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Auto-normalization algorithm for robotic precision drilling system in aircraft component assembly

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Chinese Journal of Aeronautics 2013年第2期26卷 495-500页

作者： Tian Wei Zhou Weixue Zhou Wei Liao Wenhe zeng yuanfan College of Mechanical and Electrical Engineering Nanjing University of Aeronautics and Astronautics

A novel approach is proposed to detect the normal vector to product surface in real time for the robotic precision drilling system in aircraft component assembly, and the auto-normalization algorithm is presented based on the detection system. Firstly, the deviation between the normal vector and the spindle axis is measured by the four laser displacement sensors installed at the head of the multi-function end effector. Then, the robot target attitude is inversely solved according to the auto-normalization algorithm. Finally, adjust the robot to the target attitude via pitch and yaw rotations about the tool center point and the spindle axis is corrected in line with the normal vector simultaneously. To test and verify the auto-normalization algorithm, an experimental platform is established in which the laser tracker is introduced for accurate measurement. The results show that the deviations between the corrected spindle axis and the normal vector are all reduced to less than 0.5°, with the mean value 0.32°. It is demonstrated the detection method and the autonormalization algorithm are feasible and reliable.

关键词： Aircraft assembly Auto-normalization Industrial robots Normal vector detection Robotic precision drilling

Determination of optimal samples for robot calibration based on error similarity

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Chinese Journal of Aeronautics 2015年第3期28卷 946-953页

作者： Tian Wei Mei Dongqi Li Pengcheng zeng yuanfan Hong Peng Zhou Wei College of Mechanical and Electronical Engineering Nanjing University of Aeronautics and Astronautics

Abstract Industrial robots are used for automatic drilling and riveting. The absolute position accuracy of an industrial robot is one of the key performance indexes in aircraft assembly, and can be improved through error compensation to meet aircraft assembly requirements. The achiev- able accuracy and the difficulty of accuracy compensation implementation are closely related to the choice of sampling points. Therefore, based on the error similarity error compensation method, a method for choosing sampling points on a uniform grid is proposed. A simulation is conducted to analyze the influence of the sample point locations on error compensation. In addition, the grid steps of the sampling points are optimized using a statistical analysis method. The method is used to generate grids and optimize the grid steps of a Kuka KR-210 robot. The experimental results show that the method for planning sampling data can be used to effectively optimize the sampling grid. After error compensation, the position accuracy of the robot meels the position accuracy require- ments.

关键词： Aircraft assembly Error compensation Positioning accuracy Robotics Sampling grid

Hardware Design and Test of a Gear-Shifting Control System of a Multi-gear Transmission for Electric Vehicles

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Automotive Innovation 2019年第3期2卷 212-222页

作者： Feng Tian Liqi Sui yuanfan zeng Bo Li Xingyue Zhou Lijun Wang Hongxu Chen State Key Laboratory of Automotive Safety and Energy School of Vehicle and MobilityTsinghua UniversityBeijing 10084China Beijing Spacecrafts China Academy of Space TechnologyBeijing 100080China Yibin Fengchuan Power Technology Co. Ltd.Yibin 644600SichuanChina

The performance of electric vehicles is affected by the shift quality of multi-gear *** realization of dual-target tracking control requires the transmission control unit(TCU)to accurately measure and process the input signals of the gear-shifting control system and precisely control the drive motor torque and the position of shift *** electric-vehicle-dedicated TCU was designed to meet the above design *** function modules included a single-chip control circuit,shift position signal sampling circuit,signal conditioning circuit of the rotational speed and angle,controller area network communication circuit,and shift motor drive circuit.A hardware-in-the-loop simulation test system showed that the TCU design scheme met measurement accuracy requirements and coordinated the actions of the shift actuator and motor control unit to achieve fast and smooth shifting before the road *** power interruption time of the shifting process was within 350 *** reliability of the TCU design was further verified in a 150,000-km vehicle road test.

