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机器人钻铆系统铆接单元及工艺技术韩洁;肖庆东;杜兆才【摘要】分析铆接工艺,结合机器人钻铆特点,确定自动铆接单元的工艺方案,突破机器人钻铆系统铆枪匹配、铆枪进给、上钉顶铆等关键技术.机器人自动制孔之后,自动铆接单元可以完成送钉、顶铆、铆接等功能,有效提高钻铆效率.%Analysis of riveting process and combining with the robot characteristics,the process of automatic riveting system unit is determined.The problems of robot drilling and riveting unit process matching,feed control,and nail rivetsing are solved.After the robot drilling & riveting system completes the automatic drilling,automatic riveting unit can complete nailfeeding,riveting and other functions.The riveting unit improves the drilling & riveting efficiency effectively.【期刊名称】《航空制造技术》【年(卷),期】2017(000)006【总页数】5页(P95-99)【关键词】机器人;自动铆接;铆接工艺【作者】韩洁;肖庆东;杜兆才【作者单位】中国航空制造技术研究院数字化制造航空科技重点实验室,北京100024;中国航空制造技术研究院数字化制造航空科技重点实验室,北京100024;中国航空制造技术研究院数字化制造航空科技重点实验室,北京100024【正文语种】中文随着现代航空产品装配技术的发展，自动铆接技术有了很大进步，在航空产品制造中的应用已经达到了一个新的水平。
《一种3自由度自动钻铆机构的运动学分析与优化设计》篇一一、引言随着现代制造业的快速发展，自动化和智能化已成为制造行业的重要趋势。
其中，自动钻铆机构作为航空、汽车等制造领域的关键设备，其性能的优劣直接影响到产品的质量和生产效率。
本文针对一种3自由度自动钻铆机构进行运动学分析与优化设计，以提高其工作性能和效率。
二、3自由度自动钻铆机构概述3自由度自动钻铆机构是一种具有三个方向运动能力的设备，包括沿X轴、Y轴和Z轴的移动。
这种机构能够在三维空间内进行精确的定位和运动，实现自动化钻铆作业。
其结构主要由驱动系统、传动系统、执行机构等部分组成。
三、运动学分析1. 运动学模型建立为进行运动学分析，首先需要建立3自由度自动钻铆机构的运动学模型。
该模型应包括机构的主要部件、连接方式、驱动方式等。
通过分析机构的运动传递关系，确定各部件之间的相对运动关系。
2. 运动轨迹规划运动轨迹规划是自动钻铆机构运动学分析的关键步骤。
根据实际需求，规划出机构在钻铆过程中的运动轨迹。
通过优化轨迹规划，可以提高机构的运动效率和精度。
3. 运动学仿真与分析利用计算机仿真软件对3自由度自动钻铆机构进行运动学仿真。
通过仿真分析，可以验证机构运动的可行性和稳定性，以及评估机构的性能指标。
四、优化设计1. 结构优化针对3自由度自动钻铆机构的结构进行优化设计。
通过改进机构的传动系统、驱动系统等部分，提高机构的刚度和精度。
同时，优化机构的布局和尺寸，以减小机构的体积和重量。
2. 控制策略优化为提高3自由度自动钻铆机构的控制性能，需要对其控制策略进行优化。
通过引入先进的控制算法和传感器技术，实现机构的高精度、高速度控制。
同时，优化控制系统的响应速度和稳定性，以提高机构的整体性能。
3. 工艺参数优化针对3自由度自动钻铆机构的工艺参数进行优化。
通过分析钻铆过程中的力、速度、加速度等参数，确定最优的工艺参数组合。
这有助于提高机构的钻铆效率和产品质量。
五、实验验证与结果分析为验证3自由度自动钻铆机构的运动学分析与优化设计效果，进行实际实验验证。
