專利名稱：一種帶有姿態(tài)調(diào)整的航空制孔機(jī)器人末端執(zhí)行器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自動(dòng)制孔技術(shù)和姿態(tài)調(diào)整技術(shù)，尤其涉及一種適用于飛機(jī)蒙皮自動(dòng)調(diào)整姿態(tài)和制孔的航空制孔機(jī)器人末端執(zhí)行器。
背景技術(shù)：
裝配是飛機(jī)研制過(guò)程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前飛機(jī)裝配工作量約占整個(gè)飛機(jī)制造工作量的30% 45%，其連接方式以鉆鉚(鉆孔)為主。然而，傳統(tǒng)的人工鉆孔存在諸多不足，其工作量大，鉆孔的效率低，孔的質(zhì)量難以保證，并且批量化生產(chǎn)中人力和物力成本高。因此自動(dòng)化制孔技術(shù)是現(xiàn)代飛機(jī)裝配中的一個(gè)重要應(yīng)用和研究方向。機(jī)器人自動(dòng)化制孔靈活性好，對(duì)工件的適應(yīng)性高，保證了制孔質(zhì)量，提高制孔效率和精度。機(jī)器人自動(dòng)化制孔技術(shù)在國(guó)外已得到廣泛的研究和應(yīng)用。目前國(guó)外軍、民用飛機(jī)生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)制孔率分別達(dá)到了 17%和75%以上。美國(guó)是最早研究和應(yīng)用自動(dòng)化制孔技術(shù)的國(guó)家，另外，德國(guó)、法國(guó)、俄羅斯(前蘇聯(lián))等國(guó)家也對(duì)自動(dòng)制孔技術(shù)進(jìn)行了研究和應(yīng)用。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)航空企業(yè)在飛機(jī)裝配技術(shù)方面積累了一定的技術(shù)基礎(chǔ)，機(jī)器人制孔等技術(shù)有了較大的進(jìn)步。但總體上看，國(guó)內(nèi)飛機(jī)裝配還大多停留在采用傳統(tǒng)型架的手工裝配階段，數(shù)字化鉆孔和裝配尚未貫通飛機(jī)整體裝配過(guò)程，部件對(duì)接自動(dòng)裝配系統(tǒng)還屬空白，基于精益制造理念的移動(dòng)生產(chǎn)線技術(shù)還處于探索階段。末端執(zhí)行器作為整個(gè)機(jī)器人制孔系統(tǒng)技術(shù)中含量最高的關(guān)鍵單元模塊之一，在一個(gè)盡量小的結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)模塊化、多功能的機(jī)械和控制系統(tǒng)具有巨大的挑戰(zhàn)性，為了實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代飛機(jī)的高效率、高精度、自動(dòng)化和綠色化制孔，自動(dòng)制孔系統(tǒng)的末端執(zhí)行器成為了目前一個(gè)重要的研究對(duì)象。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種航空制孔機(jī)器人末端執(zhí)行器，該末端執(zhí)行器能夠?qū)崿F(xiàn)快速的法線垂直度檢測(cè)、末端姿態(tài)的調(diào)整、實(shí)時(shí)的壓緊吸屑和高精度數(shù)字驅(qū)動(dòng)鉆孔，且與爬壁機(jī)器人組成自動(dòng)制孔系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)蒙皮的自動(dòng)鉆孔， 以達(dá)到高精度、高效率、自動(dòng)化、綠色化和智能化的鉆孔目的。本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。—種適用于在工件上自動(dòng)調(diào)整姿態(tài)和執(zhí)行加工的末端執(zhí)行器，其特征在于該末端執(zhí)行器包括絲杠進(jìn)給模塊、二元角度調(diào)整機(jī)構(gòu)、壓緊吸屑模塊、加工模塊和傳感器模塊。