飞行器柔性工装智能控制系统技术方案

本发明专利技术提出一种飞行器柔性工装智能控制系统，包括坐标提取系统、决策控制系统和执行机构，所述坐标提取系统，用于对待加工的工件的进行曲面数字建模，并提取所述工件的支撑点坐标信息，以及生成工件坐标信息文件并发送给决策控制系统；所述决策控制系统，用于根据所述工件坐标信息文件对执行机构的动作进行规划和决策，并生成对应的控制指令发送给所述执行机构。本发明专利技术提供了一种实现飞行器大型曲面薄壁零件加工中装夹、定位的柔性工装智能控制系统，其以高性能工业控制计算机为核心进行运算和控制，由智能控制主板实现对双机器人的协同运动控制，通过对柔性工装上各支撑单元的移动操纵，实现各支撑单元在柔性工装机床上的合理均布。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机械制造领域，特别涉及飞行器制造
，更特别地涉及一种飞行器柔性工装智能控制系统，用于加工飞行器的曲面薄壁零件。
技术介绍
为了解决飞行器大型薄壁件的加工问题，美国、西班牙等国的技术人员进行了多 年的研究工作，开发了各种柔性装配工具技术。1990年，美国的Rohr Industries，Incl公 司开发了柔性机器人工作单元，用于机身部件的装配；1994年 2001年，美国CAN制造系 统公司研发了基于POGO单元的柔性工装系统POGO flexible tooling system，已经被波 音等多家飞机制造企业应用到生产中。2004年西班牙M. Torres公司开发了自己的飞机柔 性装配工具，并大量应用于实际生产中。M. Torres集团公司是为航空工业设计和制造专用 机床及自动化装配系统的公司。在公司为世界飞机制造业交付的众多产品中，有一套知名 的、且经过验证为非常成功的系统，即用于蒙皮壁板高速切边和钻铣加工的解决方案，又称 T0RRESMIL和T0RREST00L系统。T0RREST00L系统的结构特征为(I)X轴排架可在两个独 立的导轨上滚动；(2)在每个Y轴鞍座上，都有Z轴的移动式升降装置；(3)在每个Z轴移动 式升降装置上都有真空支持系统，以固定工件。以上所述的T0RREST00L系统，作为一种典型的多轴柔性装夹系统，其优点主要体 现在，能够快速适应不同的待加工曲面，并且可以根据加工位置和受力集中程度来调整支 撑密度，保证加工精度。但是这种多轴柔性装夹系统，存在一些明显的缺陷，主要表现在 (1)每个排架和鞍座都有一套独自的电机驱动装置，独立轴数目过多，这给数控系统造成很 大的负担；(2)由于各自电机驱动装置的存在，排架和鞍座的体积都很大，造成两个支撑点 之间的最短距离也比较大，不利于加工中工件受力集中部分的支撑。
技术实现思路
为了解决以上问题，本专利技术提出了一种机器人化飞行器柔性工装智能控制系统， 其通过双机器人的协同工作完成各支撑单元的X向和Y向定位，只有Z向定位由支撑单元 自身驱动控制装置完成。这样以来，一方面大大精简了柔性工装的整体机械结构，而且可以 使其数控系统的负担大大减轻，同时也避免了由于支撑单元机构过于庞大而造成的支撑点 间距较大的问题，从而达到提高工件支撑精度以及减小加工中工件受力变形的良好效果。为达到上述目的，本专利技术一方面提出一种飞行器柔性工装智能控制系统，包括坐 标提取系统、决策控制系统和执行机构，所述坐标提取系统，用于对待加工的工件的进行曲 面数字建模，并提取所述工件的支撑点坐标信息，以及生成工件坐标信息文件并发送给决 策控制系统；所述决策控制系统，用于根据所述工件坐标信息文件对执行机构的动作进行 规划和决策，并生成对应的控制指令发送给所述执行机构；所述执行机构包括两个机床 导轨；分别沿所述机床导轨移动的两个机器人；多个位于机床平面且与所述机床导轨方向 垂直的可沿所述机床导轨方向平移的动梁；多个位于所述动梁之上且可沿所述动梁轨道滑行的支撑单元；控制所述机器人运动的机器人运动控制器和控制所述支撑单元运动的支撑 单元运动控制器，其中，所述机器人运动控制器和所述支撑单元运动控制器由所述决策控 制系统发出的控制指令进行控制。 在本专利技术的一个实施例中，所述坐标提取系统包括工控机，所述工控机与所述决 策控制系统通过串口相连。在本专利技术的一个实施例中，所述决策控制系统和所述执行机构中的所述机器人运 动控制器和所述支撑单元运动控制器通过无线网络进行通信。在本专利技术的一个实施例中，所述决策控制系统包括串口通信系统，用于与所述坐 标提取系统进行通信，接收所述工件坐标信息文件；第一控制子系统，用于根据所述工件坐 标信息文件对执行机构的动作进行规划和决策，并生成对应的控制指令；无线通信系统，用 于与所述机器人运动控制器和所述支撑单元运动控制器进行无线通信，将生成的控制指令 发送给所述机器人运动控制器和所述支撑单元运动控制器。