航空航天制造业作为战略性发展行业,其生产技术逐渐由手工制造转向自动化、智能化。飞机作为典型航空产品,具有体积大、加工难度大、加工精度要求高等特点,手工制孔极大地制约飞机生产制造效率与质量提升,引入新的装配制造技术以提高制孔效率,改善制孔质量迫在眉睫。工业机器人配以末端执行器可组成机器人加工系统,实现飞机的自动化制孔与装配,提高飞机制造效率与质量。研究机器人自动制孔技术以提高国内飞机制造自动化水平具有重要的现实意义。本文建立了机器人制孔系统,对涉及到的视觉定位及制孔位姿调整技术进行深入研究,具体研究内容如下:首先对机器人自动制孔系统坐标系进行标定,包括工业机器人坐标系标定、工业相机标定及其手眼标定以及线结构光传感器手眼标定等,将机器人自动制孔系统所涉及的各部分坐标系统一,建立统一的机器人自动制孔系统坐标系及各坐标系之间的转换准则。其次,利用基准孔图像对视觉定位处理算法进行研究,根据基准孔图像处理效果确定基准孔定位图像处理算法。本文采用中值滤波对图像进行预处理,Canny算子提取孔位边缘,利用非线性最小二乘优化圆拟合算法拟合基准孔,根据拟合结果得到基准孔在图像中的位置。结合工业相机手眼标定结果将图像位置转换为世界坐标系位置,实现机器人制孔系统视觉定位。再次,利用三维点云配准算法求解机器人制孔位姿,根据点云配准得到的工件与三维CAD模型之间的位姿关系,结合线结构光传感器手眼标定结果确定机器人制孔位姿。通过分析三维点云数据获取原理及方法,提高点云配准效率与精度。采用两步法点云配准算法对位姿关系进行粗估计及精确估计,并对精确配算法加以改进以提高配准速度。最后,建立了机器人制孔系统,对机器人系统坐标系标定并开展制孔实验。通过实验验证基准孔定位图像处理算法及制孔位姿求解算法。实验结果表明机器人制孔系统的制孔精度满足飞机制孔工艺要求。