面向飞机制孔的爬行、定位一体化冗余驱动并联机器人关键技术研究

飞机装配自动化制孔设备对提高生产效率和装配质量具有重大意义。针对飞机制孔作业高精度、高承载、高稳定性等技术要求，创新提出制孔操作和爬行移动功能一体化的冗余驱动并联机器人。针对爬行制孔机器人构型设计问题，提出多目标优化满意设计方法；建立基于精度、稳定性和承载能力指标的机构参数优化方法；针对制孔机器人运动学动力学模型中大量非线性耦合参数的标定问题，建立基于主元分析的参数降维方法，挖掘重要参数，对标定实验进行优化设计；针对机器人载荷和姿态的复杂变化，为保证制孔和爬行作业的稳定性，建立预紧力与稳定性之间的关系模型，提出制孔机器人基于稳定性的冗余驱动分配方法；针对制孔机器人高定位精度和曲面爬行的要求，建立位置为主、力为辅的自适应冗余驱动控制方法。建立实验样机，对设计方案和理论方法进行验证。该项目将为我国开发具有自主知识产权的爬行制孔机器人提供设计理论和技术支持。

大型飞机装配自动化制孔设备对提高生产效率和装配质量具有重大意义。针对飞机制孔作业高精度、高承载、高稳定性等技术要求，创新提出制孔操作和爬行移动功能一体化的多足并联机器人。针对爬行制孔机器人构型设计问题，基于GF集构型设计理论，设计出机器人基本构型库。基于机构复杂度、各向同性度、奇异位型等指标，设计出满足性能要求的制孔机器人构型。根据空间模型理论，利用性能图谱，优化设计出飞机制孔机器人机构参数，得到了具有运动学模型解析解的尺寸参数，便于实时控制中的模型快速求解。根据机器人惯性参数、运动参数，提出了弹性阻尼元件参数设计方法，有效降低了行走和作业过程中的振动，提高了作业的效率和精度。建立了用于制孔机器人位置控制和力分配的运动学和动力学模型。提出了无力传感器情况下的脚力估计方法，设计了脚力分配和力位混合柔顺控制方法，保证在不同位置和姿态下机器人吸附的牢固性和位姿的稳定性。建立了正常作业和异常故障两种情况下的步态行走规划方法，提高了系统的容错能力。研制了飞机制孔机器人样机，开发了实时控制系统，进行了各项试验，对设计方案和理论方法进行验证，为开发具有自主知识产权的飞机制孔机器人提供设计理论和技术支撑。