一种飞机发动机自动装配路径规划方法

技术领域

本发明属于发动机安装路径规划技术领域，尤其涉及一种飞机发动机自动装配路径规划方法。

背景技术

航空制造业被誉为现代工业皇冠上的明珠，既是一个国家国防安全的重要基础，又集中体现了一个国家的工业基础、综合国力和科技发展水平。其中，航空发动机吊装是整个飞机制造装配过程中的龙头，装配工艺水平和装配质量决定发动机的可靠性、寿命及主要性能参数。航空发动机具有体积重量大、结构精密复杂、安装间隙小等特点，且表面布满复杂的管路，安装轨迹复杂，使得高质量、高效率的发动机安装成为飞机装配中最大的难点之一。

航空发动机被视为影响国家空中运输、国防安全和保持国家战略优势的核心技术。它是飞机的“心脏”，其可靠性和安全性至关重要。航空发动机研制技术难度极高，周期长、经费投入大。每一代新发动机的发明，都推动着新一代飞机的问世。例如，高超声速强预冷涡轮发动机、自适应变循环发动机、民用大涵道比发动机和混合电推进技术的发展，都是航空动力领域的持续创新。此外，航空发动机是高温、高压、高转速的高科技产品，要求重量轻、可靠性高、寿命长、可重复使用且经济性好。因此，一个国家的航空发动机技术水平很大程度上代表了其科技水平和综合国力。总之，航空发动机不仅是飞机的核心部件，更是决定飞机性能、安全性和经济性的关键因素。对于航空业和国家经济来说，航空发动机的研发和制造都具有重大的战略意义。

航空发动机装配对于航空业的重要性更是不容忽视。例如，航空发动机在装配过程中用于确保紧固件达到规定扭力的关键技术，其精度直接影响到装配质量和安全性。在关键部件的装配过程，需要保证装配位置和压力的精确控制，以确保装配质量。综上所述，航空发动机产业需要国家进行长期、稳定的扶持与投入。航空工业是典型的高技术、高投资、高风险、高附加值和国际化的工业，而航空发动机更是如此，研制周期长、耗资巨大。这也进一步凸显了航空发动机装配对于航空业的重要性。航空发动机装配对于提升航空业的发展具有深远意义，它直接关系到飞机性能的提升和飞行安全，同时也是推动相关科技发展的关键因素。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种飞机发动机自动装配路径规划方法。本方法确定航空发动机的移动轨迹，使其按照预想的路径进行移动，以保证发动机安全、顺利地进入飞机短舱中；用以解决现有安装技术耗时长、安装困难的问题。

一种飞机发动机自动装配路径规划方法，具体包括以下步骤：

步骤1：对机舱和发动机以及固定在发动机前端的摄像机进行全局坐标系的建立，并构建转换关系进行转换；

步骤1.1：确定安装系统初始位置关系；

所述安装系统为底部设置车轮的安装架车，其上方放置有数控调姿平台，发动机固定在数控调姿平台上；并且安装系统上还设置数控系统，用以对安装系统进行控制；

将安装系统处于回零状态，发动机也固定在数控调姿平台上；此时根据飞机的位置，通过电动装置将安装系统主体移动到飞机的短舱口附近，并使发动机与短舱对正；通过夹具将安装系统的位置固定了之后，安装系统、飞机短舱的相对位置即确定；飞机短舱位于安装系统外侧，安装系统其上的发动机从短舱一端进入，摄像机固定在发动机的前端，实时获取短舱内的图像；

步骤1.2：分别在安装系统、飞机短舱和摄像机上建立坐标系，并进行转换；

分别在安装系统、飞机短舱和摄像机上建立坐标系；坐标系

其中，

使用现有视觉测量技术测量的发动机标靶位姿

步骤2：基于步骤1生成发动机安装离线轨迹；

步骤2.1：建立发动机安装轨迹数学模型；

发动机的标准安装路径是相对坐标系

其中

步骤2.2：计算安装发动机所需的位姿变换关系；

仅仅得到安装轨迹在

其中

步骤3：对步骤2生成的离线轨迹进行修正；

发动机的轨迹的长度为3000mm，由于发动机与摄像机的距离远，图像有效信息较少，视觉测量精度受影响，导致校准出现偏差，若校准时的角度偏差为

这使得即使是0.1度的校准误差，也会对发动机的最终位置带来约5mm的偏差，从而带来碰撞的危险；在发动机按照离线轨迹安装的过程中，通过摄像机实时测量发动机前端标靶相对于飞机短舱的位姿，若发动机的位姿偏差大于安全阈值，则根据偏差对离线轨迹进行修正，重新生成新的轨迹，从而消除校准偏差带来的影响；

