碳纤维增强复合材料(CFRP)是航空飞行器机翼结构件重要组成部分,由于CFRP内部结构复杂,长期飞行使用中会产生很多潜在缺陷,若不能及时发现并维修将危及飞行的安全。常用的对大面积CFRP结构件检测的方式是红外热像无损检测,目前这种无损探伤工作仍然由人手工操作红外热像仪实施检测作业,单次检测面积小,劳动强度大,检测耗时长,检测质量不稳定且容易产生漏检现象。本项目来源于企业项目:复合材料自动检测系统开发与集成,要求实现对CFRP结构件快速高效、数字化、自动化无损检测。本文针对这一需求,研制了移动式检测机器人系统,由其承载红外无损检测设备,实现了对飞行器外翼下表面、平尾下表面等部位的自动检测。主要工作如下:(1)对UR10操作机械臂运动学研究。基于D-H法对机械臂进行运动学分析,运用蒙特卡洛法计算机械臂的有效工作区间,根据红外热像仪单次有效检测面积规划机械臂的移动路径。(2)根据项目需求设计全向移动小车的框架结构并进行力学分析,完成运动轮系、电机及减速器等关键零件计算和选型。根据麦克纳姆轮的特征,分析了全向移动小车的运动学和动力学,并设计小车的硬件和软件部分,提出神经网络PID控制器实现对全向移动小车的电机精确控制。(3)对移动式检测机器人系统的稳定性校核。分析操作机械臂的运动对全向移动小车的稳定性影响,利用理论力学的方法对全向移动小车所受的力/力矩求解,校核系统的抗倾覆稳定性和抗偏移稳定性。基于系统安全性要求,对传感器选型并合理布局。(4)建立移动式检测机器人控制系统并进行相关功能实验。利用以太网和总线建立操作机械臂模块、全向移动小车模块和红外无损检测模块之间的联系,使各模块之间分段有序工作。对移动式检测机器人系统进行相关零部件加工和装配,最后完成系统主要功能测试。