大型复杂构件多机器人移动加工的自律跟踪与协同控制

This project is inspired by the challenge of the efficient and adaptive machining for large-scale components. By integrating mobile robotics, digital manufacturing technology and artificial intelligence technology，this project aims at constructing new principle and new equipment for adaptive machining through mobile manipulators. The project focuses on the research of compliant actuator, dual-robot cooperative control and efficient in-situ accurate measurement, including: (1) Design and control of end effector with force-position double closed-loop in mobile machining system; (2) Multi-robot cooperative motion planning and control under complex constraints; (3) Local in-situ precise measurement and efficient global reconstruction of large-scale complex components; (4) R&D and experimental verification of the robot mobile machining system prototype . On the basis of these research, an autonomic tracking and cooperative control theory for multi-robot mobile machining for large-scale complex components is expected to be established; The active compliance of the robot equipment to the parts will be realized by the force-position hybrid control of the active compliant actuator; Through the dual robot coordination control and efficient in situ measurement technology, it is expected to realize efficient adaptive machining of the large complex component with low-rigidity structure. The outcome of this project will significantly promote the national level in automation and intelligent manufacturing of large-scale complex components, and will facilitate the technology development of robotized intelligent manufacturing equipment.

本项目针对超大型复杂构件高效、自适应加工难题，将移动机器人技术、数字制造技术与人工智能技术相结合，构建移动机器人自适应加工新原理与新装备。项目围绕柔顺末端执行器、双机器人协同控制、高效原位精确测量等开展研究，具体内容包括：（1）移动加工系统力-位双闭环末端执行器设计与控制；（2）复杂约束下多机器人协同运动规划与控制；（3）大尺寸复杂构件局部原位精确测量与整体高效重构；（4）机器人移动加工系统原型构建与试验验证。预期将建立大型复杂构件多机器人移动加工的自律跟踪与协同控制理论，通过研制力-位混合控制的主动柔顺末端执行器，实现机器人装备对零件的主动顺应，并通过双机器人协同控制与高效原位测量技术，实现弱刚性超大型复杂构件高效自适应加工。研究成果对推动我国大型复杂结构件的自动化、智能化制造水平，促进我国机器人化智能制造装备技术发展具有重要意义。

大型复杂构件，如大飞机蒙皮、风力发电转子叶片、高铁车体结构件等，在航空航天、能源和交通等领域有着广泛应用。本项目将机械臂与移动平台相结合，突破了大型复杂构件多机器人协同测量、规划、顺应加工等核心技术，研发了多机器人协同智能加工系统，实现了大型复杂构件的高性能加工。主要成果包括：（1）提出了大型复杂构件多机器人协同加工新原理。通过轨迹运动基元描述方法实现加工轨迹智能描述，提出了基于加工试触学习方法的恒定打磨力面规划，面向薄壁工件加工提出基于阻抗的双机器人模型预测同步控制方法。（2）提出了大型复杂构件移动机器人自律加工新方法。形成了大型风电叶片多机器人移动加工运动规划与控制体系，提出了高质量区域划分方法、高性能工位优化方法、高效碰撞检测方法、高平滑轨迹规划方法，实现机器人自律加工。（3）形成了大型复杂构件高效高精度拼接测量新框架。建立了移动加工机器人测量位姿全局跟踪系统，提出了全局特征变换一致性估计的点云拼接新方法，实现了点云信息与测量位姿高精度同步获取与海量点云高效高精融合。（4）建立了大型复杂性构件机器人加工精度保障新机制。建立了基于振动-加工质量匹配模型的大型复杂构件机器人加工在线监测新方法，分析了机器人移动加工误差传递规律，实现了机器人多工艺质量在线检测与离线评估。（5）研发了大型复杂构件测量-规划-加工一体化机器人加工系统。形成了大型复杂构件的大范围拼接测量-分片轨迹规划-机器人移动加工执行全闭环自律加工新模式。研发了航空关键零部件机器人磨抛系统、高铁白车身机器人磨抛系统、飞机复合材料机器人铺丝系统等机器人自律加工系统，有力支撑了我国航天航空、能源交通等领域的大型复杂构件制造关键技术与核心装备发展。