机器人自动钻铆系统集成控制技术*张 晋，田 威，周 敏，田林山（南京航空航天大学机电学院，南京210016）[摘要] 针对飞机自动化装配中对机器人自动钻铆系统设备的控制要求，设计一套以工业机器人为载体，基于Beckhoff 控制系统的自动钻铆设备。
该控制系统以现场总线的方式，将工业机器人、扩展地轨、多功能末端执行器、刀库以及其他附属设备通过Beckhoff 的核心控制软件联系在一起，实现对加工现场的实时控制。
并通过一系列的精度补偿措施在多个环节对误差进行修正补偿以提高精度。
试验表明，该套系统可达到末端制孔定位精度± 0.5mm ，垂直精度± 0.3°，孔径精度H8，锪窝深度精度± 0.01mm 。
关键词：自动化钻铆；集成控制；机器人；末端执行器；地轨DOI: 10.16080/j.issn1671-833x.2017.09.038航空工业是国家级战略性产业，是世界大国间竞争的超级产业的重要组成部分，是一个关系国家经济命脉和国防安全的高技术产业[1]。
在航空制造领域中，基于工业机器人的柔性装配钻铆技术凭借其高效率、高质量和高可靠性等显著优势，已成为飞机数字化柔性装配的重要发展趋势[2-4]。
目前，国外著名的飞机装配设备制造厂家生产了许多大型的面向飞机装配的自动化设备，并已经在空客A380、波音787、JSF 战斗机等产品的研制过程中得到应用，效果相当显著，不仅在很大程度上降低了飞机的研发制造成本、缩短了生产周期，并且飞机等航空装备的装配质量也大大提高[5]。
在国内，北京航空航天大学、南京航空航天大学、浙江大学和西北工业大学都对此进行了较为深入的研究，但对其控制方式、研究思想不太相同，而且大部分研究只是在制孔和检测方面较深入。
本文针对机器人自动化钻铆系统的集成控制技术进行了研究，在精度的控制方面，针对各个工作环节可能造成的误差提出了多种在线或者离线的精度补偿的方法，例如制孔前的基准检测和法向找正等，并且在制孔锪窝时的精度控制等一些关键的技术上进行改进和优化，设计了一套面向飞机装配的机器人自动钻铆设备[6-11]。
一种基于3-RPC/6-UPS并联机构的自动钻铆机器人覃哲姜守帅（桂林航天工业学院机械工程学院，广西桂林541004）摘要提出一种基于3-RPC/6-UPS并联机构的自动钻铆机器人，旨在完成飞机壁板的钻铆加工任务。
执行钻铆加工时，机器人相当于一台固定式并联机床；步行时，机器人可以视为一个足式机器人。
建立了控制机器人钻铆执行器的6-UPS并联机构逆运动学模型，采用数值搜索方法得到钻铆执行器末端的工作空间。
建立了控制机器人行走的3-RPC并联机构逆运动学模型，采用数值搜索方法绘制出3-RPC并联机构上、下平台的工作空间，使用五次多项式对控制机器人行走的驱动杆进行位移轨迹规划，在虚拟软件中实现了机器人样机的平稳行走。
该研究工作可为设计新型的面向大型结构件加工的移动式机器人奠定理论基础。
关键词并联机构飞机壁板3-RPC6-UPS钻铆An Automatic Drilling and Riveting Robot based on3-RPC/6-UPS Parallel MechanismQin Zhe Jiang Shoushuai（College of Mechanical Engineering，Guilin University of Aerospace Technology，Guilin541004，China）Abstract An automatic drill and riveting robot based on3-RPC/6-UPS parallel mechanism is proposed to complete the drilling and riveting task of aircraft panel.The robot is equivalent to be a fixed parallel machine tool when performing drilling and riveting，and it also can be seen as a standing robot while walking.The in‐verse kinematics model of6-UPS parallel mechanism in charge of