机械工程学报

作者：宋轶民, 王睿哲, 连宾宾, 李祺, 孙涛

单位：1. 天津大学机械工程学院 天津 300350;2. 天津大学机构理论与装备设计教育部重点实验室 天津 300350;3. 天津航天机电设备研究所天津市宇航智能装备技术企业重点实验室 天津 300301

关键词：并联机器人,数字孪生,对接装配,有限瞬时旋量,装配规划；

基金：国家自然科学基金面上(52275027)、慧眼行动(1699FB3A)、天津市杰出青年项目(22JCJQJC00050)、天津市基金项目重点(21JCZDJC00820)和天津市基金合作项目应用基础研究(22JCZDJC00150,22JCZDJC00350)资助项目。

面向筒段类部组件的对接装配需求，提出一种转运小车大范围移动、六自由度并联机器人小范围调姿对接的机器人化装配系统，开展数字孪生装配研究。首先，以旋量为数学工具，进行并联机器人的全关节逆解与运动学标定，获取机器人任意位姿下各个构件的真实相对位姿关系，利用三维模型重建技术构建出与物理空间镜像映射的数字模型。随后，借助双目视觉动态摄影测量仪获取测量点坐标，通过点、线、面等几何特征拟合，建立转运小车、机器人以及筒段的坐标系，完成物理空间的初始特征测量与装配过程的实时反馈，在此基础上，设计数字空间与测量仪、转运小车、机器人控制器的通信，实现“从实到虚”和“以虚控实”。最后，利用数字孪生装配模型开展快速平稳无碰撞的装配轨迹规划，提出停泊点调姿-平移对接的装配工艺流程，并在停泊点处进行装配预测，据此提出对接过程中的实时调整算法。开展筒段特征测量实验，筒段平面、圆柱面、圆心与定位孔的测量精度均较高，满足装配需求；进行筒段位姿实时调整实验，结果表明所提出的算法提高了筒段对接的一次成功率；通过转运、调姿、对接的装配全流程实验，验证了所提出的数字孪生装配技术的有效性。

来源：2025年第1期

《机械工程学报》期刊编辑部

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