为满足大型航空薄壁曲面工件的加工需求,设计了一种5自由度锤铆机器人。针对该机器人的特点,结合李群李代数及螺旋理论,建立并求解了其运动学模型;利用指数积公式推导出该机器人的雅可比矩阵,并使用刚度映射理论,求解出该机器人的刚度矩阵;运用有限元和Matlab仿真软件,对一般位姿与极限位姿下的末端变形量进行仿真验证,给出了该机器人在任务空间中随位姿变化的刚度分布图。仿真结果表明,与理论计算值相比较误差不超过10%,验证了所建立刚度模型的正确性和有效性,为后续工作路径优化提供了重要参考。

为提高航空导管的加工效率,配合数控弯管机进行直管弯曲加工工作,设计了一种新型三坐标式导管搬运机器人。该机器人在搬运导管的工作过程中,其静刚度与动态特性是影响工作质量与精度的重要因素。针对该三坐标式搬运机器人的特点,利用旋量理论求解出该机器人的雅可比矩阵;利用有限元仿真软件对其进行静刚度分析,找出机器人工作的极限位姿,并对该机器人位姿进行模态仿真分析;结合静刚度映射理论对其进行静刚度辨识试验并求解出其刚度矩阵,进行了模态试验;试验分析结果与仿真结果进行对比,误差均不超过10%,验证了所建立模型的有效性。从而保证了搬运机器人较高的工作质量与连续性。

钻铆机器人广泛应用于航空薄壁件加工装配中,当末端配备重载执行器进行钻铆作业时,因受到自身重力和横向切削力的影响会导致末端变形,加工质量变差,工业机器人这种弱刚性限制了其在精密加工领域的发展。以工业机器人自动钻铆系统为研究对象,建立运动学模型;选择合适的试验进行关节刚度辨识;在刚度模型基础上定义关节刚度性能指标;并通过粒子群优化算法寻找工业机器人作业时刚度最大位姿,确定所处位姿的关节角参数。通过选择合适的加工位姿提升工业机器人的刚度性能,保证孔位加工质量,提高生产效率,也可避免危险事故的发生。通过以上研究,可以求得符合钻铆工况下刚度最优的机器人工作位姿,并在假设实验中,验证了该姿态优化方法的可行性和有效性。