一種飛機(jī)裝配制孔的末端執(zhí)行器及其使用方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種與工業(yè)機(jī)械臂結(jié)合的飛機(jī)裝配制孔的末端執(zhí)行器，該末端執(zhí)行器包括主軸-進(jìn)給模塊、雙偏心盤調(diào)姿模塊、吸屑?jí)壕o模塊、法向檢測模塊和視覺檢測模塊。主軸-進(jìn)給模塊包括主軸電機(jī)、進(jìn)給電機(jī)、滾珠絲杠和鉆頭等，實(shí)現(xiàn)鉆孔功能。雙偏心盤調(diào)姿模塊包括調(diào)姿電機(jī)、大小偏心盤等，實(shí)現(xiàn)調(diào)整鉆頭姿態(tài)功能。吸屑?jí)壕o模塊包括壓緊氣缸和壓緊頭等，實(shí)現(xiàn)壓緊工件和吸取鉆削碎屑功能。法向檢測模塊包括激光傳感器等，實(shí)現(xiàn)計(jì)算制孔點(diǎn)處的法線方向功能。視覺檢測模塊包括工業(yè)相機(jī)等，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示制孔效果功能。本發(fā)明末端執(zhí)行器與工業(yè)機(jī)械臂結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)制孔時(shí)孔的垂直度誤差小于0.5°，制孔效率達(dá)到5~6個(gè)/分鐘。不僅提高了飛機(jī)裝配的制孔質(zhì)量，同時(shí)也大大減少了人工勞動(dòng)力。
【專利說明】一種飛機(jī)裝配制孔的末端執(zhí)行器及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及涉及一種與工業(yè)機(jī)械臂結(jié)合使用的制孔末端執(zhí)行器，尤其是一種適用于飛機(jī)裝配制孔的末端執(zhí)行器。
【背景技術(shù)】
[0002]據(jù)報(bào)道，國外飛機(jī)裝配過程中，因鉆孔加工缺陷而導(dǎo)致報(bào)廢的碳纖維復(fù)合材料零件數(shù)量占全部報(bào)廢零件的60%以上。碳纖維復(fù)合材料加工表面一旦出現(xiàn)撕裂和分層等嚴(yán)重缺陷幾乎無法修復(fù)和挽回。波音公司對鈦合金螺栓試驗(yàn)表明，當(dāng)緊固件沿外載荷作用方向傾斜大于2°時(shí)，疲勞壽命降低約47%，傾斜大于5°時(shí)，疲勞壽命降低95%。
[0003]飛機(jī)制造過程中裝配勞動(dòng)量約占整個(gè)飛機(jī)制造勞動(dòng)量的40%?50%。在飛機(jī)裝配中，鉚接仍然是應(yīng)用最廣泛的連接方式，而鉚接的第一步工藝就是鉆孔，孔在鉚縫中的分布、孔的尺寸和孔壁質(zhì)量，對鉚縫的強(qiáng)度指標(biāo)和加工工時(shí)影響很大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一架大型飛機(jī)上大約有150?200萬個(gè)聯(lián)接孔，飛機(jī)所承載荷通過連接部位傳遞，形成連接處應(yīng)力集中。據(jù)統(tǒng)計(jì)，飛機(jī)機(jī)體疲勞失效事故的70%是源于結(jié)構(gòu)聯(lián)接部位，其中80%的疲勞裂紋產(chǎn)生于聯(lián)接孔處，因此連接的質(zhì)量極大地影響著飛機(jī)的壽命，而傳統(tǒng)的手工鉚接不僅效率低、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且難以保證制孔質(zhì)量，在飛機(jī)的裝配過程中會(huì)導(dǎo)致機(jī)構(gòu)聯(lián)接的不穩(wěn)定。因此，世界著名航空公司波音、空客都在研發(fā)機(jī)器人鉆孔技術(shù)，并已在飛機(jī)裝配中得到了一些應(yīng)用。
[0004]現(xiàn)有的機(jī)器人制孔系統(tǒng)主要可分為工業(yè)機(jī)器人制孔系統(tǒng)、爬壁機(jī)器人制孔系統(tǒng)和柔性軌道機(jī)器人制孔系統(tǒng)。作為機(jī)器人制孔系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件之一，末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)對制孔質(zhì)量有著舉足輕重的作用。