controlling the robot drilling and riveting ac‐tuator is established.The working space for the end of drilling and riveting actuator is obtained by numerical search method.The inverse kinematics model of3-RPC parallel mechanism in charge of controlling the robot walking is established.The working space of the upper and lower platform of the3-RPC parallel mechanism is drawn by numerical search method.The displacement trajectory of the driving rod controlling the robot walking is planned by quintic polynomials，and the smooth walking of the robot prototype is realized in the virtual soft‐ware.The research work could lay a theoretical foundation for the design of a new type of mobile robot for large-scale structural parts processing.Key words Parallel mechanism Aircraft pane3-RPC6-UPS Drilling and riveting0引言飞机壁板的连接质量对飞机的气动外形及其疲劳寿命有着至关重要的影响，而自动钻铆技术被广泛应用于飞机壁板的制孔和铆接，铆接的质量直接关乎着飞机的飞行安全[1-3]。
第一章前言1.1 前言飞机制造中铆接装配占有十分重要的地位，据估算，飞机装配劳动量约占整个飞机制造劳动量的40%～50%，其中铆接占30%。
随着对飞机性能要求的不断提高，人们愈来愈重视铆接质量，使其适应质量稳定、生产速率高、疲劳寿命长的要求。
在这样的背景下，自动钻铆技术开发成功并首先在世界著名的航空企业波音、空中客车公司中得到应用，由此迈开飞行器装配自动化的步伐，并逐渐显示出其强大技术优势，促进了飞机装配的历史性变革。
随着我国航空工业军民用飞机性能、水平等方面的不断提高，航空企业在铆接装配中也在不断地探索应用自动钻铆技术。
1.2 自动钻铆技术概述自动钻铆技术从上个世纪50年代开始起步，经历了手动、半自动化、全自动化等阶段，在其发展过程中，不断吸收了其他技术，如自动控制、传感器、计算机仿真、计算机远程控制和远程通信以及机器人等领域中的新技术和新工艺。
自动钻铆技术也因此成为一门综合多学科、多技术的专用技术，并逐渐向多任务集成、智能化、网络化方向发展。
当今世界飞机制造技术的发展趋势表明，在很长一段时间内，铆接技术仍将是飞行器结构部件最可靠的连接技术。
然而旧的铆接方法手工作业劳动强度高，铆接质量差，己不能满足现代飞机生产制造的要求。
自动钻铆技术已成为飞机制造业发展的必然趋势。
当代飞机制造技术的发展，对疲劳寿命、密封、防腐的要求越来越高，为了满足飞机对各种性能的要求，航空制造领域发展了各种先进技术，其中机械连接的干涉配合无头铆钉自动钻铆技术就是其中之一(图1-1为国外自动钻铆机)。
早期的自动钻铆技术仅限于单机的过程自动化，只能完成自动的切削加工和铆接等过程，尚不具备自动化定位的特点，可以看作是单台的加工机床。
随着现代工程技术、自动化技术、数字制造技术和人工智能技术的日益完备和发展，自动钻铆技术实现了实质性的突破，已经初步形成了自动化装配系统。
该系统的出现不仅大大提高了飞机制造的经济效益、社会效益和环境生态效益，而且对改进飞机设计方式和提高工艺技术水平也有明显的促进和推动作用，主要表现在以下几个方面：(1)通过数字化模型和智能化定位控制来完成飞行器组件的自动化装配。
