艙段類(lèi)部件數(shù)字化柔性對(duì)接系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究*

文 科，杜福洲，張鐵軍，熊珍琦

（1.北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院，北京100191；2.北京航星機(jī)器制造有限公司，北京100013）

飛機(jī)、衛(wèi)星、火箭等大型艙段類(lèi)部件對(duì)接是產(chǎn)品總裝的一個(gè)重要階段，其對(duì)接精度與對(duì)接時(shí)間很大程度上決定了產(chǎn)品的最終質(zhì)量[1-2]。傳統(tǒng)的艙段類(lèi)部件對(duì)接技術(shù)主要依靠大量的專(zhuān)用工裝進(jìn)行定位和夾緊，并配合人工作業(yè)來(lái)實(shí)現(xiàn)部件間的幾何關(guān)系和約束，確保誤差在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。由于工裝制造周期長(zhǎng)，且部件結(jié)構(gòu)和外形發(fā)生改變時(shí)，與之適應(yīng)的工裝也需重新制造，造成了大量工裝的閑置。所以傳統(tǒng)的低效率和無(wú)柔性對(duì)接過(guò)程已經(jīng)不能夠滿足大型艙段類(lèi)部件對(duì)接的靈活、高效和準(zhǔn)確對(duì)接需求。

隨著高精度和高效率數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)的發(fā)展，數(shù)字化測(cè)量裝配技術(shù)已成為大型艙段對(duì)接過(guò)程控制和質(zhì)量保證的關(guān)鍵技術(shù)[3]。為了提高飛機(jī)機(jī)翼與機(jī)身的對(duì)接效率和對(duì)接精度，并減少大型工裝制造和組裝的周期和成本，制造商和研究人員提出一種全新的基于數(shù)字化測(cè)量的對(duì)接系統(tǒng)[4-6]。該系統(tǒng)包括數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、可重構(gòu)定位器和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。部件對(duì)接過(guò)程中，數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)快速、精確地測(cè)量部件位姿，數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)分析和計(jì)算理論位姿，控制系統(tǒng)控制可重構(gòu)定位器進(jìn)行部件位姿調(diào)姿。

許多制造商和研究者集中研究柔性工裝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以克服傳統(tǒng)工裝的缺點(diǎn)，形成了幾類(lèi)典型的柔性裝配工裝系統(tǒng)。（1）基于數(shù)控定位器的柔性工裝系統(tǒng)[1，7]。以波音公司和空客公司為代表的航空制造企業(yè)大力發(fā)展柔性定位器，通過(guò)程序控制定位器運(yùn)動(dòng)，以適應(yīng)不同部件外形和定位需求；（2）基于串聯(lián)機(jī)器人的柔性工裝系統(tǒng)[8]。巴西航空工業(yè)公司在小型客機(jī)艙段對(duì)接中采用兩臺(tái)重型工業(yè)機(jī)器人對(duì)裝配部件進(jìn)行位姿的調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)機(jī)身對(duì)接；（3）基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)的柔性工裝系統(tǒng)[9]。采用并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為定位裝置，通過(guò)程序控制支鏈運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)部件位姿調(diào)整。目前并聯(lián)機(jī)構(gòu)以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、剛度高、承載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于裝配及對(duì)接中的位姿調(diào)整，其中主要應(yīng)用包括衛(wèi)星裝配對(duì)接[2]、航天器對(duì)接[9-10]及飛機(jī)大部件對(duì)接[11]等。

針對(duì)上述研究呈現(xiàn)出的特點(diǎn)，艙段類(lèi)部件對(duì)接依賴(lài)于數(shù)字化產(chǎn)品定義、數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)、柔性或可重構(gòu)工裝、數(shù)據(jù)分析算法等相關(guān)技術(shù)的集成。本研究研發(fā)了一套艙段類(lèi)部件數(shù)字化柔性對(duì)接系統(tǒng)，集成相關(guān)先進(jìn)技術(shù)，用于實(shí)現(xiàn)大尺寸、大重量、多約束關(guān)系的艙段類(lèi)部件對(duì)接；給出了系統(tǒng)組成和工作流程，分析與研究了系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，完成了艙段類(lèi)部件對(duì)接試驗(yàn)研究。

