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飞机数字化装配的实质过程是通过数字化测量设备测量飞机部件实际位姿,通过位姿评估技术,将实际位姿与理论位姿进行比较,求解位姿移动参数,将位姿移动参数分解为数字化定位设备的位移量,由数字化定位设备驱动飞机部件到达目标位姿。飞机数字化装配要求调姿测量点距离误差和最小以及各点距离误差满足容差条件,以往的飞机位姿评估算法较少考虑如下几种情况:(1)注重距离误差和最小,可能出现调姿测量点的距离误差不满足容差约束的情况;(2)较少考虑基于关键特征进行数字化装配。本文以某型飞机机翼部件数字化装配项目为应用背景,提出一种基于混合容差约束的飞机数字化装配方法。本文第一张介绍了飞机数字化装配的国内外研究现状,简略说明了飞机数字化装配技术原理、研究理念和实践方法,重点回顾了飞机数字化装配三项关键技术在学术和应用方面已取得的成果。第二章以某型飞机机翼部件数字化装配项目为例,介绍了飞机部件的结构特点和装配目标,并根据测量辅助装配理念,选取激光跟踪仪作为数字化测量设备,根据装配目标布置了合适的调姿测量点。阐述了调姿测量点坐标与机翼部件位姿的几何关系,推导了机翼部件目标位姿的数学模型,并给出了耳片孔同轴度测量方案和基于整体最小二乘法的轴线拟合方法。第三章介绍了装配系统中三种坐标系的关系以及在全局坐标系下的刚体位姿描述方法,推导了全局坐标系下的机翼部件位姿评估模型。因为以往的飞机位姿评估算法注重距离误差和最小,可能出现调姿测量点的距离误差不满足容差约束的情况,所以为了求解在满足容差约束条件下的距离误差和最小的飞机位姿参数,提出了基于粒子群算法的飞机部件位姿评估算法,将容差约束转化为惩罚函数,与距离误差和一同作为优化目标,采用求解约束优化问题的粒子群算法进行求解。在上述算法上进一步改进,通过动态改变约束参数来加强约束条件,可以通过迭代方式进一步减小飞机调姿测量点最大距离误差。最后通过仿真算例和蒙特卡洛分析证明,本文提出的两种算法在求解飞机位姿评估问题时,求解得到的调姿测量点最大误差小于奇异值分解法。第四章以机翼部件数字化装配为例,提出一整套数字化装配设备方案,包括数控定位系统和穿轴系统。详细介绍了数控定位器、数控定位器关键组件球头锁紧装置、自动引导车、定位工装、穿轴机构和翻转机构的机械结构、工作原理以及功能。并采用图文结合的方式介绍了各装配设备在机翼数字化装配中的功能以及基于装配设备的装配流程。第五章基于某型飞机机翼部件装配设计了机翼部件数字化装配集成管控系统。详细介绍了控制系统的组成和工作原理,包括定位器驱动轴的控制方法和控制元件选型、伺服电机的控制方法和选型、控制系统的应急报警及自诊断功能、移动手持终端的功能和选型、通讯接口的选型以及控制柜的选型;详细介绍了集成工艺管理软件的功能以及人机交互界面,并依托于人机界面的展示再次详细描述了机翼部件数字化装配流程;对数控定位器进行了定位精度和重定位精度实验以及载重能力实验;将本文提出的两种优化算法和基本粒子群算法应用于机翼活动部件与固定部件实际装配案例,实验结果符合第三章的结论,证明了本文提出的两种优化算法的有效性。第六章总结全文研究内容并展望后续研究工作。