基于MBD的飞机钻铆机器人离线编程技术研究

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1、眦。。k。帅嘲，机器人技术基于MBD的飞机钻铆机器人离线编程技术研究彭江涛，谭红，石章虎，曾德标，曾超(航空工业成都飞机工业(集团)有限责任公司，成都610()92)[摘要】为了提高飞机钻铆机器人离线编程的效率和质量，提出了基于MBD的智能离线编程技术。依据飞机钻铆的工艺特点构建了钻铆MBD模型，从钻铆MBD模型中自动提取待加工孔的坐标、法矢、材料、紧固件规格等工艺信息，据此规划最佳的机器人加工站位、加工路径和加工工艺参数，并利用CAA基于DELMIA软件开发了飞机钻铆机器人离线编程系统。关键词

2、：MBD；钻铆机器人；离线编程DoI：10．16080／j．issn1671．833x．2017．09．055彭江涛高级工程师。主要从事飞机数字化装配技术研究，荣获中国航空工业集团公司个人二等功、中国航空工业集团公司科技进步奖。随着机器人技术的不断发展，丁业机器人的离线编程技术显得愈发重要。国外离线编程技术发展较早，已经有商业化的离线编程软件产品，目前市面上比较主流的产品有瑞典ABB公司的RobotStudio、德国KUKA公司的RobotMastel，、日本FullaC公司的RoboGuide

3、、MotoMan公司的MotoSim、美国Teenomatix公司的RobCAD等。国内很多高校对离线编程技术也开展了大量的研究，在机器人焊接⋯、机器人切割忙】、机器人喷涂卜4l和机器人打磨㈣等领域研究并开发了许多机器人离线编程系统。在飞机钻铆机器人离线编程领域，浙江大学柯映林等【6。l、南京航空航天大学田威等隅。。”、北京航空航天大学毕树生等¨2‘151对此进行了深入研究。目前国内开发的钻铆机器人离线编程软件专用性较强，一般针对各自研发的飞机钻铆机器人配套开发相应的离线编程系统，而且离线编程的

4、自动化和智能化程度不够高、操作不方便、离线编程效率较低。为了提高飞机钻铆机器人离线编程的效率和质量，本文研究了基于MBD的飞机钻铆机器人离线编程技术。钻铆MBD模型MBD(ModelBasedDefinition)即基于模型的定义，它用集成的三维实体模型来完整表达产品定义信息，在j维实体模型中包含了产品尺寸、公差等制造信息，使三维实体模型作为生产制造过程中的唯一依据。目前我同在新一代飞机设计中已采用了MBD技术，但没有完全包含机器人制孑L加工所需的全部工艺信息，也没有考虑机器人制孔的特殊性。本文

5、依据机器人制孑L的特殊要求创建了钻铆MBD模型。达索公司的CATIA软件是我国航空T业飞机设计制造的通用软件，因此钻铆MBD模型基于CATIA的数据格式定义。由于飞机部件由许多零件组成，飞机部件的CATIA装配件数模(CATProduct格式)包含多个零件的数模(CATPart格式)。为了提高钻铆MBD模型的建模效率2017年第9期·航窄制造技术55：乡论坛FoRUM以及钻铆工艺信息的提取效率，钻铆MBD模型在装配件数模中单独设置一个零件数模来定义钻铆工艺信息，钻铆工艺信息在该零件数模中采用树状

6、表达形式，工艺信息分层次、分组定义。如图1所示，在该零件数模的机械连接信息数据集下设置连接(Joints)数据集，存放钻铆工艺信息。在连接数据集下按照钻铆孑L位所在的零件分类设置相应的零件数据集，数据集名称为零件名。零件数据集中的所有钻铆孑L位均在该零件上。在零件数据集下按照紧固件规格分类设置相应的紧固件集合数据集。紧固件集合数据集中所有钻铆孔位的全部工艺信息完全一致。紧固件集合数据集中包含的钻铆工艺信息有：该组紧固件所连接的零件、材料的叠层信息、紧固件连接是否需要密封、材料是否需要冷挤压以及紧

7、固件的规格、数量、类型、配合方式、安装位置和法向等工艺信息，如图2所示。基于MBD的飞机钻铆机器人离线编程系统设计1软件构架DELMIA软件具有强大的机器人加工作业仿真功能，是国内航空图1钻铆工艺信息树Fig．1Processinformationtreeofdrillingandriveting图2紧固件集合信息Fig．2Informationoffastenerset56航空制造技术·2017年第9期制造业主流仿真软件，基于DELMIA平台进行二次开发的离线编程软件能充分利用软件强大的仿真功

8、能。本文采用模块化的设计方式，以DELMIA软件为平台进行二次开发设计离线编程软件，各功能模块之间保留相应的数据交互接口。从离线编程的工作流程可将系统划分为3个模块：(1)产品工艺信息提取模块；(2)机器人加工任务规划模块；(3)机器人加工任务仿真模块。软件系统的架构如图3所示。2工艺信息提取工艺信息提取以钻铆MBD工艺数模为操作对象，利用DELMIA—CAA接EIcATPathElementAgent访问产品结构树，获取机械连接信息，再利用CATIDescendants接口实现产品的孑L位工艺