一种基于滑模控制的球头自适应入位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于滑模控制的球头自适应入位方法，包括以下步骤：

【技术实现步骤摘要】
一种基于滑模控制的球头自适应入位方法


[0001]本专利技术涉及一种力控技术，尤其是一种基于滑模控制的球头自适应入位方法，主要用于飞机自动化装配中球头入位
。

技术介绍

[0002]部件对接是飞机装配中的重要内容，部件保持正确的位姿是实现对接装配的关键和前提
。
近年来，数控定位器越来越多的应用于飞机部件的调姿对接中，定位器末端与飞机部件或其工装上工艺球头连接形成球铰成为常见的部件支撑形式
。
飞机部件通过专用工装或行车吊装到指定装配站位后，驱动定位器使得飞机部件上各球头准确落入定位器末端球窝内的过程被称为工艺球头入位
。
为防止入位后球头与球窝相对位置发生改变，同时为保证飞机部件的调姿精度，球头与球窝之间的预留间隙很小，因此驱动定位器使得各工艺球头与对应球窝准确配合十分困难
。
[0003]在球头入位过程中，球头与球窝球心位置的偏差必然产生较大的侧向装配应力，为获得球头球窝准确的球心位置，国内研发人员提出了基于激光跟踪仪测量的工艺球头入位方法
。
通过激光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于滑模控制的球头自适应入位方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1
：对三维力传感器输出做限幅和
FIR
混合滤波处理以提高其测量精度；
S2
：构建球头入窝受力模型，并生成理论入位轨迹；
S3
：构建力引导的定位器驱动模型，基于滑模理论设计力控制器并检验其设计合理性
。2.
根据权利要求1所述的一种基于滑模控制的球头自适应入位方法，其特征在于，所述步骤
S1
采用限幅与
FIR
滤波相结合的方法对三维力传感器力值做滤波处理，对原始力值进行限幅滤波处理，限制幅值为
(9.25,10.75)
，对经限幅滤波后的信号做进一步
FIR
滤波处理
。3.
根据权利要求1所述的一种基于滑模控制的球头自适应入位方法，其特征在于所述步骤
S2
中的受力模型按照以下步骤建立：
S21
：以球头球窝接触点为原点建立坐标系
O
‑
X/Y/Z
，球窝在接触点所受合力为
F
N
，球头所受合力为
F
N
'
，由球面接触特性可知，
F
N
'
过球头球心
O1；过原点
O
作辅助线
O
‑
O2过球窝外圆圆心
O2，进一步由球窝自身结构特点可知，球头所受合力
F
N
'
在
O
‑
X/Y
平面的分力
(
即球窝水平方向所受合力
)
在
O
‑
O2连线上；
S22
：
O
‑
O2连线与
X
方向夹角为
α
，
F
N
'
与水平面
O
‑
X/Y
的夹角为
δ
，将
F
N
'
沿
X/Y/Z
三个方向进行分解可得到
F
X
、F
Y
和
F
Z
，因此
[
‑
F
X
‑
F
Y
‑
F
Z
]
T
即为三维力传感器三向通道的理论输出值：
4.
根据权利要求1所述的一种基于滑模控制的球头自适应入位方法，其特征在于，所述步骤
S2
中的理论入位轨迹按照以下过程建立：设球头球窝接触力
F
N
＝
[k1f k2f k3f]
T
，球头球窝接触点轨迹切矢
S
＝
[v
x
t v
y
t v
z
t]
T
，其中
k1、k2、k3分别为
X/Y/Z
三向接触力系数，
f
为设定的力值，设某一时刻球头球窝接触力
F
N
＝
[f
1 f
2 f3]
T
，则此时可令
k1＝
1、k2＝
f2/f1、k3＝
f3/f1、f
＝
f1，
v
x
、v
y
、v
z
分别为定位器
X/Y/Z
三向运动速度，则球头球窝接触点水平方向轨迹切矢
S
H
＝
[v
x
t v
y
t 0]
T
，由于球头球窝接触力
F
N
过球心，则
F
N
⊥
S
，即：
F
N
·
S
＝
|F
N
|
×
|S|
×
cos<F
N
S>
＝
(k1×
v
x
+k2×
v
y
+k3×
v
z
)
×
f
×
t
＝0其中
f、t
不为零，则：
k1×
v
x
+k2×
v
y
+k3×
v
z
＝0；同时
F
N
、S、S
H
共面，以球心为坐标原点，设过原点平面方程为：
Ax+By+Cz
＝0；由
F
N
、S
共面有：于是可得到：
S
H
在
F
N
与
S
组成的平面内，则
[(k2×
v
z
‑
k3×
v
y
)
×
v
x
+(k3×
v
x
‑
k1×
v
z
)
×
v
y
]
×
f
×
t2＝0，化
简可得到：在球头入位过程中，定位器

【专利技术属性】
技术研发人员：李根，李泷杲，刘洋，侯国义，楼佩煌，钱晓明，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：