量精度為±10μm+5μm/m，測(cè)量工具采用半徑為19.05mm的靶標(biāo)。

試驗(yàn)流程為：

（1）搭建機(jī)器人裝配系統(tǒng)，激光儀測(cè)量始末位姿；（2）按照路徑規(guī)劃原理計(jì)算路徑點(diǎn)；（3）控制機(jī)器人沿路徑點(diǎn)移動(dòng)，對(duì)曲面零件實(shí)施抓取和裝配操作，并在該過程中對(duì)抓取接近點(diǎn)P3與裝配接近點(diǎn)P7進(jìn)行誤差補(bǔ)償?shù)^程；根據(jù)裝配誤差要求將誤差補(bǔ)償閾值（XΔ,YΔ,ZΔ,γΔ,βΔ,αΔ）設(shè)為（0.17,0.17,0.17,0.05,0.05,0.05）；（4）機(jī)器人完成裝配，返回初始位置。

4.2 試驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)量，得到抓取接近點(diǎn)與裝配接近點(diǎn)補(bǔ)償前后的位姿矩陣，且補(bǔ)償循環(huán)次數(shù)均為一次，誤差即滿足要求。將補(bǔ)償前后位姿參數(shù)分別與理論位姿作差，計(jì)算并比較補(bǔ)償前后偏差趨勢(shì)，如表1、表2和表3所示。其中，表1中抓取及裝配過程的理論位姿根據(jù)3.1節(jié)初始及目標(biāo)位置位姿信息計(jì)算過程，按照公式（3）、（4）計(jì)算得到，再根據(jù)公式（1）計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的六自由度參數(shù)；實(shí)際補(bǔ)償前位姿通過3.3節(jié)所述補(bǔ)償原理，由激光跟蹤儀測(cè)量計(jì)算得到機(jī)器人法蘭相對(duì)于基坐標(biāo)位姿矩陣，根據(jù)公式（1）計(jì)算得到六自由度參數(shù)；補(bǔ)償后位姿即為3.3節(jié)所述計(jì)算而得的六自由度參數(shù)。

4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論

誤差產(chǎn)生原因主要是機(jī)器人系統(tǒng)動(dòng)作時(shí)的行程誤差，以及設(shè)計(jì)過程已經(jīng)確定的固定變換矩陣誤差。機(jī)器人行程誤差產(chǎn)生原因主要是裝配系統(tǒng)安裝定位及環(huán)境條件產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差、重力及坐標(biāo)系比例尺偏差等因素引起的系統(tǒng)誤差。經(jīng)過補(bǔ)償過程，能夠?qū)C(jī)器人行程誤差中的系統(tǒng)誤差消除，從而提高機(jī)器人的裝配精度。

由表1與表2可以判斷，無論抓取過程還是裝配過程，經(jīng)過補(bǔ)償后各方向的位置誤差均在40μm以下，且角度誤差均在0.01°以下。

由表3可知抓取與粘貼過程補(bǔ)償前的空間位置誤差分別為0.7158mm、5.553mm；補(bǔ)償后的空間位置誤差分別為0.0374mm、0.0447mm；該誤差小于裝配要求的位置誤差0.3mm；由于激光跟蹤儀的測(cè)量誤差是補(bǔ)償后誤差的影響因素之一，因此激光跟蹤儀測(cè)量誤差應(yīng)小于補(bǔ)償后誤差，激光跟蹤儀測(cè)量精度為±10μm+5μm/m，該試驗(yàn)激光儀距離機(jī)器人不超過5m，由此可知，表3中補(bǔ)償后的空間位置誤差大于激光跟蹤儀的測(cè)量誤差，因此本試驗(yàn)所得補(bǔ)償后的誤差數(shù)據(jù)是有效的。

值得注意的是，裝配過程補(bǔ)償前空間位置誤差過大，經(jīng)分析，產(chǎn)生原因是機(jī)器人的行程誤差以及末端器重心位置變化過大導(dǎo)致的固定矩陣產(chǎn)生的偏差。