為了實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代飛機(jī)的安全性、經(jīng)濟(jì)性、舒適性和環(huán)保性，末端執(zhí)行器的輕量化、模塊化、高可靠性和綠色制造是在設(shè)計(jì)末端執(zhí)行器時(shí)著重強(qiáng)調(diào)的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對目前飛機(jī)裝配制孔中存在的上述現(xiàn)有技術(shù)問題的現(xiàn)狀，本發(fā)明的目的是提供一種與工業(yè)機(jī)器人結(jié)合使用的多功能制孔末端執(zhí)行器，該末端執(zhí)行器能夠?qū)崿F(xiàn)加工件表面法線檢測、鉆頭姿態(tài)調(diào)整、吸屑?jí)壕o、視覺檢測和旋轉(zhuǎn)-進(jìn)給，實(shí)現(xiàn)高精度、高效率、自動(dòng)化和綠色化制孔的目的。
[0006]本發(fā)明可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn).。
[0007]—種飛機(jī)裝配制孔的末端執(zhí)行器:主軸-進(jìn)給模塊、雙偏心盤調(diào)姿模塊、吸屑?jí)壕o模塊、法向檢測模塊和視覺檢測模塊。
[0008]所述的主軸-進(jìn)給模塊包括:主軸電機(jī)、進(jìn)給電機(jī)、傳動(dòng)帶、帶輪、滾動(dòng)軸承、滾珠絲杠、滾珠絲杠螺母、滾珠絲杠上固定座、滾珠絲杠下固定座、主軸電機(jī)支撐板、軸承端蓋、進(jìn)給電機(jī)固定架、傳動(dòng)軸套、鉆卡頭、鉆頭、尾軸、鋼珠、光軸和無油襯套；
該進(jìn)給電機(jī)通過進(jìn)給電機(jī)固定架固定在滾珠絲杠上固定座上；第一滾動(dòng)軸承和第二滾動(dòng)軸承、第三滾動(dòng)主軸承和第四滾動(dòng)軸承分別安裝在滾珠絲杠的兩端，軸承端蓋分別將滾珠絲杠的兩端固定在滾珠絲杠上固定座和滾珠絲杠下固定座上，防止軸承的軸向竄動(dòng)；光軸的兩端通過螺釘固定在滾珠絲杠上固定座和滾珠絲杠下固定座上，對滾珠絲杠上固定座和滾珠絲杠下固定座起到固定作用；主軸電機(jī)通過主軸電機(jī)支撐板與滾珠絲杠螺母、光軸相連，滾珠絲杠螺母將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，光軸起到導(dǎo)向作用；主軸電機(jī)支撐板穿過無油襯套，沿光軸滑動(dòng)；第一帶輪安裝在進(jìn)給電機(jī)的輸出軸上，第二帶輪安裝在滾珠絲杠上，傳動(dòng)帶繞在帶輪上，進(jìn)給電機(jī)通過傳動(dòng)帶，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給滾珠絲杠；滾珠絲杠螺母與滾珠絲杠配合，將滾珠絲杠的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為主軸電機(jī)的直線運(yùn)動(dòng)；傳動(dòng)軸套安裝在主軸電機(jī)的輸出軸上，鉆卡頭安裝在傳動(dòng)軸套上，鉆頭裝在鉆卡頭上，這樣主軸電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞都鉆頭上；鋼珠安裝在滾珠絲杠下固定座上，尾軸安裝在滾珠絲杠上固定座上，鋼珠和尾軸分別與雙偏心盤調(diào)姿模塊配合，實(shí)現(xiàn)調(diào)姿功能。
[0009]所述雙偏心盤調(diào)姿模塊包括:大偏心盤、小偏心盤、調(diào)姿電機(jī)、小齒輪、大齒輪、薄壁軸承、軸承、薄壁軸承固定圈、軸承固定圈、球鉸、球鉸固定殼、上支撐座、下支撐座、下封蓋、支撐板和固定環(huán)；
球鉸安裝在小偏心盤的偏軸心上；小偏心盤通過軸承安裝在大偏心盤的偏軸心上，軸承固定圈固定軸承的一個(gè)軸向移動(dòng)；大偏心盤通過薄壁軸承安裝在上支撐座上，薄壁軸承固定圈固定薄壁軸承的一個(gè)軸向移動(dòng)；大齒輪和小齒輪分別安裝在調(diào)姿電機(jī)的輸出軸上，大齒輪和小齒輪分別與小偏心盤和上支撐座構(gòu)成齒輪嚙合；調(diào)姿電機(jī)安裝在大偏心盤上；下封蓋安裝在下支撐座上，與主軸-進(jìn)給模塊配合，實(shí)現(xiàn)調(diào)姿功能；支撐板與上支撐座和下支撐座固連，與工業(yè)機(jī)械臂法蘭盤相連。
[0010]所述吸屑?jí)壕o模塊包括:壓緊頭、壓緊氣缸、無油襯套、氣缸連桿、壓緊筒、連接板和無油襯套擋環(huán)；
壓緊氣缸安裝在連接板上；壓緊頭安裝在壓緊筒上；氣缸連桿分別將壓緊氣缸與壓緊筒相連；無油襯套擋環(huán)安裝在連接板上，無油襯套安裝在無油襯套擋環(huán)內(nèi)部。