優(yōu)選地，所述絲杠進(jìn)給模塊包括絲杠驅(qū)動(dòng)電機(jī)、同步帶、帶輪、滾動(dòng)軸承、導(dǎo)輪心軸、絲杠驅(qū)動(dòng)固定架、軸承壓蓋、鎖緊螺母、滾動(dòng)軸承、運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)接板、絲杠螺母、滾珠絲杠和絲杠固定座；絲杠驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定在絲杠驅(qū)動(dòng)固定架上，絲杠驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸與帶輪連接；第一滾動(dòng)軸承和第二滾動(dòng)軸承安裝在第一導(dǎo)輪心軸上；第三滾動(dòng)軸承和第四滾動(dòng)軸承安裝在第二導(dǎo)輪心軸上；第五滾動(dòng)軸承和第六滾動(dòng)軸承安裝在第三導(dǎo)輪心軸上；第七滾動(dòng)軸承和第八滾動(dòng)軸承安裝在第四導(dǎo)輪心軸上；第九滾動(dòng)軸承和第十滾動(dòng)軸承安裝在第五導(dǎo)輪心軸上；第十一滾動(dòng)軸承和第十二滾動(dòng)軸承安裝在第六導(dǎo)輪心軸上，這些導(dǎo)輪心軸與軸承組合后安裝在絲杠驅(qū)動(dòng)固定架上；第一滾珠絲杠穿過(guò)第一滾動(dòng)軸承和第二滾動(dòng)軸承，軸承的上面由第一鎖緊螺母鎖緊固定，絲杠和軸承利用第一軸承壓蓋和第二軸承壓蓋固定在絲杠驅(qū)動(dòng)固定架上；同樣，第二滾珠絲杠穿過(guò)第三滾動(dòng)軸承和第四滾動(dòng)軸承，軸承的上面由第二鎖緊螺母鎖緊固定，絲杠和軸承利用第三軸承壓蓋和第四軸承壓蓋固定在絲杠驅(qū)動(dòng)固定架上；第一滾珠絲杠和第二滾珠絲杠的上端分別與第一帶輪和第二帶輪連接；同步帶繞過(guò)帶輪和軸承，實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)作用，并且保證第一滾珠絲杠和第二滾珠絲杠的同步轉(zhuǎn)動(dòng)；第一絲杠螺母和第二絲杠螺母分別與第一滾珠絲杠和第二滾珠絲杠平行配合，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)；絲杠螺母上還固定有運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)接板，使其帶動(dòng)鉆孔模塊鉆孔；滾珠絲杠的下端通過(guò)第一絲杠固定座和第二絲杠固定座與二元角度調(diào)整機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)接固定蓋連接，實(shí)現(xiàn)末端姿態(tài)的調(diào)整。優(yōu)選地，所述二元角度調(diào)整機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)接固定蓋、步進(jìn)電機(jī)、傳動(dòng)齒輪、楔形旋轉(zhuǎn)臺(tái)、機(jī)構(gòu)底座、中心軸、滾動(dòng)軸承、壓套、球鉸外殼、球鉸和球鉸鎖緊螺母；所述二元角度調(diào)整機(jī)構(gòu)的中心軸外部套有一個(gè)球鉸，球鉸外面又套有一個(gè)球鉸外殼，它們一起安裝在機(jī)構(gòu)底座上，球鉸通過(guò)一個(gè)球鉸鎖緊螺母達(dá)到固定的目的；壓套套在球鉸外殼外面，實(shí)現(xiàn)對(duì)鉸外殼的固定；在壓套外面安裝著第一軸承，在第一軸承的外面安裝著第一楔形旋轉(zhuǎn)臺(tái)；在第一楔形旋轉(zhuǎn)臺(tái)上面安裝著一個(gè)相同的且與其相配合的第二楔形旋轉(zhuǎn)臺(tái)；在第二楔形旋轉(zhuǎn)臺(tái)裝有第二軸承；轉(zhuǎn)接固定蓋在二元角度調(diào)整機(jī)構(gòu)的最上面，固定整個(gè)機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)接固定蓋還和第一滾珠絲杠與第二滾珠絲杠連接，實(shí)現(xiàn)鉆頭的姿態(tài)調(diào)整；在轉(zhuǎn)接固定蓋的一端安裝著第一步進(jìn)電機(jī)，第二步進(jìn)電機(jī)安裝在機(jī)構(gòu)底座上，它們分別與第一傳動(dòng)齒輪和第二傳動(dòng)齒輪連接，第一傳動(dòng)齒輪和第二傳動(dòng)齒輪分別與第一楔形旋轉(zhuǎn)臺(tái)和第二楔形旋轉(zhuǎn)臺(tái)嚙合。優(yōu)選地，所述壓緊吸屑模塊包括氣缸固定板、氣缸、氣缸連桿、下壓筒和壓緊頭；第一氣缸和第二氣缸固定在氣缸固定板上，兩個(gè)氣缸的下端分別連接第一氣缸連桿和第二氣缸連桿，兩個(gè)氣缸兩桿又和下壓筒的兩個(gè)下壓端連接，在下壓筒的底部安裝著壓緊頭，而在它的側(cè)部具有吸屑連接口 ；此外，在氣缸固定板上還安裝著激光測(cè)距傳感器。