答辩博士：王志浩
指导老师：陈文亮教授/博导
论文题目：基于并联调姿托架的飞机装配精准制孔关键技术研究
答辩委员会：
主席：倪中华 教授/博导 东南大学
委员：殷晨波 教授/博导 南京工业大学
黄 翔 教授/博导 南京航空航天大学
安鲁陵 教授/博导 南京航空航天大学
田 威 教授/博导 南京航空航天大学
秘书：鲍益东 副教授/硕导 南京航空航天大学
答辩时间：2020年07月09日 10：00
答辩地点：远程视频答辩（腾讯会议 ID: 731602837）
学位论文简介：
飞机结构装配连接主要采用铆接工艺方法，孔位精度与法向精度对铆接质量影响较大。对于孔位精度而言，孔位误差过大将会改变结构件受力时各铆钉之间的载荷，进而影响结构件的疲劳寿命；对于法向精度而言，法向误差过大将会降低铆钉的疲劳寿命。因此，精准制孔技术对于保证飞机的疲劳寿命具有重要意义。飞机自动化制孔中，广泛使用托架固定待加工零件。托架可以分为固定托架、调姿托架等，基于定位器的并联调姿托架具有可重构、柔性好等优点，在飞机装配领域获得了应用。为提高并联调姿托架的定位精度，降低并联调姿托架定位误差对制孔系统作业精度的影响，需要开展基于并联调姿托架的飞机装配精准制孔技术研究。论文以并联调姿托架研究对象，通过软硬件设计和关键技术的研究，实现了并联调姿托架的精准调姿，提高了飞机自动化制孔精准度。全文的主要研究工作及创新成果如下：
论文的主要研究工作包括：
1、针对少自由度并联调姿托架位姿参数耦合的问题，分析了位姿参数中的独立变量，建立了位姿参数与各移动副驱动量的映射关系。针对已有动力学模型难以精确求解驱动力、求解时间较长的问题，基于等效空间位置误差的变形协调分析，建立了一种冗余驱动的并联调姿托架动力学模型，解析了指定轨迹下定位器主动移动副驱动力，提高了驱动力求解精度与效率。此外，针对冗余驱动并联调姿托架驱动量耦合的问题，分析了驱动量中的独立变量，建立了驱动量与动平台位姿参数的映射关系，为运动学标定、定位误差补偿、工作空间分析、轨迹规划奠定了基础。
2、针对已有误差模型在几何误差分析时辨识量少、辨识精度低的问题，进行了基于误差传递方程的几何误差完备性分析，增加了几何误差辨识种类，提高了几何误差辨识精度。针对结构变形引起的位姿误差影响几何误差辨识精度与定位误差补偿精度的问题，在所建动力学模型的基础上，分析了由重力、摩擦力、球铰处支持力引起的变形误差，为几何误差辨识与定位误差补偿做好了铺垫。结合几何误差分析和变形误差分析，建立了一种并联托架的调姿误差模型。
3、针对误差辨识时几何误差引起的位姿误差与结构变形引起的位姿误差混合的问题，进行了位姿误差分离，提高了调姿误差模型中位姿误差的输入精度。针对正则化方法改变几何误差系数矩阵的问题，对调姿误差模型中的几何误差系数矩阵进行优化，提高了调姿误差模型的几何误差辨识精度。针对空间不同位姿下变形误差不同的问题，通过目标位姿修正，进行了空间多姿态下的并联调姿托架定位误差补偿；针对定位误差补偿时目标位姿修正工作量大的问题，基于BP神经网络对动平台目标位姿批量修正，提高了定位误差补偿效率。
4、在变形误差分析的基础上，计算了制孔系统的工作空间；为提高制孔时并联调姿托架的定位精度，基于GA-BP算法对动平台作业位姿进行优化；在搜索出的最优作业位姿的基础上，结合动力学建模方法与定位误差补偿方法，采用五次多项式对并联调姿托架的制孔路径进行规划，提高了飞机自动化制孔效率。
5、开展基于并联调姿托架的精准制孔应用研究。在上述关键技术研究的基础上，开发了基于并联调姿托架的自动化制孔系统并进行了相关的工艺验证。应用实践表明，提出的位姿控制方法能够满足精准制孔的要求，有很好的工程应用价值。
主要创新点：
1、基于等效空间位置误差的变形协调分析，建立了一种冗余驱动的并联调姿托架动力学模型，提高了驱动力求解精度与效率；
2、结合几何误差分析与变形误差分析，提出了一种并联托架的调姿误差建模方法，提高了位姿计算精度；
3、针对空间不同位姿下变形误差不同的问题，提出了一种目标位姿修正的定位误差补偿方法，提高了定位误差补偿精度与效率；
4、提出了一种基于位姿优化的并联调姿托架制孔路径规划方法，提高了制孔时并联调姿托架的定位精度。