艙段類(lèi)部件數(shù)字化柔性對(duì)接系統(tǒng)組成與工作流程

艙段類(lèi)部件數(shù)字化柔性對(duì)接系統(tǒng)主要由柔性對(duì)接平臺(tái)、控制系統(tǒng)、數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)和柔性對(duì)接集成管控平臺(tái)組成，如圖1所示。

其中柔性對(duì)接平臺(tái)包含并聯(lián)調(diào)姿平臺(tái)、固定平臺(tái)、裝配工裝和力傳感器，其中力傳感器用于測(cè)量裝配力并進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；控制系統(tǒng)包含工控機(jī)、UMAC控制器和伺服驅(qū)動(dòng)等，是接收調(diào)姿控制指令驅(qū)動(dòng)并聯(lián)調(diào)姿平臺(tái)進(jìn)行調(diào)姿；數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)用于構(gòu)建大尺寸空間測(cè)量場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)接過(guò)程特征點(diǎn)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測(cè)；柔性對(duì)接集成管控平臺(tái)是以用戶(hù)交互的形式提供測(cè)量設(shè)備管理、測(cè)量數(shù)據(jù)管理與處理、測(cè)量過(guò)程仿真及運(yùn)動(dòng)控制等功能，為數(shù)字化柔性對(duì)接提供支持。

艙段類(lèi)部件對(duì)接過(guò)程中，首先，基于部件三維模型、裝配環(huán)境、測(cè)量特征點(diǎn)的布置、測(cè)量系統(tǒng)的配置進(jìn)行測(cè)量方案規(guī)劃。然后，提取三維模型上位姿測(cè)量特征點(diǎn)理論值，并進(jìn)行數(shù)字化測(cè)量，進(jìn)而求解裝配部件相對(duì)位姿。最后，通過(guò)測(cè)量數(shù)據(jù)處理與分析，規(guī)劃調(diào)姿路徑，運(yùn)動(dòng)仿真分析后，生成控制指令，驅(qū)動(dòng)柔性對(duì)接平臺(tái)完成艙段類(lèi)部件自動(dòng)對(duì)接。對(duì)接過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)艙段類(lèi)部件間裝配力，進(jìn)行力過(guò)載保護(hù)（圖2）。

圖1 艙段類(lèi)部件數(shù)字化柔性系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Configuration diagram of digital flexible aligning system for cabin components

數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)在柔性對(duì)接系統(tǒng)中的應(yīng)用

艙段類(lèi)部件對(duì)接中，數(shù)字化測(cè)量技術(shù)起著部件、并聯(lián)調(diào)姿平臺(tái)的數(shù)字量與實(shí)物之間的橋梁和紐帶的作用。柔性對(duì)接系統(tǒng)中所用到的數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)主要包括激光跟蹤儀、室內(nèi)GPS等，用于對(duì)部件位姿和對(duì)接質(zhì)量進(jìn)行數(shù)字化檢測(cè)。圖3描述了艙段類(lèi)部件柔性對(duì)接過(guò)程中數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)的應(yīng)用。

（1）對(duì)接坐標(biāo)系的建立。對(duì)接坐標(biāo)系是艙段類(lèi)部件數(shù)字化柔性對(duì)接的基準(zhǔn)坐標(biāo)系，測(cè)量的最終目的是求解待裝艙段的局部坐標(biāo)系在基準(zhǔn)坐標(biāo)系的位置和姿態(tài)，即位姿{(lán)x y z α β γ}的求解。其中（x y z）T表示局部坐標(biāo)系的原點(diǎn)在基準(zhǔn)坐標(biāo)系的坐標(biāo)；α、β、γ表示局部坐標(biāo)系相對(duì)于基準(zhǔn)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角度。設(shè)測(cè)量特征點(diǎn)在待裝艙段的局部坐標(biāo)系下的理論位置矢量為P1=（x1y1z1）T。在基準(zhǔn)坐標(biāo)系下測(cè)量位置矢量為P0=（x0y0z0）T。則二者之間的坐標(biāo)變換關(guān)系為：

式中：

式中，R為姿態(tài)矩陣，采用搖擺-俯仰-偏轉(zhuǎn)（RPY，Roll-Pitch-Yaw）的旋轉(zhuǎn)順序；T為平移矩陣。由式（1）可知，測(cè)量互不共線的3個(gè)點(diǎn)，便可以求解各個(gè)參數(shù)。實(shí)際工程中，為了減少計(jì)算誤差，往往選擇3個(gè)以上的位姿測(cè)量特征點(diǎn)，通過(guò)與其對(duì)應(yīng)的理論點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的坐標(biāo)變換算法，便可以求出局部坐標(biāo)系在基準(zhǔn)坐標(biāo)系的位姿[12]。

