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【6h】

工业机器人精镗飞机交点孔的颤振分析与识别

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摘要

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第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 飞机交点孔精加工的研究现状

1.3 切削颤振的国内外研究现状

1.3.1 切削颤振机理的研究现状

1.3.2 切削颤振识别的研究现状

1.3.3 机器人加工系统颤振的研究现状

1.4 研究内容和总体框架

第二章 机器人镗孔系统分析

2.1 引言

2.2 机器人镗孔系统与试验流程

2.2.1 机器人镗孔系统简介

2.2.2 试验流程

2.3 镗杆的模态分析

2.4 压脚位移的响应分析

2.5 本章小结

第三章 HHT基本理论及其分析应用

3.1 HHT的基本概念

3.2 HHT基本原理

3.2.1 EMD分解

3.2.2 Hilbert变换

3.3 HHT变换的优点

3.4 仿真信号的HHT分析

3.3.1 仿真信号的生成

3.3.2 仿真信号的EMD分解

3.3.3 仿真信号的Hilbert变换

3.5 本章小结

第四章 基于HHT的颤振特征提取

4.1 试验参数设计及试验分析

4.1.1 试验参数设计

4.1.2 试验分析

4.2 压脚位移信号的颤振特征提取

4.2.1 颤振信号的时域及频域分析

4.2.2 颤振信号的特征提取

4.3 测力仪信号的颤振特征提取

4.4 颤振的初步识别

4.5 本章小结

第五章 基于SVM的切削状态识别

5.1 支持向量机的基本原理

5.1.1 最优超平面及其计算

5.1.2 核函数

5.1.3 SVM设计及训练

5.2 基于SVM的机器人镗孔的切削状态识别

5.2.1 SVM的输入

5.2.2 SVM的训练

5.2.3 基于SVM的切削状态识别

5.3 本章小结

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

作者简历

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摘要

飞机交点孔的精加工是飞机装配中的一个重要环节,交点孔的表面质量和位姿精度会直接影响飞机装配的质量和飞机部件之间的互换协调性。传统飞机交点孔的精加工多采用数控机床进行精镗,然而数控机床占地较大,移动不便,无法适应空间狭小、工装密集的飞机装配现场。
  为此,本文采用一种镗孔执行器和工业机器人组成的机器人镗孔系统,对飞机交点孔进行精加工。在机器人镗孔的前期研究中发现,机器人的弱刚性极易造成加工中产生振动,振动类型主要分为强迫振动和颤振,强迫振动已通过施加压脚的方式得到了有效抑制,而颤振由于其突发性和复杂性,无法得到有效抑制。本文主要对机器人镗孔中出现的颤振进行研究,通过采集加工中的传感器信号,提出一种基于HHT和SVM的信号分析方法提前识别颤振,从而避免颤振破坏加工。
  首先对研究背景和意义进行阐述,并对国内外的交点孔加工方法的研究现状进行分析,同时针对机器人镗孔时出现的颤振问题,对国内外切削颤振机理的研究现状、切削颤振识别的研究现状进行了分析总结。
  其次对机器人镗孔系统特性进行了分析研究。在对镗杆的模态分析中发现,镗杆的固有频率与颤振频率相接近,由此推知颤振的主体是镗杆;在对机器人压脚系统建模中发现,测力仪信号和压脚位移信号分别为二阶欠阻尼系统的输入输出,且两种信号都适用于颤振监测。
  然后根据HHT在非平稳信号处理中分解能力强、时频精度高和自适应性好的优点,将HHT应用于非平稳仿真信号的处理中,取得了良好的分析效果,验证了HHT在颤振该类非平稳信号处理中的可行性。
  最终,提出一种基于HHT和SVM的颤振识别方法。通过HHT分析加工中的压脚位移信号和测力仪信号,提取瞬时频率的概率P作为颤振特征,并将P值和对应的切削状态作为SVM的输入特征和输入标签,对SVM进行设计、训练和应用,最终得到了最优的SVM,能对颤振进行准确识别。

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