[0011]所述法向檢測模塊包括激光傳感器和傳感器座。
[0012]傳感器座均布在吸屑?jí)壕o模塊的連接板上；激光傳感器分別安裝在傳感器座上。
[0013]所述視覺檢測模塊包括工業(yè)相機(jī)、鏡頭和相機(jī)固定板；
相機(jī)固定板安裝在雙偏心盤調(diào)姿模塊的滾珠絲杠上固定座上；鏡頭安裝在工業(yè)相機(jī)上；工業(yè)相機(jī)安裝在相機(jī)固定板上。
[0014]本發(fā)明進(jìn)一步提出一種飛機(jī)裝配制孔的末端執(zhí)行器及其使用方法，上述第二調(diào)姿電機(jī)203B輸出軸上的小齒輪204與上支撐座212內(nèi)壁上齒圈構(gòu)成內(nèi)嚙合齒輪副，上支撐座212固定不動(dòng)，當(dāng)?shù)诙{(diào)姿電機(jī)203B轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，即可帶動(dòng)大偏心盤201在上支撐座212內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)；第一調(diào)姿電機(jī)203A輸出軸上的大齒輪205與小偏心盤202下端的齒輪都成外嚙合齒輪畐0，當(dāng)?shù)谝徽{(diào)姿電機(jī)203A轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，即可帶動(dòng)小偏心盤202在大偏心盤201內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)；雙偏心盤調(diào)姿機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)5°以內(nèi)的姿態(tài)調(diào)整，調(diào)整誤差小于0.5° ;主軸-進(jìn)給模塊I的尾軸116穿過球鉸210的中心，當(dāng)大偏心盤201與小偏心盤202在調(diào)姿電機(jī)203A?B的驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)主軸-進(jìn)給模塊I的姿態(tài)調(diào)整。
[0015]當(dāng)雙偏心盤調(diào)姿模塊2完成調(diào)姿功能之后，氣缸302A?B同時(shí)進(jìn)氣，在氣壓的作用下，氣缸連桿304A?B帶動(dòng)壓緊筒305同時(shí)向下運(yùn)動(dòng)，使壓緊筒305壓到工件表面，實(shí)現(xiàn)對工件的壓緊，防止制孔時(shí)工件的振動(dòng)；完成壓緊之后，主軸-進(jìn)給模塊I實(shí)現(xiàn)鉆頭的旋轉(zhuǎn)與進(jìn)給，完成制孔；在制孔過程中，吸屑裝置將碎屑從吸屑口吸走，防止碎屑劃傷孔表面。
[0016]當(dāng)所述末端執(zhí)行器移動(dòng)到工件表面附近時(shí)，激光傳感器401A?D發(fā)射激光，計(jì)算出每個(gè)傳感器距離工件表面的距離，將該距離值反饋給控制系統(tǒng)，計(jì)算出制孔點(diǎn)處的法線矢量，根據(jù)法向矢量與鉆頭軸線之間的夾角，計(jì)算出調(diào)姿電機(jī)203A?B各自轉(zhuǎn)過的角度，將該角度反饋給控制系統(tǒng)，使調(diào)姿調(diào)姿電機(jī)203A?B旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角度，使鉆頭軸線與制孔點(diǎn)處法線矢量重合，完成調(diào)姿功能。
[0017]本發(fā)明存在以下優(yōu)點(diǎn):
(I)輕量化。為了減輕末端執(zhí)行器的重量，該末端執(zhí)行器50%的材料是鈦合金，與傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)的末端執(zhí)行器相比，質(zhì)量降低30%。
[0018](2)模塊化。各個(gè)模塊標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，各個(gè)模塊提供模塊化接口，便于與其他模塊連接與通信，方便更換損壞的模塊，降低生產(chǎn)成本與維護(hù)成本。
[0019](3)智能化。目前國內(nèi)制孔末端執(zhí)行器很少有對鉆頭姿態(tài)進(jìn)行微調(diào)的功能，該末端執(zhí)行器包含激光檢測加工件表面法線模塊和雙偏心盤姿態(tài)調(diào)整模塊，二者共同完成對鉆頭的姿態(tài)調(diào)整，保證孔的垂直度。
