[发明专利]飞机部件位姿调整路径规划方法

说明书

技术领域

本发明涉及刚体位姿路径规划方法，尤其涉及一种飞机部件位姿调整路径规划方法。

背景技术

在航空航天制造领域，为实现大部件的对接装配，需要对飞机机身等大型刚体部件的位姿进行调整。传统的基于千斤顶和装配型架的调整方式，将飞机部件上的特征点视作空间的离散点，而不是刚体上相互距离保持不变的点。采用千斤顶调整部件位姿的核心思想是使得这些特征点尽量向装配型架逼近，谈不上对部件的位姿调整进行规划，并且，在采用多个千斤顶进行调整时，不考虑相互之间的距离协调问题。这种基于模拟量协调的调整方法过程简单，但是对飞机部件有拉扯或挤压现象，极易引起装配应力；每个部件与一个装配型架对应，缺乏柔性；每次调整的结果带有随机性，装配质量取决于工人的经验，可靠性和精度较低。

国外先进数字化装配技术的一个主要特征就是，在飞机的总装阶段越来越多地采用自动化调姿工装，依靠控制系统实现多个机械传动装置的协调同步运动，准确平稳地进行大部件位姿调整和对接。这些自动化调姿工装一般具有在空间X、Y、Z方向上的运动功能，可以实现调姿点在三维空间的准确定位。先进联合技术公司(Advanced Integration Technology，Inc.，AIT)与飞机制造公司一起在20世纪80年代就开始研制这种自动定位、对准工装(Gary Williams，EdwardChalupa，Steven Rahhal.Automated Positioning and Alignment Systems.2000，Society of Automotive Engineers，Inc.)。文献“Gaugeless Tooling”(Gary Williams，Edward Chalupa，Rich Billieu，Jim Murphy，and Dave Swager.1997，Society ofAutomotive Engineers，Inc.)称这种三坐标定位器为“Pogo柱”。文献“船体分段找正对接系统——一个多机器人协调操作系统的实现”(景奉水，谭民，候增广，王云宽.自动化学报，2002，28(5)：708-714)提出采用多台三自由度机器人协调动作，实现船体分段位姿找正和对接。

大型飞机、船体部件的位姿调整路径规划一般都基于逆运动学原理，首先将飞机、船体部件视为刚体，根据刚体的初始、目标位姿，规划刚体的位姿路径，再分解到各调姿工装的各支链上，得到支链轨迹。物体运动一般都经历静止→加速→匀速→减速→静止等过程，而且加速和减速过程要求平稳、无冲击。三坐标定位器可实现空间X、Y、Z向的运动，每个方向都是由伺服电机驱动，机械装置传动，其运动过程也要遵守此规律，因此，需要对飞机部件的位姿路径进行规划，以使三坐标定位器的各向支链按照规划出的轨迹运动，从而获得良好的动力学性能。文献“机器人学”(蔡自兴，北京，清华大学出版社，2000)介绍了5种方法规划机器人的关节轨迹，分别为：三次多项式插值法、过路径点的三次多项式插值法、五次多项式插值法、抛物线过渡的线性插值法和过路径点的抛物线过渡的线性插值法。其中三次多项式插值法、抛物线过渡的线性插值法可实现机器人关节的位置、速度连续插值，而五次多项式法可实现位置、速度和加速度的连续插值，获得良好的动力学特性。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种飞机部件位姿调整路径规划方法。

飞机部件位姿调整路径规划方法包括如下步骤：

1)建立全局坐标系OXYZ，在待调整飞机部件上固结一个局部坐标系O′X′Y′Z′；

2)在全局坐标系下计算出待调整飞机部件的当前位姿与目标位姿；

3)将待调整飞机部件的自动调整路径处理为一次平移和一次旋转，从当前位姿到达目标位姿；

4)根据位姿的相对调整量生成待调整飞机部件的点动调整路径；

5)根据自动调整路径与点动调整路径规划出定位器与待调整飞机部件的球铰联结点的轨迹。

所述的在全局坐标系下计算出待调整飞机部件的当前位姿与目标位姿步骤：

1)计算出当前或目标位姿下，待调整飞机部件局部坐标系原点O′在全局坐标系OXYZ下的坐标，表达待调整飞机部件的当前或目标位置P＝[P_x，P_y，P_z]^T；