大型航空结构件高效加工并联机器人设计理论与方法
批准号:
51935010
项目类别:
重点项目
资助金额:
300.0 万元
负责人:
李秦川
依托单位:
学科分类:
机器人与机构学
结题年份:
2024
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
李秦川
中文摘要
大型航空结构件高效加工是飞机机体制造的关键技术之一。我国目前主要依靠串联五轴龙门铣床完成,其加工效率和精度严重制约我国先进机型量产和新机研发进度。目前波音、空客等大量使用基于并联机器人的航空结构件高效加工装备,但我国在面向高效加工的并联机器人设计中存在机构设计与加工工艺、测量控制相互割裂脱节这一瓶颈难题,与国际先进水平相比差距显著。本项目面向国家重大需求和国际机构学前沿,研究具有最少铰链数和确定输出转轴的并联机器人构型综合、并联机器人-铣削过程交互动力学建模与参数优化、误差建模、标定优化与补偿控制等,揭示过约束强耦合下并联机构输出转轴构造与迁移原理,阐明并联机构动态响应与铣削过程动态特性交互机理,建立并联机器人高维多源误差空间与输出精度空间非线性映射规律,形成并联机器人“构型-加工-测量-控制”一体化设计理论与方法体系,为我国航空结构件高效加工并联机器人装备自主开发提供理论基础与技术支撑。
英文摘要
High-performance machining of large aircraft structures is one of the key technologies in airframe’s manufacture. In China, most of those works are finished on five-axis planer milling machines with serial structures, whose low efficiency and accuracy have seriously limited the quantity production and development of advanced aircraft. Foreign companies such as Boeing and Airbus have widely applied high-performance machining tools based on parallel robots to manufacture aircraft structures. While the design of parallel robots for high-performance machining has a bottleneck problem in our country that is mechanism design, machining process, measurement, and control are isolated from each other. There are obvious gaps between China and foreign countries in this field. To satisfy nation’s significant demands and promote the development of mechanisms, this project proposes to investigate type synthesis of parallel manipulators with less kinematic joints and real rotational axes, interaction dynamic modeling of parallel robots machining process, dimensional optimization, error modeling, calibration and compensation control. This project aims to reveal the construction and transformation principle of rotational axes in strong-coupling overconstrained parallel manipulators. Besides, the dynamic interaction mechanism of parallel manipulator’s dynamic response and milling process will be disclosed. Furthermore, nonlinear mapping rules between the high-dimensional multisource error space and output accuracy of parallel robots will be established. These form an integrated system of design theory and method for parallel robots in terms of mechanism, machining, measurement, and control, providing a theoretical foundation and technical support for independent development of parallel robot equipment used in high-performance machining of large aircraft structures.
大型航空结构件高效加工是飞机机体制造的关键技术,目前波音、空客等使用的航空结构件加工主力装备是Ecospeed混联加工中心,而我国主要依靠串联五轴龙门铣床完成,其加工效率不及Ecospeed的三分之一,严重制约我国先进机型量产和新机研发进度。Ecospeed混联加工中心由于引入了并联机构,导致机构运动学出现非线性和强耦合,进而给动力学、控制、精度、加工带来一系列难题,也形成了Ecospeed在机构设计、加工工艺、精度保障、数控编程方面的整体技术壁垒。.针对上述问题,本项目围绕“过约束强耦合下并联机构输出转轴构造与迁移原理”,“并联机器人动态响应与铣削过程动态特性交互机理”,“并联机器人高维多源误差空间与输出精度空间非线性映射规律”,三个关键科学问题,开展并联机器人构型综合与尺度设计、机器人铣削加工动力学与工艺参数优化、机器人误差建模标定与补偿控制、五轴混联加工机器人系统研发与实验等研究工作,发明了具有最少关节数和确定输出转轴的并联机器人新构型,打破了专利封锁,在构型层面提高了机构的刚度、精度和可靠性;建立了并联机器人-铣削过程交互动力学模型与动态性能指标体系,指导高效机器人几何和结构参数优化设计、工艺参数优化;提出了考虑重力作用的机器人几何-弹性误差建模方法,为高精度标定提供保障;研发了新型五轴混联加工机器人系统,通过加工实验验证了理论与技术的有效性。项目成果对提高我国机器人机构学研究水平,促进学科交叉融合,促进我国机器人化加工装备自主创新与工程应用有重要意义。.项目执行期间,项目负责人获全国五一劳动奖章和浙江省劳动模范称号,项目成员入选国家级青年人才工程1人,获批国家青年科学基金(A类)1项,晋升教授3人,获上银优秀机械博士论文优秀奖1项,入选九届中国科协“青年人才托举工程”1人。研究成果出版专著2部;发表论文53篇,其中被SCI检索45篇;授权发明专利12项;培养毕业博士生8人、硕士生15人;组织学术会议3次,在国内外会议上作邀请报告9次。
人形机器人拟人化运动的学习方法和控制策略
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批准号:D25E050002
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2025
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负责人:李秦川
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依托单位:
搅拌摩擦焊混联机器人机构设计方法研究
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批准号:51475431
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项目类别:面上项目
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资助金额:84.0万元
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批准年份:2014
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负责人:李秦川
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依托单位:
少自由度并联机构拓扑结构性能评价方法研究
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批准号:51075369
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项目类别:面上项目
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资助金额:40.0万元
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批准年份:2010
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负责人:李秦川
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依托单位:
二元超冗余机器人构型综合及动力学特性分析研究
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批准号:50605055
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:30.0万元
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批准年份:2006
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负责人:李秦川
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依托单位:
国内基金
海外基金