本發(fā)明涉及自動(dòng)鉆鉚技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種集成法向找正功能的自動(dòng)鉆鉚末端執(zhí)行器壓力腳裝置。

背景技術(shù)：

隨著現(xiàn)代飛機(jī)性能要求的提高，自動(dòng)化裝配技術(shù)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。目前飛機(jī)上的結(jié)構(gòu)件在裝配過程中以機(jī)械連接為主，機(jī)械連接帶來大量的制孔問題，為了滿足飛機(jī)長壽命要求就必須解決精密制孔技術(shù)難題，因此機(jī)器人精密制孔技術(shù)成為飛機(jī)自動(dòng)化裝配技術(shù)的一個(gè)重要的應(yīng)用和研究方向。末端執(zhí)行器上的壓力腳作為壓緊工件、法向檢測的裝置，就成為了自動(dòng)化裝配技術(shù)中的一個(gè)重要的研究領(lǐng)域。

國外關(guān)于機(jī)器人自動(dòng)制孔技術(shù)的應(yīng)用和研究已相當(dāng)成熟：美國的electroimpact公司與英國空客公司聯(lián)合設(shè)計(jì)了一套機(jī)器人鉆削系統(tǒng)，主要用于波音f/a-18e/f的機(jī)翼后緣襟翼的鉆孔與锪窩；洛克希德·馬丁公司f-35飛機(jī)碳纖維環(huán)氧復(fù)合材料機(jī)翼上壁板制孔用的大型龍門式鉆鉚系統(tǒng)。國內(nèi)在飛機(jī)裝配領(lǐng)域與航空先進(jìn)技術(shù)國家還存在教大的差距，對機(jī)器人精密制孔的研究處于起步階段，因此需要大力發(fā)展以滿足新一代飛機(jī)的研制與生產(chǎn)要求。

在機(jī)器人自動(dòng)化制孔過程中，由于機(jī)器人本身的定位誤差，型架的制造、安裝誤差、產(chǎn)品的加工裝配誤差等，導(dǎo)致飛機(jī)蒙皮表面代加工點(diǎn)的外法矢方向與刀具軸線方向存在一定的夾角，如果此夾角過大，必然會(huì)影響產(chǎn)品的精度和裝配的可靠性，同時(shí)還會(huì)對刀具的壽命產(chǎn)生一定的影響，因此現(xiàn)在國內(nèi)外一般的做法是在每次鉆孔前進(jìn)行法向找正，而法向找正大多數(shù)是通過裝在壓力腳外部的四個(gè)激光位移傳感器獲取待加工孔附近區(qū)域的四個(gè)點(diǎn)的空間位置，進(jìn)而擬合出待加工孔的法矢。本發(fā)明的壓力腳裝置用長度計(jì)代替激光位移傳感器來獲取待加工孔的法矢，并將長度計(jì)內(nèi)置在壓力腳內(nèi)部，這樣做的優(yōu)點(diǎn)是：

1、長度計(jì)較激光位移傳感器有較高的精度，在分辨率上能提高一個(gè)數(shù)量級，因此能消除因測量誤差導(dǎo)致的法相檢測誤差；

2、激光位移傳感器照射到工件表面的四個(gè)點(diǎn)構(gòu)成的區(qū)域面積較大，當(dāng)工件的曲率較大時(shí)，所擬合的法向與待加工點(diǎn)的法向出入較大，而本發(fā)明壓力腳的測量方式采用接觸式的測量方式，與工件的接觸區(qū)域就是壓力腳端部的圓環(huán)構(gòu)成的區(qū)域，面積可以做的更小，因此本發(fā)明的壓力腳裝置可以適應(yīng)更大曲率工件的自動(dòng)化制孔；

3、激光位移傳感器采用激光測距的方式，現(xiàn)場可能受到環(huán)境的影響或工裝的阻擋導(dǎo)致光路不穩(wěn)或者照射點(diǎn)不正確，使得法向找正失敗，而采用接觸式的壓力腳就不會(huì)面臨這樣的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種壓力腳裝置，該壓力腳的測量法向的傳感器元件為長度計(jì)，采用接觸式測量法向的方法測量加工點(diǎn)處的法向。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：