图片简介:本技术介绍了一种用于自动钻铆机器人的对刀装置及其对刀方法，对刀仪套接在套筒中，套筒左右端面平行且套筒右端面与对刀仪对刀面齐平，套筒下方安装有气嘴，气体通过气嘴喷向对刀仪对刀面，套筒左端面通过柔性结构连接在直角支架竖板上，直角支架横板固定在转接板上，对刀装置通过转接板与刀库本体相连接。
本技术的对刀装置采用柔性结构可以自动保证对刀仪与机器人末端执行器间的相对位置精度和对刀仪的对刀面与刀具轴线间的垂直度，高压气流通过气嘴喷向对刀仪对刀面以清理干净其表面灰尘和碎屑等，提高了钻铆机器人对刀精度和一致性，限位装置可避免对刀仪移动过后而损坏，对刀前无需精准地示教机器人的点位，对工人操作要求低，对刀操作便捷。
技术要求1.一种用于自动钻铆机器人的对刀装置，包括对刀仪（1），其特征在于，所述对刀仪（1）套接在套筒（2）中，所述套筒（2）的左右端面平行且套筒（2）的右端面与对刀仪（1）的对刀面齐平，所述套筒（2）下方安装有气嘴（3），气体通过所述气嘴（3）喷向对刀仪（1）的对刀面，所述套筒（2）的左端面通过柔性结构（4）连接在直角支架（5）的竖板上，所述直角支架（5）的横板固定在转接板（6）上，所述对刀装置通过转接板（6）与刀库本体相连接。
2.根据权利要求1所述的用于自动钻铆机器人的对刀装置，其特征在于：所述对刀仪（1）套接在套筒（2）中，对刀仪（1）的对刀面与套筒（2）的右端面共面，对刀仪（1）的底座伸出套筒（2）并通过内六角圆柱头螺钉（7）与套筒（2）左端面锁紧固定。
3.根据权利要求2所述的用于自动钻铆机器人的对刀装置，其特征在于：所述气嘴（3）通过十字槽圆柱螺钉（8）配合垫片（9）锁紧固定在套筒（2）下方，所述气嘴（3）内部开设有气道，所述气道入口通过气管接头外接气管，并通过电磁阀控制吹气，所述气道出口朝向对刀仪（1）的对刀面。
4.根据权利要求3所述的用于自动钻铆机器人的对刀装置，其特征在于：所述套筒（2）底部开设有排屑槽（2-1），方便灰尘和碎屑等的排出。
精度不够，技术来凑——提高飞机自动钻铆工业机器人精度的补偿技术！随着我国航空工业的不断进步，四代机、无人机以及大飞机正逐渐成为研发的热点与重点，航空制造技术正迎接新的挑战。
面对新型飞机高质量、高精度的技术需求，传统的人工作业渐渐力不从心，研制先进的智能制造装备迫在眉睫。
航空制造领域最具有代表性的是基于工业机器人的自动钻铆系统。
在飞机自动钻铆系统中，工业机器人是主要的运动载体，负责将自动钻铆末端执行器定位至待加工孔位，因此飞机自动钻铆系统的工业机器人在工作时以点位控制为主。
飞机部件产品尺寸大、孔位多，对孔的位置精度和法向精度要求较高，为保证机器人编程的效率和精度，机器人的工作任务和定位程序必须通过离线编程系统进行规划和生成，因此离线编程是飞机自动钻铆系统的必要组成部分。
而要使离线编程技术能够有效地应用于飞机部件的自动钻铆，必须保证工业机器人具有足够高的绝对定位精度（即机器人实际定位位置与其运动指令位置之间的差异）。
由于离线编程是通过指定末端执行器刀尖点（TCP）在加工坐标系中的绝对位置来对机器人进行编程的，因此机器人执行离线程序时的定位精度依赖于机器人的绝对定位精度。
现实的问题在于，尽管工业机器人通常具有较高的重复定位精度（即机器人重复执行同一运动指令时定位位置的差异），但是其绝对定位精度是比较低的。
重复定位精度达到±0.1mm 的机器人，其本体的绝对定位精度往往仅有±2~3mm；再加上末端执行器到TCP 的误差传递，机器人系统的绝对定位精度将进一步降低。
一般而言，飞机产品要求孔的位置精度达到±0.5mm，然而目前尚未有重载工业机器人的绝对定位精度能够直接满足这一要求。
因此，提高工业机器人的绝对定位精度是飞机自动钻铆系统所必须解决的核心问题之一，也是将工业机器人应用于其他任何领域的关键。
工业机器人的精度补偿技术能够有效解决制造装备自身精度与产品精度要求之间的矛盾。
国外飞机制造装备企业，如美国EI（Electroimpact）和德国BR?ETJE 公司在其自主研发的机器人自动钻铆设备中使用了精度补偿技术，EI 公司采用标定与关节闭环反馈相结合的技术（图1），使该公司的ONCE （ONe-sided Cell End effector）系统定位精度达到±0.25mm；BR?ETJE公司的RACe(Robot Assembly Cell) 系统中采用了“标定—压力补偿—网格补偿—温度补偿”的多手段结合的精度补偿包（图2），使得机器人系统的定位精度达到±0.3mm。