[0020](4)綠色化。該末端執(zhí)行器沒有采用冷卻液冷卻鉆頭，而是通過智能控制鉆削參數(shù)，研究制孔工藝，實(shí)現(xiàn)高精度制孔。
[0021]該末端執(zhí)行器安裝在工業(yè)機(jī)械臂末端法蘭盤上，將靶點(diǎn)置于鉆孔點(diǎn)，激光跟蹤儀測得靶點(diǎn)三維坐標(biāo)，通過坐標(biāo)變換，將靶點(diǎn)位置輸入給機(jī)械臂控制系統(tǒng)，計(jì)算出機(jī)械臂各個(gè)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)角度，使末端執(zhí)行器移至到鉆孔位置。調(diào)姿機(jī)構(gòu)調(diào)整鉆頭姿態(tài)，確保加工孔的垂直度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1和圖2是本發(fā)明末端執(zhí)行器的整體結(jié)構(gòu)圖。
[0023]圖3是本發(fā)明末端執(zhí)行器的主軸-進(jìn)給模塊和視覺檢測模塊結(jié)構(gòu)圖。
[0024]圖4是本發(fā)明末端執(zhí)行器的主軸-進(jìn)給模塊和視覺檢測模塊爆炸視圖。
[0025]圖5是本發(fā)明末端執(zhí)行器的雙偏心盤調(diào)姿模塊結(jié)構(gòu)圖。
[0026]圖6是本發(fā)明末端執(zhí)行器的雙偏心盤調(diào)姿模塊爆炸視圖。
[0027]圖7是本發(fā)明末端執(zhí)行器的吸屑?jí)壕o模塊和法向檢測模塊結(jié)構(gòu)圖。
[0028]圖8是本發(fā)明末端執(zhí)行器的吸屑?jí)壕o模塊和法向檢測模塊爆炸視圖。
[0029]圖9是本發(fā)明末端執(zhí)行器的工作流程圖。
[0030]圖中:1.主軸-進(jìn)給模塊；101.主軸電機(jī)；102.進(jìn)給電機(jī)；103.傳動(dòng)帶；104A?B.帶輪；105A?D.滾動(dòng)軸承；106.滾珠絲杠；107.滾珠絲杠螺母；108.滾珠絲杠上固定座；109.滾珠絲杠下固定座；110.主軸電機(jī)支撐板；IllA?B.軸承端蓋；112.進(jìn)給電機(jī)固定架；113.傳動(dòng)軸套；114.鉆卡頭；115.鉆頭；116.尾軸；117A?E.鋼珠；118A?B.光軸；119A?B.無油襯套；
2.雙偏心盤調(diào)姿機(jī)構(gòu)；201.大偏心盤；202.小偏心盤;203A?B.調(diào)姿電機(jī)；204.小齒輪；205.大齒輪；206.薄壁軸承；207.軸承；208.薄壁軸承固定圈；209.軸承固定圈；210.球鉸；211.球鉸固定殼；212.上支撐座；213.下支撐座；214.下封蓋；215.支撐板；216A?
B.固定環(huán)； 3.吸屑?jí)壕o模塊；301.壓緊頭；302A?B.壓緊氣缸；303.無油襯套；304A?B.氣缸連桿；305.壓緊筒；306.連接板；307.無油襯套擋環(huán)；
4.法向檢測模塊；401A?D.激光傳感器；402A?D.傳感器座；
5.視覺檢測模塊；501.工業(yè)相機(jī)；502.鏡頭；503.相機(jī)固定座。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0032]參見圖1和圖2所示，本發(fā)明涉及一種飛機(jī)裝配制孔的末端執(zhí)行器，該末端執(zhí)行器包括主軸-進(jìn)給模塊1、雙偏心盤調(diào)姿模塊2、吸屑?jí)壕o模塊3、法向檢測模塊4和視覺檢測模塊5。雙偏心盤調(diào)姿模塊2是整個(gè)末端執(zhí)行器的支撐。主軸-進(jìn)給模塊I安裝在雙偏心盤調(diào)姿模塊2內(nèi)部；法向檢測模塊4安裝在吸屑?jí)壕o模塊3上；吸屑?jí)壕o模塊3安裝在雙偏心盤調(diào)姿模塊2底部；視覺檢測模塊5安裝在雙偏心盤調(diào)姿模塊2上部。
[0033]參見圖3和圖4所示，主軸-進(jìn)給模塊I包括:主軸電機(jī)101、進(jìn)給電機(jī)102、傳動(dòng)帶103、帶輪104A?B、滾動(dòng)軸承105A?D、滾珠絲杠106A?B、滾珠絲杠螺母107A?B、滾珠絲杠上固定座108、滾珠絲杠下固定座109、主軸電機(jī)支撐板110、軸承端蓋IllA?B、進(jìn)給電機(jī)固定架112、傳動(dòng)軸套113、鉆卡頭114、鉆頭115、尾軸116、鋼珠117A?E、光軸118A?B和無油襯套119A?B ;視覺檢測模塊5包括工業(yè)相機(jī)501、鏡頭502和相機(jī)固定座 503 ；
