基于机器人的高速精确制孔技术在国外发展已很成熟,并已投入到实际生产应用当中,但在我国尚还处于起步阶段。机器人高速精确制孔技术涉及运动学、控制学、计算机学、测量学和机械等多个学科,是保证现代飞机性能和高寿命的关键技术,也是现代航空制造领域的一大难题。研究基于工业机器人的飞机壁板高速精确制孔系统,具有重大的工程应用价值和国防价值。本论文结合国防重大军工项目通过采用理论分析、仿真模拟和实验验证等科学的研究手段,对基于工业机器人的飞机壁板高速精确制孔系统进行了深入研究。第一章为绪论,主要阐述了飞机数字化柔性装配技术及机器人自动制孔技术的国内外研究现状,并简要介绍了实现机器人高速精确制孔几个关键技术,包括工业机器人技术、激光跟踪仪测量技术、制孔终端执行器设计与开发技术等。最后提出了本论文的选题背景及其研究意义,给出了本论文的主要研究内容和总体框架。第二章主要对ABB IRB6600-175/2.55型工业机器人的运动学模型进行了理论分析,并对其运动学正反解进行了详细的求解和验证,也解释了反解的不唯一性,最后简要分析了机器人的轴配置参数问题。第三章为系统设计部分,论述了飞机壁板高速精确制孔系统的详细组成,包括工业机器人系统(工业机器人、机器人移动平台、制孔终端执行器)、激光跟踪仪测量系统、飞机壁板调姿系统、工艺集成管理系统等。第四章以飞机壁板高速精确制孔实验系统为应用实例,提出了一种采用莱卡激光跟踪仪和基于奇异值分解的最小二乘拟合算法相配合的方法对飞机数字化装配系统中附加外轴工业机器人坐标系进行构建与标定,并结合具体实验过程给出了实验数据及计算方法,最后简单论述了自动化建标问题。第五章分析了影响飞机结构件连接孔质量的主要工艺因素,并利用飞机壁板高速精确制孔实验系统对飞机壁板高速精确制孔系统及机器人自动制孔系统进行了实验性的初步探索。设计了平面制孔和曲面制孔两组实验,以验证飞机壁板高速精确制孔系统及机器人自动制孔系统的可行性。通过平面制孔实验,优化了机器人制孔工艺参数。曲面制孔实验设计了有激光误差补偿制孔和无激光误差补偿制孔两个对比实验,根据实验结果对比飞机壁板高速精确制孔系统在开环控制和闭环控制两种情况下所制孔的质量区别。第六章对全文的研究工作进行了简单的梳理和总结,并对下一步的主要研究工作方向进行了展望。