在本专利技术的一个实施例中，所述决策控制系统对所述机器人运动控制器和所述支 撑单元运动控制器的控制包括单电机运行控制模式、单动作运行模式、单坐标点运行模式 和程序运行模式。在本专利技术的一个实施例中，所述机器人运动控制器对所述机器人上十个电机进行 运动控制，通过不同的电机运动序列完成机器人各种动作。在本专利技术的一个实施例中，所述支撑单元运动控制器对所述支撑单元上的两个步 进电机进行运动控制，第一步进电机完成支撑单元的升降运动，第二步进电机完成液压部 件的驱动实现对支撑单元的液压锁紧。在本专利技术的一个实施例中，所述决策控制系统和所述机器人运动控制器和所述支 撑单元运动控制器通过无线网络进行通信采用三次重发机制，以收发序号以识别是否为同 一帧信息，从而提高数据传输的准确性和可靠性。具体地，三次重发机制包括所述决策 控制系统向所述机器人运动控制器和所述支撑单元运动控制器发送控制指令，当所述机器 人运动控制器和所述支撑单元运动控制器收到指令时，给所述决策控制系统反馈一条接收 确认帧，如果所述决策控制系统收到该确认帧，则停止向所述机器人运动控制器和所述支 撑单元运动控制器发送控制指令，否则继续发送同一帧控制指令；如果所述机器人运动控 制器和所述支撑单元运动控制器接收到与上一帧数据相同的数据帧，则对收发序号进行判 断，如果收发序号与上一帧相同，则丢弃该帧数据，同时向所述决策控制系统反馈接收确认 帧；如果所述机器人运动控制器和所述支撑单元运动控制器收到所述决策控制系统的控制 指令有错误，则向所述决策控制系统反馈接收出错数据帧，以提示所述决策控制系统重新 发送控制指令。在本专利技术的一个实施例中，所述决策控制系统接收所述机器人返回的当前运动速 度和位移信息；所述决策控制系统对反馈的当前运动速度、位移信息求和，再均衡，将均衡 量与各机器人速度、位移信息作差，采用这个差值对双机器人进行PID速度调节。通过这种 改进的交叉耦合策略，由于以双机器人运动信息的均值作为参考信号，所以每次对各机器 人运动调节量较小，这样可以很好地解决由于每次调节量偏大引起的机器人运动速度振荡 问题。本专利技术提供了一种实现飞行器大型曲面薄壁零件加工中装夹、定位的柔性工装智能控制系统，其以高性能工业控制计算机为核心进行运算和控制，由智能控制主板实现对双机器人的协同运动控制，通过对柔性工装上各支撑单元的移动操纵，实现各支撑单元在 柔性工装机床上的合理均布。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中图1为本专利技术实施例的飞行器柔性工装智能控制系统的原理图；图2a和2b为本专利技术实施例执行机构的示意图；图3为本专利技术实施例的飞行器柔性工装智能控制系统的系统组成框图；图4为本专利技术实施例的飞行器柔性工装控制系统软件框图；图5为本专利技术实施例决策控制器的软件流程图；图6为本专利技术实施例的双机器人协同控制软件流程图；图7为本专利技术实施例的双机器人同步控制算法控制框图；图8为本专利技术实施例的机器人运动控制系统硬件系统结构图；图9为本专利技术实施例的飞行器柔性工装控制界面；图10为本专利技术实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种飞行器柔性工装智能控制系统，其特征在于，包括坐标提取系统、决策控制系统和执行机构，所述坐标提取系统，用于对待加工的工件的进行曲面数字建模，并提取所述工件的支撑点坐标信息，以及生成工件坐标信息文件并发送给决策控制系统；所述决策控制系统，用于根据所述工件坐标信息文件对执行机构的动作进行规划和决策，并生成对应的控制指令发送给所述执行机构；所述执行机构包括：两个机床导轨；分别沿所述机床导轨移动的两个机器人；多个位于机床平面且与所述机床导轨方向垂直的可沿所述机床导轨方向平移的动梁；多个位于所述动梁之上且可沿所述动梁轨道滑行的支撑单元；控制所述机器人运动的机器人运动控制器和控制所述支撑单元运动的支撑单元运动控制器，其中，所述机器人运动控制器和所述支撑单元运动控制器由所述决策控制系统发出的控制指令进行控制。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周凯，詹立新，门延武，陆俊百，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]