進(jìn)給電機(jī)102通過進(jìn)給電機(jī)固定架112固定在滾珠絲杠上固定座108上；第一滾動(dòng)軸承105A和第二滾動(dòng)軸承105B、第三滾動(dòng)主軸承105C和第四滾動(dòng)軸承10?分別安裝在滾珠絲杠106的兩端，軸承端蓋IllA?B分別將滾珠絲杠106的兩端固定在滾珠絲杠上固定座108和滾珠絲杠下固定座109上，防止軸承的軸向竄動(dòng)；光軸118A?B的兩端通過螺釘固定在滾珠絲杠上固定座108和滾珠絲杠下固定座109上，對滾珠絲杠上固定座108和滾珠絲杠下固定座109起到固定作用；主軸電機(jī)101通過主軸電機(jī)支撐板110與滾珠絲杠螺母107、光軸118A?B相連，滾珠絲杠螺母107將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，光軸118A?B起到導(dǎo)向作用；主軸電機(jī)支撐板110穿過無油襯套119A?B，沿光軸118A?B滑動(dòng)；第一帶輪104A安裝在進(jìn)給電機(jī)102的輸出軸上，第二帶輪104B安裝在滾珠絲杠106上，傳動(dòng)帶103繞在帶輪104A?B上，進(jìn)給電機(jī)102通過傳動(dòng)帶103，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給滾珠絲杠106 ；滾珠絲杠螺母107與滾珠絲杠106配合，將滾珠絲杠106的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為主軸電機(jī)101的直線運(yùn)動(dòng)；傳動(dòng)軸套113安裝在主軸電機(jī)101的輸出軸上，鉆卡頭114安裝在傳動(dòng)軸套113上，鉆頭115裝在鉆卡頭114上，這樣主軸電機(jī)101的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞都鉆頭115上；鋼珠117A?E安裝在滾珠絲杠下固定座109上，尾軸116安裝在滾珠絲杠上固定座108上，鋼珠117A?E和尾軸116分別與雙偏心盤調(diào)姿模塊2配合，實(shí)現(xiàn)調(diào)姿功能。
[0034]工業(yè)相機(jī)501可以將孔的圖像傳輸至上位機(jī)，便于操作人員觀察制出孔的效果，及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤操作造成的錯(cuò)誤制孔。
[0035]在主軸-進(jìn)給模塊I中，主軸電機(jī)101和進(jìn)給電機(jī)102均選用奧地利貝加萊公司的電機(jī)。主軸電機(jī)101型號(hào)是8LSA44，進(jìn)給電機(jī)102型號(hào)為8LSA25 ;滾珠絲杠106采用日本NSK的W2003SA-1P-C5Z4，精度可達(dá)C3等級(jí)；滾動(dòng)軸承105A?D采用標(biāo)準(zhǔn)角接觸球軸承61901。[0036]參見圖5和圖6所示,所述雙偏心盤調(diào)姿模塊2包括:大偏心盤201、小偏心盤202、調(diào)姿電機(jī)203A?B、小齒輪204、大齒輪205、薄壁軸承206、軸承207、薄壁軸承固定圈208、軸承固定圈209、球鉸210、球鉸固定殼211、上支撐座212、下支撐座213、下封蓋214、支撐板215和固定環(huán)216A?B ；
球鉸210安裝在小偏心盤202的偏軸心上；小偏心盤202通過軸承207安裝在大偏心盤201的偏軸心上，軸承固定圈209固定軸承207的一個(gè)軸向移動(dòng)；大偏心盤201通過薄壁軸承206安裝在上支撐座212上，薄壁軸承固定圈208固定薄壁軸承206的一個(gè)軸向移動(dòng)；大齒輪205和小齒輪204分別安裝在調(diào)姿電機(jī)203A?B的輸出軸上，大齒輪205和小齒輪204分別與小偏心盤202和上支撐座212構(gòu)成齒輪嚙合；調(diào)姿電機(jī)203A?B安裝在大偏心盤201上；下封蓋214安裝在下支撐座213上，與主軸-進(jìn)給模塊I配合，實(shí)現(xiàn)調(diào)姿功能;支撐板215通過固定環(huán)216A?B與上支撐座212和下支撐座213固連。
[0037]在雙偏心盤調(diào)姿模塊2中，調(diào)姿電機(jī)203A?B采用Maxon直流伺服電機(jī)RE35 ;薄壁軸承206采用德國INA公司CSED080。軸承207是標(biāo)準(zhǔn)軸承61818。