关键词： Electric vehicles Transmission control unit Multi-gear transmission Dual-target tracking control Hardware design Gear-shifting control

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面向精度补偿的工业机器人采样点多目标优化

机器人 2017年第2期39卷 239-248页

作者：曾远帆廖文和田威南京航空航天大学机电学院江苏南京210016

针对基于误差相似性的机器人精度补偿方法,提出一种机器人采样点的多目标优化方法.首先,定性分析了采样点对于精度补偿效果的影响,并根据精度补偿的工程应用需求,提出了最优采样点的特征和数学模型.其次,为解决最优采样点的优化问题,提... 详细信息

针对基于误差相似性的机器人精度补偿方法,提出一种机器人采样点的多目标优化方法.首先,定性分析了采样点对于精度补偿效果的影响,并根据精度补偿的工程应用需求,提出了最优采样点的特征和数学模型.其次,为解决最优采样点的优化问题,提出了基于NSGA-Ⅱ(快速非支配排序遗传算法)的采样点多目标优化方法.最后,试验验证和比较分析表明,最优采样点能够将机器人的最大定位误差由1.4953 mm降低至0.2752 mm,补偿效果优于另外2组随机采样点,验证了本文方法的可行性和有效性.

关键词：精度补偿最优采样点多目标优化遗传算法

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空间网格化的机器人变参数精度补偿技术

机器人 2015年第3期37卷 327-335页

作者：洪鹏田威梅东棋曾远帆南京航空航天大学机电学院江苏南京210016

现有的机器人参数辨识的方法所能提高的绝对定位精度有限,是由于关节和连杆柔度等非几何因素造成误差在空间中分布不均匀.为此,本文提出了一种变参数误差模型.由于各轴之间耦合,为了便于求解,提出采用空间网格来处理该变参数误差模型,... 详细信息

现有的机器人参数辨识的方法所能提高的绝对定位精度有限,是由于关节和连杆柔度等非几何因素造成误差在空间中分布不均匀.为此,本文提出了一种变参数误差模型.由于各轴之间耦合,为了便于求解,提出采用空间网格来处理该变参数误差模型,同时提出了一套规则的参数辨识采样点选取方法.利用改进型的Levenberg-Marquardt迭代最小二乘法求出各网格对应的参数误差的全局收敛解.最后,利用激光跟踪仪在KUKA工业机器人上进行运动学标定验证补偿效果.验证结果表明:能将机器人的绝对定位精度平均值从0.901 mm提高到0.115 mm.

关键词：绝对定位精度变参数空间网格改进型Levenberg-Marquardt迭代最小二乘法

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面向飞机装配的机器人定位误差和残差补偿

航空学报 2017年第4期38卷 287-297页

作者：何晓煦田威曾远帆廖文和向勇南京航空航天大学机电学院南京210016

工业机器人由于其高柔性和低成本而被越来越多地应用到飞机自动钻铆系统中,使用精度补偿有效地提高机器人的绝对定位精度是保证产品质量的关键,为进一步提高机器人末端定位精度,提出了基于误差相似度的残差补偿方法。首先使用基于运动... 详细信息

工业机器人由于其高柔性和低成本而被越来越多地应用到飞机自动钻铆系统中,使用精度补偿有效地提高机器人的绝对定位精度是保证产品质量的关键,为进一步提高机器人末端定位精度,提出了基于误差相似度的残差补偿方法。首先使用基于运动学参数标定的方法辨识出机器人的几何参数误差,再利用基于误差相似度的方法对残余误差进行估计,实现对机器人的误差和残差的补偿。以工业机器人KUKA KR-30 HA为对象所进行的试验验证表明,机器人的绝对定位精度平均值由补偿前的0.879mm经过定位误差补偿后提高到0.194mm,经过残差补偿后进一步提高到0.141mm,经过定位误差和残差补偿后的机器人最大误差由1.492mm降低为0.296mm,最大绝对定位精度误差降低了80.16%。该方法能有效地补偿参数辨识后遗留的残差,进一步提高机器人的定位精度。