（2）位姿測(cè)量特征點(diǎn)選擇。位姿測(cè)量特征點(diǎn)即關(guān)鍵裝配特性點(diǎn)，是關(guān)鍵裝配特性，能夠確定出待裝艙段在對(duì)接坐標(biāo)系中的實(shí)際位姿。對(duì)接艙段類(lèi)部件上的各位姿測(cè)量特征點(diǎn)的選擇，應(yīng)該盡可能選取分布均勻、具有一定剛度、容易獲取的點(diǎn)?？紤]部件移動(dòng)過(guò)程中各位姿測(cè)量特征點(diǎn)的可測(cè)性及數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)的物理可達(dá)性。

（3）位姿自動(dòng)跟蹤測(cè)量。數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)跟蹤測(cè)量艙段類(lèi)部件上的位姿測(cè)量特征點(diǎn)，利用坐標(biāo)系平移與旋轉(zhuǎn)變換算法計(jì)算目標(biāo)位姿，并根據(jù)點(diǎn)坐標(biāo)的變化實(shí)時(shí)交互修改與調(diào)整。根據(jù)數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)提供的二次開(kāi)發(fā)接口，柔性對(duì)接集成管控平臺(tái)集成接口并調(diào)用函數(shù)實(shí)現(xiàn)與數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)的通訊，進(jìn)而根據(jù)理論位姿測(cè)量特征點(diǎn)坐標(biāo)跟蹤測(cè)量實(shí)際位姿測(cè)量特征點(diǎn)坐標(biāo)，求解目標(biāo)位姿，并計(jì)算誤差。

圖2 艙段類(lèi)部件數(shù)字化柔性對(duì)接流程Fig.2 Digital flexible aligning work flow of cabin components

圖3 艙段類(lèi)部件柔性對(duì)接過(guò)程中數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)的應(yīng)用Fig.3 Application of digital measurement system in digital flexible aligning process of cabin components

基于并聯(lián)調(diào)姿平臺(tái)的位姿調(diào)整與裝配力測(cè)量

并聯(lián)調(diào)姿平臺(tái)是一種由多個(gè)并行支鏈構(gòu)成的閉環(huán)系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的串聯(lián)機(jī)構(gòu)相比，具有高剛度、高精度、高承載能力等優(yōu)點(diǎn)。常用的六自由度并聯(lián)調(diào)姿平臺(tái)有6UPS和6PSS構(gòu)型，其一般由上、下兩個(gè)平臺(tái)（動(dòng)平臺(tái)、靜平臺(tái)）和六個(gè)可伸縮的支腿以及它們之間的連接鉸鏈構(gòu)成。通過(guò)六個(gè)支腿的伸縮運(yùn)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)在工作空間范圍內(nèi)的六自由度運(yùn)動(dòng)。UPS表示支鏈由虎克鉸-移動(dòng)副-球鉸構(gòu)成，PSS表示支鏈由移動(dòng)副-球鉸-球鉸構(gòu)成。

1 基于并聯(lián)調(diào)姿平臺(tái)的位姿調(diào)整

基于并聯(lián)調(diào)姿平臺(tái)的位姿調(diào)整是對(duì)并聯(lián)調(diào)姿平臺(tái)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)反解，即已知?jiǎng)悠脚_(tái)位姿，求解6個(gè)支腿的驅(qū)動(dòng)量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)并聯(lián)調(diào)姿平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)控制。并聯(lián)調(diào)姿平臺(tái)的動(dòng)平臺(tái)坐標(biāo)系相對(duì)于靜平臺(tái)坐標(biāo)系的位姿表達(dá)為 {xyzαβγ}，其含義與上文中位姿含義相同。

如圖4所示，在靜平臺(tái)中心建立坐標(biāo)系O0-X0Y0Z0，在動(dòng)平臺(tái)底面中心建立坐標(biāo)系O1-X1Y1Z1，Ai為動(dòng)平臺(tái)上第i個(gè)球鉸點(diǎn)在動(dòng)坐標(biāo)O1-X1Y1Z1下的坐標(biāo)、Bi為靜平臺(tái)上第i個(gè)球鉸點(diǎn)在靜坐標(biāo)O0-X0Y0Z0下的坐標(biāo)，li為第i個(gè)支腿長(zhǎng)度，fi為第i個(gè)支腿受力。運(yùn)動(dòng)學(xué)反解即給定動(dòng)平臺(tái)位姿參數(shù)，求解各個(gè)支腿長(zhǎng)度：