《一种3自由度自动钻铆机构的运动学分析与优化设计》篇一一、引言自动钻铆技术作为航空、汽车、轨道交通等制造领域的重要工艺，其效率与精度直接关系到产品的质量与生产效率。
3自由度自动钻铆机构是实现复杂空间运动轨迹、精确控制钻铆过程的关键设备。
本文将详细分析一种3自由度自动钻铆机构的运动学特性，并对其结构进行优化设计，以提高其工作性能和效率。
二、3自由度自动钻铆机构概述3自由度自动钻铆机构主要由驱动系统、执行机构、传感器等部分组成。
其中，执行机构是本文研究的重点，其具备沿X、Y、Z轴的移动自由度，可实现空间内的任意位置和姿态调整。
该机构通过精确控制各轴的移动，完成钻铆过程中的定位、钻孔、铆接等操作。
三、运动学分析1. 运动学模型建立为准确描述3自由度自动钻铆机构的运动特性，建立其空间运动学模型。
该模型以各轴的位移、速度和加速度为基本参数，通过数学方程描述机构的空间运动轨迹。
2. 运动学仿真分析利用专业仿真软件对3自由度自动钻铆机构的运动过程进行仿真分析。
通过模拟实际工作过程中的各种工况，分析机构的运动轨迹、速度、加速度等参数，评估机构的运动性能。
四、结构优化设计1. 设计目标与约束条件针对3自由度自动钻铆机构的实际工作需求，设定优化目标为提高工作效率、降低能耗、提高钻铆精度。
同时，考虑机构的制造、安装、维护等因素，设定一系列约束条件。
2. 结构优化方法（1）材料选择：选用高强度、轻质材料，降低机构重量，提高运动速度。
（2）驱动系统优化：采用高性能电机和控制器，提高驱动系统的响应速度和精度。
（3）执行机构优化：通过优化各轴的布局和传动方式，减小运动过程中的摩擦阻力，提高运动平稳性。
（4）传感器优化：采用高精度传感器，实时监测机构的位置、速度和加速度等参数，为精确控制提供依据。
五、实验验证与结果分析1. 实验验证为验证优化后的3自由度自动钻铆机构的性能，进行实际工况下的实验验证。
通过对比优化前后机构的工作效率、能耗、钻铆精度等参数，评估优化效果。
机器人钻铆系统研究现状及发展趋势杜兆才;姚艳彬;王健【期刊名称】《航空制造技术》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】6页(P26-31)【作者】杜兆才;姚艳彬;王健【作者单位】中航工业北京航空制造工程研究所;中航工业北京航空制造工程研究所;中航工业北京航空制造工程研究所【正文语种】中文飞机结构件连接质量极大地影响飞机气动外形的准确性和寿命[1]，而连接质量难以满足新型飞机对高性能的要求，已成为我国飞机制造业的薄弱环节[2]。
铆接是主要的连接形式，采用先进的制孔和铆接技术是提高飞机装配质量的有效技术途径。
据统计，70%的飞机机体疲劳失效事故起因于结构连接部位疲劳失效，其中80%的疲劳裂纹发生于连接孔处，因此，制孔质量至关重要。
手工制孔质量一致性差，提高精度需借助于专门的工装和夹具，成本高，可复用性差。
手工制孔过程繁琐，且易形成缺陷。
手工铆接容易产生孔径超差、铆钉孔错位、埋头窝过深、镦头偏斜及夹层有间隙等缺陷。
由于手工铆接力较小，铆钉杆镦粗不均匀，钉杆呈圆锥形，易使工件产生翘曲变形，且手工铆接难以胜任高干涉量的铆接。
采用自动化钻铆设备实现大型构件的制孔和铆接是提高装配质量和效率的有效途径[3]。
据统计，自动铆接效率比人工铆接高10倍，由于质量稳定可靠，结构疲劳寿命可提高5～6倍。
目前主要有3种自动化钻铆设备：自动钻铆机、龙门式自动钻铆系统和机器人自动钻铆系统。
前两种设备应用范围有限，要求构件的曲率变化较小，且对空间比较局促的区域无能为力。
随着工业机器人的位置精度、负载能力的提高，以及误差补偿技术、高速切削技术、实时仿真技术、软件技术的发展，工业机器人成为一种高效的工作平台。
与自动钻铆机等设备相比，工业机器人具有成本低、灵活性高、安装空间小及自动化程度高等优点[4]，对工件的适应性好，且可以通过扩展轴长距离移动，能完成多个区域的钻铆，而无需移动工件，比传统的自动钻铆方式效率高。
借助专用编程软件，可以实现自动加工程序的离线编程和模拟加工。