表1 抓取過程末端位姿參數(shù)及誤差表

表2 裝配過程末端位姿參數(shù)及誤差表

表3 補(bǔ)償前后機(jī)器人末端空間位置誤差表

該試驗(yàn)通過有更高定位精度的激光跟蹤儀對(duì)裝配系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定和補(bǔ)償，從測(cè)量結(jié)果上可以推斷測(cè)量及補(bǔ)償原理有效地消除了機(jī)器人的行程誤差，提高了裝配精度。由此可以推斷，補(bǔ)償過程明顯降低了裝配系統(tǒng)誤差，證明補(bǔ)償原理的可行性，且補(bǔ)償循環(huán)次數(shù)均為一次，補(bǔ)償效率高。

值得注意的是，表3中的空間位置誤差0.0374mm以及0.0447mm并不是絕對(duì)誤差，由于3.1節(jié)所述地面相對(duì)基坐標(biāo)系矩陣、末端相對(duì)法蘭盤位姿矩陣等由設(shè)計(jì)過程得到的矩陣在本次試驗(yàn)中均由激光跟蹤儀標(biāo)定，由此計(jì)算所得的理論位姿包含了激光儀的測(cè)量誤差，因此，補(bǔ)償過程中的空間位置誤差不能反映絕對(duì)誤差。

由此得出結(jié)論，該機(jī)器人系統(tǒng)裝配操作有一定實(shí)用性，路徑規(guī)劃中的補(bǔ)償過程滿足可行性要求，可補(bǔ)償機(jī)器人的行程誤差，機(jī)器人補(bǔ)償誤差符合規(guī)定誤差要求，可一定程度提高裝配的精度。

5 結(jié)論

針對(duì)傳統(tǒng)裝配方法效率較低以及柔性裝配定位困難的問題，提出一種利用工業(yè)機(jī)器人對(duì)裝配要求較高，小批量的曲面類零件實(shí)現(xiàn)裝配的方法。裝配過程的數(shù)據(jù)采集采用激光跟蹤儀測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)裝配過程的測(cè)量定位；并且對(duì)具有上述特點(diǎn)的曲面類零件提出一種有效的定位夾緊方式。同時(shí)對(duì)裝配方法的路徑規(guī)劃做了詳細(xì)分析論述，并通過試驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明該方法經(jīng)過補(bǔ)償裝配精度提高，且效率較高，該路徑規(guī)劃方法有一定實(shí)用性裝配方法可行有效。

[1] 牟魯西. 復(fù)雜曲面零件在機(jī)測(cè)量關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用[D].武漢:華中科技大學(xué), 2012.

[2] 程耀楠, 安碩, 張悅,等. 航空發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)雜曲面零件數(shù)控加工刀具軌跡規(guī)劃研究分析. 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào), 2013, 18(5):30-36.

[3] 王田苗, 陶永. 我國(guó)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)現(xiàn)狀與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略. 機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2014, 50(9):1-13.

[4] 張楠, 湯軍社, 馬剛. 數(shù)字化飛機(jī)鈑金件加工定位用柔性?shī)A具的設(shè)計(jì). 中國(guó)制造業(yè)信息化, 2010, 39(1):41-44.

[5] 翟婷婷, 張鳳英, 韓曉光. 曲面薄壁零件柔性裝配定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn). 航空制造技術(shù), 2014(22):27-29,42.

[6] 熊有倫，丁漢，劉恩滄.機(jī)器人學(xué). 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1993:54-59.

[7] 明發(fā)秀. 六點(diǎn)定位原理在加工尺寸調(diào)整中的應(yīng)用. 裝備制造技術(shù), 2013(7):191-193.

[8] 張博, 魏振忠, 張廣軍. 機(jī)器人坐標(biāo)系與激光跟蹤儀坐標(biāo)系的快速轉(zhuǎn)換方法. 儀器儀表學(xué)報(bào), 2010, 31(9):1986-1990.