式中，R為姿態(tài)矩陣，T為平移矩陣，通過(guò)計(jì)算桿長(zhǎng)變化量控制并聯(lián)調(diào)姿平臺(tái)運(yùn)動(dòng)到指定的位姿。

圖4 并聯(lián)調(diào)姿平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意及坐標(biāo)系定義Fig.4 Structural schematic and reference systems of the parallel P&O adjustment platform

2 基于并聯(lián)調(diào)姿平臺(tái)的裝配力測(cè)量

當(dāng)艙段類(lèi)部件對(duì)接過(guò)程中發(fā)生接觸，利用柔性對(duì)接平臺(tái)上6個(gè)力傳感器的測(cè)量值fi及并聯(lián)調(diào)姿平臺(tái)當(dāng)前的位姿參數(shù)姿態(tài)矩陣R和平移矩陣T，解算出艙段類(lèi)部件間裝配力。其被描述為在指定坐標(biāo)系下的六維力（F，M）=（Fx，F(xiàn)y，F(xiàn)z，Mx，My，Mz）T，對(duì)裝配力的測(cè)量過(guò)程即為對(duì)六維力的解算過(guò)程。根據(jù)圖4，利用螺旋理論，在坐標(biāo)系O1-X1Y1Z1中建立力平衡方程：

式中，fi為支腿受力，Si為對(duì)應(yīng)fi的單位力矢量，S0i為單位力矢量對(duì)O1的力矩。待裝艙段與動(dòng)平臺(tái)所組成的剛體的重力大小表示為W，SG為W的單位力矢量，S0G為單位力矢量對(duì)O1的力矩。F、M為所求六維力。利用坐標(biāo)系平移與旋轉(zhuǎn)變換算法得：

式中，i=1,2,3,4,5,6利用并聯(lián)調(diào)姿平臺(tái)運(yùn)動(dòng)學(xué)正解求解當(dāng)前位姿，即已知支腿長(zhǎng)度li采用牛頓迭代法[13]求解坐標(biāo)系O0-X0Y0Z0相對(duì)于坐標(biāo)系O1-X1Y1Z1的位姿，進(jìn)而求得姿態(tài)矩陣R和平移矩陣T。待裝艙段與動(dòng)平臺(tái)所組成剛體系統(tǒng)的重心坐標(biāo)C=（x，y，z）T及重力大小W可通過(guò)測(cè)量不同位姿下六維力大小（至少3組位姿），采用最小二乘法求解[14]，得：

式中，S=（0，0，-1）T，表示剛體系統(tǒng)在坐標(biāo)系O0-X0Y0Z0的重力方向。

將式（6）、（7）、W和fi代入到式（5）中即可解算出六維力（Fx，F(xiàn)y，F(xiàn)z，Mx，My，Mz）T，進(jìn)而求出裝配力。

柔性對(duì)接集成管控平臺(tái)

為實(shí)現(xiàn)對(duì)接過(guò)程的集成管控，按照物理組成和應(yīng)用層次的不同，艙段類(lèi)部件柔性對(duì)接集成管控平臺(tái)主要由設(shè)備層、控制層、應(yīng)用層和界面層構(gòu)成，如圖5所示。其中設(shè)備層主要涉及對(duì)接過(guò)程中的硬件資源，即數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)、艙段類(lèi)部件、力傳感器、并聯(lián)調(diào)姿平臺(tái)；控制層是對(duì)硬件資源的控制，測(cè)量管理模塊是對(duì)數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)相關(guān)的信息進(jìn)行管理，如參數(shù)配置、數(shù)據(jù)采集等，調(diào)姿平臺(tái)控制模塊是對(duì)并聯(lián)調(diào)姿平臺(tái)的控制，包括運(yùn)動(dòng)參數(shù)配置、過(guò)載保護(hù)、程序下載等，運(yùn)動(dòng)仿真模塊是基于艙段類(lèi)部件的三維模型與理論數(shù)據(jù)進(jìn)行可裝配性分析；應(yīng)用層主要是對(duì)數(shù)據(jù)的管理與處理，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞與追溯；界面層提供友好交互操作，顯示實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)及基于三維模型的對(duì)接狀態(tài)，通過(guò)屬性關(guān)聯(lián)集合實(shí)現(xiàn)操作過(guò)程、操作數(shù)據(jù)的可視化管理。