優(yōu)選地，所述加工模塊包括鉆孔伺服電機(jī)、軸承上擋環(huán)、聯(lián)軸器、滾動(dòng)軸承、軸承下?lián)醐h(huán)、油封、鎖緊螺母、鉆孔器套筒、傳動(dòng)軸、鉆卡頭和鉆頭；加工模塊的鉆孔伺服電機(jī)固定在運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)接板上，通過(guò)聯(lián)軸器與傳動(dòng)軸連接，由第一滾動(dòng)軸承、第二滾動(dòng)軸承和第三滾動(dòng)軸承來(lái)支承傳動(dòng)軸，滾動(dòng)軸承通過(guò)軸承上擋環(huán)和軸承下?lián)醐h(huán)防止?jié)L動(dòng)軸承竄動(dòng)，在軸承下?lián)醐h(huán)的下部由鎖緊螺母實(shí)現(xiàn)位置的固定，軸承下?lián)醐h(huán)的外側(cè)裝有油封，其作用為防止泥沙、灰塵、水氣等自外侵入軸承中和限制軸承中的潤(rùn)滑油漏出；在它們的外部套有鉆孔器套筒，鉆孔器套筒也固定在運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)接板上；傳動(dòng)軸的另一端與鉆卡頭連接，鉆卡頭上裝有鉆頭。優(yōu)選地，所述傳感器模塊包括激光測(cè)距傳感器和接近傳感器；所述激光測(cè)距傳感器安裝在氣缸固定板上，所述接近傳感器安裝在接近傳感器安裝板上。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
(1)輕量化。為了提高末端執(zhí)行器的輕量化，末端執(zhí)行器采用薄壁復(fù)雜結(jié)構(gòu)，以取代傳統(tǒng)的裝配部件結(jié)構(gòu)。(2)模塊化。各模塊標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，采用模塊化接口，可自由更換不同部件，適應(yīng)各種航空制造。(3)智能化。采用激光測(cè)距傳感器進(jìn)行鉆孔點(diǎn)的法線垂直度檢測(cè)，并利用兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)對(duì)執(zhí)行器的末端進(jìn)行自動(dòng)的姿態(tài)調(diào)整，提高了制孔的效率。(4)綠色化。在滿足基本性能設(shè)計(jì)需求的前提下，充分考慮無(wú)毛刺制孔工藝，采用激光測(cè)量和綠色制造技術(shù)，減少冷卻液環(huán)境污染，提高了鉆孔的綠色化。(5)高質(zhì)量和高效率。本發(fā)明采用氣動(dòng)壓緊與吸屑技術(shù)、激光測(cè)量技術(shù)、二元角度自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)，保證了制孔的質(zhì)量和精度，還提高了制孔的效率。本發(fā)明融合了機(jī)器人鉆孔的法向垂直度檢測(cè)與補(bǔ)償技術(shù)、機(jī)器人鉆孔加工工藝技術(shù)、末端執(zhí)行器輕量化設(shè)計(jì)技術(shù)、綠色加工工藝技術(shù)(無(wú)冷卻液加工實(shí)現(xiàn)節(jié)能潔凈制孔)、 機(jī)器人多傳感器檢測(cè)集成技術(shù)、高精度數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)、機(jī)器人自主移動(dòng)避障技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了航空制孔的高精度、高效率、自動(dòng)化、綠色化和智能化。