关键词：飞机装配精度补偿残差补偿最小二乘法误差相似度

考虑齿轮耦合振动的换挡过程非线性动力学分析

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清华大学学报（自然科学版） 2020年第2期60卷 109-116页

作者：隋立起田丰李波曾远帆田光宇陈红旭清华大学汽车安全与节能国家重点实验室北京100084 宜宾丰川动力科技有限公司宜宾644600

为分析电驱动机械变速器换挡过程接合套和接合齿圈的动态特性,该文建立了考虑齿轮耦合振动的换挡过程非线性动力学模型。该模型中,接合套和接合齿圈在接合过程中的接触冲击由非线性接触力学模型描述,含间隙的传动齿轮非线性振动由齿轮... 详细信息

为分析电驱动机械变速器换挡过程接合套和接合齿圈的动态特性,该文建立了考虑齿轮耦合振动的换挡过程非线性动力学模型。该模型中,接合套和接合齿圈在接合过程中的接触冲击由非线性接触力学模型描述,含间隙的传动齿轮非线性振动由齿轮动力学集中质量法建模描述。这2种非线性运动过程最后由统一的动力学方程耦合。考虑到接合套和接合齿圈不同的接合状态,总结了5种状态,并分别列出其耦合动力学方程,进而通过Runge-Kutta法对系统动态特性进行了仿真计算。所得的仿真结果与实验结果相吻合,证明了该模型的正确性。在此基础上,分析接合套和接合齿圈的接触冲击力,结果表明:即使仅存在微小的转速差和转角差,瞬时冲击力也高达23 800 N。该仿真结果对于接合套和接合齿圈的优化设计及提升换挡品质具有重要意义。

关键词：电动汽车电驱动机械变速器接触冲击齿轮动力学非线性动力学

附加外部轴的工业机器人自动钻铆系统分站式任务规划与控制技术

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中国机械工程 2014年第1期25卷 23-27页

作者：田威戴家隆周卫雪曾远帆廖文和南京航空航天大学南京210016

附加外部轴的工业机器人自动钻铆系统是飞机部件自动化装配的典型装备,传统的七轴联动工作模式对外部轴的制造精度和安装精度提出了很高的要求,导致实施成本高、周期长,故提出外部轴分站式工作模式。分析了机器人自动钻铆系统组成和工... 详细信息

附加外部轴的工业机器人自动钻铆系统是飞机部件自动化装配的典型装备,传统的七轴联动工作模式对外部轴的制造精度和安装精度提出了很高的要求,导致实施成本高、周期长,故提出外部轴分站式工作模式。分析了机器人自动钻铆系统组成和工作流程,讨论了分站式工作模式下机器人任务规划的方法,研究了离散局部闭环伺服控制策略。试验平台测试结果表明,该方法将外部轴的重复定位精度从0.2mm提高到0.02mm。

关键词：工业机器人外部轴分站工作模式任务规划伺服控制

面向飞机自动钻铆系统的工业机器人精度补偿技术

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航空制造技术 2016年第18期59卷 46-52页

作者：曾远帆田威廖文和南京航空航天大学机电学院南京210016

新型飞机对我国航空制造业提出了更高的要求,工业机器人在飞机自动钻铆系统中的应用越来越广泛。由于工业机器人自身的绝对定位精度无法满足飞机自动钻铆系统的精度要求,研究机器人的精度补偿技术显得至关重要。分别对基于运动学标定、... 详细信息

新型飞机对我国航空制造业提出了更高的要求,工业机器人在飞机自动钻铆系统中的应用越来越广泛。由于工业机器人自身的绝对定位精度无法满足飞机自动钻铆系统的精度要求,研究机器人的精度补偿技术显得至关重要。分别对基于运动学标定、基于非参数标定和基于实时反馈的机器人精度补偿技术进行了简要的介绍。

关键词：精度补偿机器人学参数标定非参数标定自动钻铆系统