圖5 柔性對(duì)接集成管控平臺(tái)層次結(jié)構(gòu)Fig.5 Hierarchical structure of flexible aligning integrated control platform

圖6 并聯(lián)調(diào)姿平臺(tái)Fig.6 Parallel P&O adjustment platform

基于數(shù)字量的艙段類(lèi)部件柔性對(duì)接試驗(yàn)研究

按照上述艙段類(lèi)部件數(shù)字化對(duì)接系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和相關(guān)理論方法，完成了基于數(shù)字量的艙段類(lèi)部件柔性對(duì)接試驗(yàn)。

1 并聯(lián)調(diào)姿平臺(tái)精度分析

本文所設(shè)計(jì)的并聯(lián)調(diào)姿平臺(tái)結(jié)構(gòu)形式為6UPS，主要由靜平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)、球鉸、虎克鉸、電動(dòng)缸（由缸體、伸縮桿、伺服電機(jī)、減速器和同步帶組成。）、力傳感器、腳輪以及升降調(diào)節(jié)腳等組成。圖6為并聯(lián)調(diào)姿平臺(tái)實(shí)物圖，通過(guò)控制改變支腿的長(zhǎng)度來(lái)改變動(dòng)平臺(tái)的位姿。本文采取以下方法來(lái)保證并聯(lián)調(diào)姿平臺(tái)的控制精度：（1）選擇高定位精度的電動(dòng)缸，提高球鉸、虎克鉸的制造精度；（2）采用序列法對(duì)并聯(lián)調(diào)姿平臺(tái)幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。主要采用激光跟蹤儀測(cè)量，建立測(cè)量坐標(biāo)系、動(dòng)坐標(biāo)系和靜坐標(biāo)系，依據(jù)以定點(diǎn)為圓心，以定長(zhǎng)為半徑轉(zhuǎn)動(dòng)軌跡包絡(luò)為球面的原理對(duì)球鉸、虎克鉸中心進(jìn)行標(biāo)定。

基于激光跟蹤儀測(cè)量，通過(guò)3組試驗(yàn)對(duì)并聯(lián)調(diào)姿平臺(tái)的控制精度進(jìn)行分析。

（1）控制并聯(lián)調(diào)姿平臺(tái)運(yùn)動(dòng)到指定位姿，檢測(cè)實(shí)際位姿與理論位姿之間誤差，數(shù)據(jù)列入表1。

（2）控制并聯(lián)調(diào)姿平臺(tái)以最小步進(jìn)量0.02mm運(yùn)動(dòng)，從零位沿z軸負(fù)向運(yùn)動(dòng)，直到0.1mm。通過(guò)激光跟蹤儀實(shí)時(shí)測(cè)量某一固定靶標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)，以此來(lái)驗(yàn)證最小步進(jìn)，測(cè)量數(shù)據(jù)列入表2。

（3）控制并聯(lián)調(diào)姿平臺(tái)沿直線運(yùn)動(dòng)（位姿指令從{0 0 0 0 0 0}到{80 10 0 0 0 0}），激光跟蹤儀實(shí)時(shí)測(cè)量某一固定靶標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)，分析運(yùn)動(dòng)軌跡的直線度，如圖7所示。

通過(guò)上述3組試驗(yàn)可得出：并聯(lián)調(diào)姿平臺(tái)位姿精度達(dá)到±0.02mm，能夠?qū)崿F(xiàn)的最小步進(jìn)量是0.02mm，測(cè)量點(diǎn)到擬合直線的最大距離誤差為0.01mm（由Spatial Analyzer軟件擬合獲?。?。故并聯(lián)調(diào)姿平臺(tái)的綜合控制精度為±0.02mm。

2 柔性對(duì)接試驗(yàn)研究

對(duì)接試驗(yàn)系統(tǒng)如圖8所示，包括激光跟蹤儀（API）、并聯(lián)調(diào)姿平臺(tái)（6UPS）、控制柜、力傳感器、裝配工裝、固定平臺(tái)、艙段類(lèi)部件等。本文對(duì)接艙段直徑為400mm，套接深度為30mm，配合間隙為0.12mm。