一種集成法向找正功能的自動(dòng)鉆鉚末端執(zhí)行器壓力腳裝置，包括壓力腳基座和法向找正系統(tǒng)，所述壓力腳基座安裝在末端執(zhí)行器上，為可拆卸的部分，通過外部的氣缸驅(qū)動(dòng)向前；所述法向找正系統(tǒng)包括安裝在壓力腳內(nèi)部的球軸承、壓力腳外部的長度計(jì)、預(yù)拉伸彈簧及壓力頭安裝座；所述壓力腳基座和壓力頭安裝座通過預(yù)拉緊彈簧連接；在壓力腳基座上設(shè)有球軸承和長度計(jì)，所述長度計(jì)通過固定塊固定在壓力腳基座后端，其均布排列在壓力腳基座中心四周，所述長度計(jì)的測量頭與壓力頭安裝座接觸；所述球軸承的內(nèi)表面固定在壓力腳基座中心，壓力頭通過四個(gè)螺栓安裝固定在壓力頭安裝座上，所述壓力頭內(nèi)側(cè)固定安裝在球軸承的外表面，通過球軸承內(nèi)外表面的配合，使得壓力頭安裝座能繞壓力腳基座在空間±15°角度范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)來貼合工件表面。

進(jìn)一步的，所述長度計(jì)7為四個(gè)，長度計(jì)和預(yù)拉緊彈簧呈環(huán)向間隔分布。

進(jìn)一步的，在壓力腳基座上下對角布置兩個(gè)銷孔和螺栓孔。

利用上述的壓力腳裝置找正的方法，包括以下步驟：

步驟1：壓力腳在氣缸的驅(qū)動(dòng)下向工件運(yùn)動(dòng)并逐漸接觸工件直至壓緊，工件受到壓力腳的壓力；

步驟2：球軸承在工件的反作用力的作用下開始沿著工件表面旋轉(zhuǎn)直至壓力腳端部完全貼合工件表面，四個(gè)預(yù)拉緊彈簧部分伸長，部分縮短，四個(gè)長度計(jì)的測量桿部分伸長、部分縮短，這樣工件的平面信息轉(zhuǎn)換為到長度計(jì)長度信息上；

步驟3：上位機(jī)根據(jù)四個(gè)長度計(jì)反饋上的長度值計(jì)算出工件的法向以及機(jī)器人相對于工件的法向姿態(tài)；

步驟4：氣缸縮回，壓力腳在預(yù)拉緊彈簧的作用下回到初始狀態(tài)，上位機(jī)發(fā)送所計(jì)算的法向姿態(tài)給機(jī)器人，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)姿態(tài)，完成了一個(gè)目標(biāo)區(qū)域法向找正的過程。

該發(fā)明的裝置不僅能在制孔時(shí)提供壓緊力，而且還具備法向找正的功能。與傳統(tǒng)的壓力腳相比，將激光位移傳感器去掉，換成長度計(jì)并將其內(nèi)置安裝，通過安裝在壓力腳內(nèi)部的可在空間±15°范圍內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)球軸承來貼合工件表面，這種方法使得距離測量方式由原來的非接觸式方式變?yōu)榻佑|式的測量方式，測量精度由絲級提升至微米級，這樣做能最大限度的消除由測量誤差導(dǎo)致的法向找正誤差，提高法向檢測的精度，此外，采用激光位移傳感器作為末端到工件距離的測量元器件受加工環(huán)境的影響，例如工裝可能阻擋激光位移傳感器的光線，加工環(huán)境的粉塵導(dǎo)致光線時(shí)斷時(shí)續(xù)，而采用接觸式的壓力腳就不會(huì)遇到這些問題。接觸式的壓力腳相比于傳統(tǒng)的壓力腳可以做的更小，其更能反映待鉆孔周圍小范圍區(qū)域內(nèi)的法向，這樣能適應(yīng)更大曲率工件的加工。該壓力腳裝置不像傳統(tǒng)的壓力腳固連在末端執(zhí)行器上，它通過定位銷和螺栓連接到末端執(zhí)行器上，可以隨時(shí)拆卸。

該發(fā)明有如下技術(shù)效果：

(1)能滿足較大曲率工件的自動(dòng)化制孔需求；

(2)該壓力腳裝置可任意拆卸；

(3)所需要的原始信息較少，能準(zhǔn)確快速的獲取機(jī)器人的法向信息；

(4)對加工環(huán)境的依賴性較?。?/p>

(5)測量精度與用激光位移傳感器測量法向的方式相比教高。

附圖說明

圖1為具體實(shí)施的壓力腳結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為具體實(shí)施的系統(tǒng)工作流程圖；