[0038]參見圖7和圖8所示吸屑?jí)壕o模塊3包括:吸屑?jí)壕o模塊3包括:壓緊頭301、壓緊氣缸302A?B、無油襯套303、氣缸連桿304A?B、壓緊筒305、連接板306和無油襯套擋環(huán) 307 ；
壓緊氣缸302A?B安裝在連接板306上；壓緊頭301安裝在壓緊筒305上；氣缸連桿304A?B分別將壓緊氣缸302A?B與壓緊筒305相連；無油襯套擋環(huán)307安裝在連接板306上，無油襯套303安裝在無油襯套擋環(huán)307內(nèi)部。
[0039]傳感器座402A?D均布在吸屑?jí)壕o模塊3的連接板306上；激光傳感器40IA?D分別安裝在傳感器座402A?D上。
[0040]在吸屑?jí)壕o模塊3中，壓緊氣缸302A?B選用日本SMC CQ2系列薄壁氣缸，無油襯套303選用HUB050系列JDB直套軸承。在法向檢測模塊4中，激光傳感器401A?D選用德國 Baumer 的 OADM 12U6460/S35A。
[0041]參見圖9，所述末端執(zhí)行器的工作流程為:將該末端執(zhí)行器安裝在工業(yè)機(jī)械臂末端法蘭盤上，激光跟蹤儀靶點(diǎn)置于制孔點(diǎn)，激光跟蹤儀測得靶點(diǎn)三維坐標(biāo)，通過坐標(biāo)變換，將靶點(diǎn)位置輸入給機(jī)械臂控制系統(tǒng)，計(jì)算出機(jī)械臂各個(gè)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)角度，使末端執(zhí)行器移至至IJ鉆孔位置，激光測距傳感器測出距離加工表面的距離，計(jì)算出加工點(diǎn)處的法向矢量，比較鉆頭軸線矢量與法線矢量之間的夾角，如果該夾角大于0.5°，則計(jì)算出調(diào)姿電機(jī)轉(zhuǎn)過的角度，使軸向矢量與法向矢量重合，直至二者之間夾角小于0.5°。當(dāng)鉆頭姿態(tài)調(diào)整完成之后，壓緊氣缸302A?B充氣，使壓緊頭301壓在工件表面，主軸電機(jī)101上電旋轉(zhuǎn)，主軸電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，進(jìn)給電機(jī)102上電，通過傳動(dòng)帶103帶動(dòng)滾珠絲杠106旋轉(zhuǎn)，通過滾珠絲杠螺母107與滾珠絲杠106的配合，將進(jìn)給電機(jī)102的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為主軸電機(jī)101的直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，光軸118A?B起到導(dǎo)向作用。根據(jù)不同制孔材料，選擇不同的進(jìn)給速度與主軸旋轉(zhuǎn)速度，實(shí)現(xiàn)高精度、高質(zhì)量鉆孔。開始鉆孔時(shí)，壓緊筒305內(nèi)抽氣，吸走鉆出的碎屑，防止劃傷孔表面。對于一些難加工材料，比如鈦合金和復(fù)合材料等，對鉆頭115加上有規(guī)律、可控的振動(dòng)，使切削用量按一定規(guī)律變化，可以達(dá)到改善鉆削效能的目的。在本發(fā)明專利中，通過對鉆削過程中產(chǎn)生的振動(dòng)進(jìn)行有效控制，實(shí)現(xiàn)鉆頭的自激振動(dòng)，不需外在振動(dòng)裝置，可以減輕了末端執(zhí)行器的總重量，而且能夠?qū)崿F(xiàn)振動(dòng)制孔。在整個(gè)鉆孔過程中，工業(yè)相機(jī)實(shí)時(shí)檢測鉆孔效果，將制出的孔圖像實(shí)時(shí)返回到上位機(jī)，便于操作者實(shí)時(shí)了解制孔效果。
[0042]本發(fā)明末端執(zhí)行器與工業(yè)機(jī)械臂結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)制孔時(shí)孔的垂直度誤差小于
0.5°，制孔效率達(dá)到5?6個(gè)/分鐘。不僅提高了飛機(jī)裝配的制孔質(zhì)量，同時(shí)也大大減少了人工勞動(dòng)力。
【權(quán)利要求】