发动机在离线的轨迹上，视觉测量其位姿在

其中，

在

包含了位置偏差和角度偏差信息，分别对二者进行计算，当结果大于安全阈值时，将偏差矩阵/>

其中

本发明的有益效果在于：

本发明可以显著提高发动机的装配效率，减少人力投入，降低生产成本。同时，通过精确的控制和操作，可以提高装配精度，从而提升发动机的质量。此外，可以实现比传统手工装配更加复杂和高级的装配行为，从而提高发动机整体制造水平。将为实现智能化安装发动机打下坚实基础，并且也将为飞机数字化装配技术的革新提供良好的参考，具有广阔的应用前景，可以进一步提高发动机装配的工作效率和精度。

附图说明

图1 本发明实施例安装系统和发动机舱相对位置关系俯视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明做进一步说明；

本发明一种飞机发动机自动安装路径规划方法，包括坐标系建立、离线轨迹生成、离线轨迹修正。

步骤1：对机舱和发动机以及固定在发动机前端的摄像机进行全局坐标系的建立，并构建转换关系进行转换；

步骤1.1：确定安装系统初始位置关系；

所述安装系统为底部设置车轮的安装架车，其上方放置有数控调姿平台，发动机固定在数控调姿平台上；并且安装系统上还设置数控系统，用以对安装系统进行控制；

所述数控系统，由视觉测量、Jetson Nano计算卡和台达DVP15MC11T运动控制卡构成，Jetson Nano计算卡与视觉测量之间通过USB进行通讯，运动控制卡与安装系统各电机之间通过CANOpen进行通讯，Jetson Nano计算卡与台达DVP15MC11T之间通过总线通讯；

所述视觉测量，由Intel D435i双目摄像机构成，通过内置镜头实现图像数据采集，通过内置IMU单元记录发动机实时位姿；

所述Jetson Nano计算卡，负责处理视觉测量系统所获取的数据，并完成计算；

所述台达DVP15MC11T运动控制卡，负责将Jetson Nano计算卡反馈的数据，转换为脉冲信号传输至安装系统各电机；

在安装发动机之前，将安装系统处于回零状态，发动机也固定在数控调姿平台上；此时根据飞机的位置，通过电动装置将安装系统主体移动到飞机的短舱口附近，并尽量使发动机与短舱对正；通过夹具将安装系统的位置固定了之后，安装系统、飞机短舱的相对位置即确定；如附图1所示；飞机短舱位于安装系统外侧，安装系统其上的发动机从短舱一端进入，摄像机固定在发动机的前端，实时获取短舱内的图像；

步骤1.2：分别在安装系统、飞机短舱和摄像机上建立坐标系，并进行转换；

分别在安装系统、飞机短舱和摄像机上建立坐标系；坐标系

其中，

使用现有视觉测量技术测量的发动机标靶位姿

步骤2：基于步骤1生成发动机安装离线轨迹；

步骤2.1：建立发动机安装轨迹数学模型；

发动机的标准安装路径是相对坐标系

其中

步骤2.2：计算安装发动机所需的位姿变换关系；

仅仅得到安装轨迹在

其中

即为发动机安装轨迹在/>

步骤3：对步骤2生成的离线轨迹进行修正；

仅依靠离线轨迹进行发动机的安装，很难满足安装的精度要求；坐标系

这使得即使是0.1度的校准误差，也会对发动机的最终位置带来约5mm的偏差，从而带来碰撞的危险；可见，离线轨迹规划很难达到理想的安装效果，故应对离线轨迹进行修正。其基本思想是，在发动机按照离线轨迹安装的过程中，通过摄像机实时测量发动机前端标靶相对于飞机短舱的位姿，若发动机的位姿偏差大于安全阈值，则根据偏差对离线轨迹进行修正，重新生成新的轨迹，从而消除校准偏差带来的影响；

发动机在离线的轨迹上，视觉测量其位姿在

其中，

在

包含了位置偏差和角度偏差信息，分别对二者进行计算，当结果大于安全阈值时，将偏差矩阵/>

其中

经过多次实验，本发明提出的方法安装的轨迹误差约为±5mm，多次试验结果没有太大的偏差，总体显示出一种较为稳定的状态。