圖中：1-壓力腳基座，2-預(yù)拉緊彈簧，3-球軸承，4-壓力頭安裝座，5-壓力頭，6-螺栓孔，7-長度計(jì)，8-固定塊，9-銷孔。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

一種集成法向找正功能的自動(dòng)鉆鉚末端執(zhí)行器壓力腳裝置結(jié)構(gòu)圖。包括壓力腳基座1和法向找正系統(tǒng)，所述壓力腳基座通過壓力腳上下二個(gè)定位銷安裝在末端執(zhí)行器上，屬于可拆卸的部分，它是通過外部的氣缸驅(qū)動(dòng)向前；所述法向找正系統(tǒng)包括安裝在壓力腳內(nèi)部的球軸承3、壓力腳外部的長度計(jì)7、預(yù)拉伸彈簧2及壓力頭安裝座4。

該壓力腳裝置可以分為兩大部分，第一部分為壓力腳基座1，長度計(jì)7通過固定塊8固定在壓力腳基座1上，其均布排列在壓力腳中心四周，壓力腳中心固定球軸承3的內(nèi)表面，在壓力腳上下對角布置兩個(gè)銷孔9和螺栓孔6，分別起到定位和固定的作用；第二部分為壓力頭安裝座4，壓力頭5通過4個(gè)螺栓安裝固定在壓力頭安裝座4上，其后面固定安裝有球軸承3的外表面。通過球軸承3內(nèi)外表面的配合，使得第二部分能繞第一部分在空間±15°范圍內(nèi)任意選轉(zhuǎn)。第一部分和第二部分通過預(yù)拉緊彈簧2連接在一起，使用預(yù)拉緊彈簧2能夠保證壓力腳在工作時(shí)球軸承3能夠在±15°空間范圍內(nèi)任意旋轉(zhuǎn)，在不工作時(shí)又能恢復(fù)到原位。長度計(jì)7本身固定在壓力腳基座1上，其測量頭與壓力頭安裝座4接觸，初始狀態(tài)處于量程的中心附近，壓力腳工作時(shí)，由于球軸承的旋轉(zhuǎn)必然會(huì)引起4個(gè)長度計(jì)的伸縮量改變，這時(shí)長度計(jì)讀出的4個(gè)值就可以直接反映球軸承的轉(zhuǎn)動(dòng)量，進(jìn)而間接反映工件表面相對于壓力腳的法向。長度計(jì)7和彈簧2呈環(huán)向間隔分布。

如圖2為系統(tǒng)的工作流程圖。當(dāng)機(jī)器人控制末端執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)到制孔位后，上位機(jī)發(fā)送信號給氣缸，氣缸動(dòng)作，壓力腳向前推出，壓力頭5逐漸接觸工件表面并壓緊，此時(shí)，由于壓力腳進(jìn)給的方向與待加工孔處的法向不重合，在球軸承3的作用下，壓力頭5安裝座會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)直至壓力頭貼合待加工孔周圍的表面，壓力頭安裝座的轉(zhuǎn)動(dòng)引起部分預(yù)拉緊彈簧2拉長，部分回縮，長度計(jì)7的測量桿同樣也會(huì)部分伸長，部分回縮，待氣缸的氣壓穩(wěn)定后，長度計(jì)7的測量桿的長度就不在發(fā)生變化，此時(shí)就可以采集四個(gè)長度計(jì)的數(shù)值，為防止可能會(huì)出現(xiàn)的數(shù)值不準(zhǔn)確的現(xiàn)象，需要對讀出的四個(gè)數(shù)值進(jìn)行判斷，如果有數(shù)值不在預(yù)估的范圍之內(nèi)，則需要重新采集，等到數(shù)值均正確之后，帶入預(yù)先編寫好的法向找正算法中計(jì)算待加工孔處的法向和相應(yīng)的姿態(tài)，待壓力腳回縮之后，控制機(jī)器人調(diào)整到算好的新的法向姿態(tài)中去，至此法向找正過程已經(jīng)完成，可以進(jìn)行后續(xù)的制孔加工。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)，對以上實(shí)施例所作的任何簡單的修改、等同替換與改進(jìn)等，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍之內(nèi)。