1.一種飛機(jī)裝配制孔的末端執(zhí)行器，其特征在于:該末端執(zhí)行器包括主軸-進(jìn)給模塊(I)、雙偏心盤調(diào)姿模塊(2)、吸屑?jí)壕o模塊(3)、法向檢測模塊(4)和視覺檢測模塊(5)； 所述的主軸-進(jìn)給模塊(I)包括:主軸電機(jī)(101)、進(jìn)給電機(jī)(102)、傳動(dòng)帶(103)、帶輪(104A~B)、滾動(dòng)軸承(105Α?))、滾珠絲杠(106)、滾珠絲杠螺母(107)、滾珠絲杠上固定座(108 )、滾珠絲杠下固定座(109 )、主軸電機(jī)支撐板(110)、軸承端蓋(11 IA^B )、進(jìn)給電機(jī)固定架(112)、傳動(dòng)軸套(113)、鉆卡頭(114)、鉆頭(115)、尾軸(116)、鋼珠(117A飛)、光軸(11841)和無油襯套(119八1)； 進(jìn)給電機(jī)(102)通過進(jìn)給電機(jī)固定架(112 )固定在滾珠絲杠上固定座(108)上；第一滾動(dòng)軸承(105A)和第二滾動(dòng)軸承(105B)、第三滾動(dòng)主軸承(105C)和第四滾動(dòng)軸承(105D)分別安裝在滾珠絲杠(106)的兩端，軸承端蓋(IllAl)分別將滾珠絲杠(106)的兩端固定在滾珠絲杠上固定座(108)和滾珠絲杠下固定座(109)上；光軸(118A~B)的兩端通過螺釘固定在滾珠絲杠上固定座(108 )和滾珠絲杠下固定座(109 )上，對滾珠絲杠上固定座(108 )和滾珠絲杠下固定座(109)起到固定作用；主軸電機(jī)(101)通過主軸電機(jī)支撐板(110)與滾珠絲杠螺母(107)、光軸(118A1)相連，滾珠絲杠螺母(107)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，光軸(118A、)起到導(dǎo)向作用；主軸電機(jī)支撐板(110)穿過無油襯套(119A、)，沿光軸(118A、)滑動(dòng)；第一帶輪(104A)安裝在進(jìn)給電機(jī)(102)的輸出軸上，第二帶輪(104B)安裝在滾珠絲杠(106)上，傳動(dòng)帶(103)繞在帶輪(104A、)上，進(jìn)給電機(jī)(102)通過傳動(dòng)帶(103)，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給滾珠絲杠(106);滾珠絲杠螺母(107)與滾珠絲杠(106)配合，將滾珠絲杠(106)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為主軸電機(jī)(101)的直線運(yùn)動(dòng)；傳動(dòng)軸套(113)安裝在主軸電機(jī)(101)的輸出軸上，鉆卡頭(114)安裝在傳動(dòng)軸套(113)上，鉆頭(115)裝在鉆卡頭(114)上，這樣主軸 電機(jī)(101)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞到鉆頭(115)上；鋼珠(117A飛)安裝在滾珠絲杠下固定座(109 )上，尾軸(116)安裝在滾珠絲杠上固定座(108 )上，鋼珠(117A飛)和尾軸(116)分別與雙偏心盤調(diào)姿模塊(2)配合，實(shí)現(xiàn)調(diào)姿功能； 所述雙偏心盤調(diào)姿模塊(2)包括:大偏心盤(201 )、小偏心盤(202)、調(diào)姿電機(jī)(203A~B)、小齒輪(204)、大齒輪(205)、薄壁軸承(206)、軸承(207)、薄壁軸承固定圈(208)、軸承固定圈(209)、球鉸(210)、球鉸固定殼(211)、上支撐座(212)、下支撐座(213)、下封蓋(214)、支撐板(215)和固定環(huán)(216A~B)； 球鉸(210)安裝在小偏心盤(202 )的偏軸心上；小偏心盤(202 )通過軸承(207 )安裝在大偏心盤(201)的偏軸心上，軸承固定圈(209)固定軸承(207)的一個(gè)軸向移動(dòng)；大偏心盤(201)通過薄壁軸承(206)安裝在上支撐座(212)上，薄壁軸承固定圈(208)固定薄壁軸承(206)的一個(gè)軸向移動(dòng)；大齒輪(205)和小齒輪(204)分別安裝在調(diào)姿電機(jī)(203A、)的輸出軸上，大齒輪(205)和小齒輪(204)分別與小偏心盤(202)和上支撐座(212)構(gòu)成齒輪嚙合；調(diào)姿電機(jī)(203A、)安裝在大偏心盤(201)上；下封蓋(214)安裝在下支撐座(213)上，與主軸-進(jìn)給模塊(I)配合，實(shí)現(xiàn)調(diào)姿功能；支撐板(215)通過固定環(huán)(216A、)分別與上支撐座(212)和下支撐座(213)固連，與工業(yè)機(jī)械臂法蘭盤相連； 所述吸屑?jí)壕o模塊(3)包括:壓緊頭(301)、壓緊氣缸(302A、)、無油襯套(303)、氣缸連桿(304A~B)、壓緊筒(305)、連接板(306)和無油襯套擋環(huán)(307)； 壓緊氣缸(302A、)安裝在連接板(306)上；壓緊頭(301)安裝在壓緊筒(305)上；氣缸連桿(304A、)分別將壓緊氣缸(302A、)與壓緊筒(305 )相連；無油襯套擋環(huán)(307 )安裝在連接板(306)上，無油襯套(303)安裝在無油襯套擋環(huán)(307)內(nèi)部； 所述法向檢測模塊(4)包括激光傳感器(401Α?))