試驗(yàn)中激光跟蹤儀測(cè)量裝配工裝上位姿測(cè)量特征點(diǎn)坐標(biāo)，結(jié)合其理論坐標(biāo)值，計(jì)算裝配坐標(biāo)系與測(cè)量坐標(biāo)系之間的位姿轉(zhuǎn)換矩陣。測(cè)量艙段對(duì)接面上位姿測(cè)量特征點(diǎn)坐標(biāo)，通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換獲取裝配坐標(biāo)系下對(duì)接面上位姿測(cè)量特征點(diǎn)坐標(biāo)?；诹_德里格斯矩陣最小二乘法求解裝配部件相對(duì)位姿，按自由曲線進(jìn)行調(diào)姿路徑規(guī)劃，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)并聯(lián)調(diào)姿平臺(tái)進(jìn)行調(diào)姿，最終成功完成艙段的一次對(duì)接。對(duì)接過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝配力，當(dāng)某一方向力過(guò)載，則停止對(duì)接，需重新計(jì)算調(diào)姿。圖9為實(shí)際獲取激光跟蹤儀測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)可視化顯示，自動(dòng)錄入柔性對(duì)接集成管控平臺(tái)對(duì)話框，進(jìn)而解算裝配部件相對(duì)位姿。

表1 理論位姿與實(shí)際位姿

表2 沿z軸負(fù)向最小步進(jìn)量運(yùn)動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù) mm

圖7 直線運(yùn)動(dòng)固定靶標(biāo)點(diǎn)測(cè)量數(shù)據(jù)Fig.7 Measurement data of fixed target point under linear motion

圖8 基于數(shù)字量的艙段類(lèi)部件柔性對(duì)接系統(tǒng)Fig.8 Digital flexible aligning system of cabin components

基于MFC架構(gòu)并集成OCC可視化應(yīng)用程序，在VS2010軟件基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)用戶(hù)操作界面、業(yè)務(wù)邏輯及核心算法的編程和調(diào)用。如圖10所示為基于數(shù)字量的艙段類(lèi)部件柔性對(duì)接集成管控平臺(tái)，模型導(dǎo)航樹(shù)支撐三維模型關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)集合，通過(guò)業(yè)務(wù)操作區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，解算目標(biāo)位姿，驅(qū)動(dòng)并聯(lián)調(diào)姿平臺(tái)快速運(yùn)動(dòng)進(jìn)行對(duì)接，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝配力、當(dāng)前位姿、桿長(zhǎng)等對(duì)接狀態(tài)。

圖9 自動(dòng)獲取測(cè)量點(diǎn)數(shù)據(jù)對(duì)話框界面Fig.9 Dialog interface of measurement point data by automatical acquisition

圖10 基于數(shù)字量的艙段類(lèi)部件柔性對(duì)接集成管控平臺(tái)Fig.10 Integrated control platform of digital flexible aligning system for cabin components

結(jié)論

大型艙段類(lèi)部件對(duì)接過(guò)程的數(shù)字化和柔性化能減少裝配工作量，節(jié)省勞動(dòng)力，并且能提高對(duì)接裝配的精度和效率，是大型艙段類(lèi)部件對(duì)接技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。本文研發(fā)了一套艙段類(lèi)部件數(shù)字化柔性對(duì)接系統(tǒng)，采用并聯(lián)調(diào)姿平臺(tái)（6UPS）作為艙段類(lèi)部件位姿調(diào)整平臺(tái)，以數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)作為測(cè)量手段，集成管控平臺(tái)作為可視化接口，實(shí)現(xiàn)艙段類(lèi)部件的數(shù)字化柔性對(duì)接的技術(shù)集成。在柔性對(duì)接控制中，根據(jù)各個(gè)支腿上力傳感器信息及并聯(lián)調(diào)姿平臺(tái)當(dāng)前位姿，實(shí)時(shí)解算艙段間裝配力，實(shí)現(xiàn)柔性對(duì)接中力過(guò)載保護(hù)。研究并設(shè)計(jì)了艙段對(duì)接試驗(yàn)，分析了并聯(lián)調(diào)姿平臺(tái)控制精度，證明了艙段類(lèi)部件數(shù)字化柔性對(duì)接系統(tǒng)的有效性，滿足大型艙段類(lèi)部件柔性對(duì)接要求，提高了裝配一致性，保證了產(chǎn)品與操作者的安全。

參 考 文 獻(xiàn)

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