和傳感器座(402Α?))； 傳感器座(402Α?))均布在吸屑?jí)壕o模塊(3)的連接板(306)上；激光傳感器(401Α?))分別安裝在傳感器座(402Α?))上； 所述視覺檢測模塊(5 )包括工業(yè)相機(jī)(501)、鏡頭(502 )和相機(jī)固定板(503 ); 相機(jī)固定板(503)安裝在雙偏心盤調(diào)姿模塊(2)的滾珠絲杠上固定座(108)上；鏡頭(502)安裝在工業(yè)相機(jī)(501)上；工業(yè)相機(jī)(501)安裝在相機(jī)固定板(503)上。
2.一種如權(quán)利要求1所述末端執(zhí)行器的使用方法，其特征在于，第二調(diào)姿電機(jī)(203Β)輸出軸上的小齒輪(204)與上支撐座(212)內(nèi)壁上齒圈構(gòu)成內(nèi)嚙合齒輪副，上支撐座(212)固定不動(dòng)，當(dāng)?shù)诙{(diào)姿電機(jī)(203Β)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，即可帶動(dòng)大偏心盤(201)在上支撐座(212)內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)；第一調(diào)姿電機(jī)(203Α)輸出軸上的大齒輪(205)與小偏心盤(202)下端的齒輪都成外嚙合齒輪副，當(dāng)?shù)谝徽{(diào)姿電機(jī)(203Α)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，即可帶動(dòng)小偏心盤(202)在大偏心盤(201)內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)；雙偏心盤調(diào)姿機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)5°以內(nèi)的姿態(tài)調(diào)整，調(diào)整誤差小于0.5° ;主軸-進(jìn)給模塊Cl)的尾軸(116)穿過球鉸(210)的中心，當(dāng)大偏心盤(201)與小偏心盤(202)在調(diào)姿電機(jī)(203Α、)的驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)主軸-進(jìn)給模塊(I)的姿態(tài)調(diào)整。
3.—種如權(quán)利要求1所述末端執(zhí)行器的使用方法，其特征在于，當(dāng)雙偏心盤調(diào)姿模塊(2 )完成調(diào)姿功能之 后，氣缸(302Α、)同時(shí)進(jìn)氣，在氣壓的作用下，氣缸連桿(304Α、)帶動(dòng)壓緊筒(305)同時(shí)向下運(yùn)動(dòng)，使壓緊筒(305)壓到工件表面，實(shí)現(xiàn)對工件的壓緊，防止制孔時(shí)工件的振動(dòng)；完成壓緊之后，主軸-進(jìn)給模塊(I)實(shí)現(xiàn)鉆頭的旋轉(zhuǎn)與進(jìn)給，完成制孔；在制孔過程中，吸屑裝置將碎屑從吸屑口吸走，防止碎屑劃傷孔表面。
4.一種如權(quán)利要求1所述末端執(zhí)行器的使用方法，其特征在于，當(dāng)所述末端執(zhí)行器移動(dòng)到工件表面附近時(shí)，激光傳感器(401Α?))發(fā)射激光，計(jì)算出每個(gè)傳感器距離工件表面的距離，將該距離值反饋給控制系統(tǒng)，計(jì)算出制孔點(diǎn)處的法線矢量，根據(jù)法向矢量與鉆頭軸線之間的夾角，計(jì)算出調(diào)姿電機(jī)(203Α、)各自轉(zhuǎn)過的角度，將該角度反饋給控制系統(tǒng)，使調(diào)姿調(diào)姿電機(jī)(203Α、)旋轉(zhuǎn)相應(yīng)角度，使鉆頭軸線與制孔點(diǎn)處法線矢量重合，完成調(diào)姿功能。
【文檔編號(hào)】B23Q17/24GK103990829SQ201410230601
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月29日
【發(fā)明者】袁培江, 沈立恒, 王啟申, 薛雷, 汪承坤, 宋博 申請人:上海飛機(jī)制造有限公司