圖IA是本發(fā)明末端執(zhí)行器的整體結(jié)構(gòu)圖。圖IB是本發(fā)明末端執(zhí)行器的另一角度結(jié)構(gòu)視圖。圖2A是本發(fā)明末端執(zhí)行器中絲杠進(jìn)給模塊的結(jié)構(gòu)圖。圖2B是本發(fā)明末端執(zhí)行器中絲杠進(jìn)給模塊的分解3A是本發(fā)明末端執(zhí)行器中二元角度調(diào)整機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。圖;3B是本發(fā)明末端執(zhí)行器中二元角度調(diào)整機(jī)構(gòu)的分解圖。圖3C是本發(fā)明二元角度調(diào)整機(jī)構(gòu)中的楔形旋轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)圖。圖4A是本發(fā)明末端執(zhí)行器中壓緊吸屑模塊的結(jié)構(gòu)圖。圖4B是本發(fā)明末端執(zhí)行器中壓緊吸屑模塊的分解圖。圖4C是本發(fā)明壓緊吸屑模塊中下壓筒與壓緊頭的結(jié)構(gòu)圖。圖5A是本發(fā)明末端執(zhí)行器中鉆孔模塊的結(jié)構(gòu)圖。圖5B是本發(fā)明末端執(zhí)行器中鉆孔模塊的的分解圖。圖中1.絲杠進(jìn)給模塊 101.絲杠驅(qū)動(dòng)電機(jī) 102.同步帶103A C.帶輪 104A L.滾動(dòng)軸承 105A F.導(dǎo)輪心軸 106.絲杠驅(qū)動(dòng)固定架107A D.軸承壓蓋 110.運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)接板IllA B.絲杠螺母2. 二元角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 202A B.步進(jìn)電機(jī)204A B.楔形旋轉(zhuǎn)臺(tái)208.壓套3.壓緊吸屑模塊
108A B.鎖緊螺母 109A D.滾動(dòng)軸承
112A B.滾珠絲杠 113A B.絲杠固定座 201.轉(zhuǎn)接固定蓋 203A B.傳動(dòng)齒輪 205.機(jī)構(gòu)底座 206.中心軸 209.球鉸外殼 210.球鉸
207A B.滾動(dòng)軸承 211.球鉸鎖緊螺母
301.氣缸固定板 302A B.氣缸303A B.氣缸連桿304.下壓筒305.壓緊頭4.鉆孔模塊401.鉆孔伺服電機(jī)404A C.滾動(dòng)軸承405.軸承下?lián)醐h(huán)408.鉆孔器套筒409.傳動(dòng)軸5IA C.激光測(cè)距傳感器61.安裝板62A B.側(cè)擋板
402.軸承擋環(huán) 403.聯(lián)軸器 406.油封407.鎖緊螺母
410.鉆卡頭 411.鉆頭 52A B.接近傳感器 63.接近傳感器安裝板
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。參見(jiàn)圖1A、圖IB本發(fā)明由絲杠進(jìn)給模塊1、二元角度調(diào)整機(jī)構(gòu)2、壓緊吸屑模塊3、 鉆孔模塊4、傳感器模塊5五個(gè)模塊組成。在實(shí)施鉆孔前系統(tǒng)需要先回零；然后傳感器模塊 5中的激光測(cè)距傳感器對(duì)制孔點(diǎn)進(jìn)行法線垂直測(cè)量；二元角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)2調(diào)整執(zhí)行器末端的姿態(tài)；壓緊吸屑模塊3壓緊飛機(jī)蒙皮，吸屑裝置開(kāi)啟；絲杠進(jìn)給模塊1帶動(dòng)鉆孔模塊4對(duì)飛機(jī)蒙皮實(shí)施制孔。(一 )絲杠進(jìn)給模塊參見(jiàn)圖2A和圖2B所示，絲杠進(jìn)給模塊1包括絲杠驅(qū)動(dòng)電機(jī)101、同步帶102、帶輪 103A C、滾動(dòng)軸承104A L、導(dǎo)輪心軸105A F、絲杠驅(qū)動(dòng)固定架106、軸承壓蓋107A D、鎖緊螺母108A B、滾動(dòng)軸承109A D、運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)接板110、絲杠螺母IllA B、滾珠絲杠 112A B、絲杠固定座113A B。絲杠驅(qū)動(dòng)電機(jī)101固定在絲杠驅(qū)動(dòng)固定架106上，絲杠驅(qū)動(dòng)電機(jī)101的輸出軸與帶輪103C連接。滾動(dòng)軸承104A和滾動(dòng)軸承104B安裝在導(dǎo)輪心軸105A上；滾動(dòng)軸承104C 和滾動(dòng)軸承104D安裝在導(dǎo)輪心軸105B上；滾動(dòng)軸承104E和滾動(dòng)軸承104F安裝在導(dǎo)輪心軸 105C上；滾動(dòng)軸承104G和滾動(dòng)軸承104H安裝在導(dǎo)輪心軸105D上；滾動(dòng)軸承1041和滾動(dòng)軸承104J安裝在導(dǎo)輪心軸105E上；滾動(dòng)軸承104K和滾動(dòng)軸承104L安裝在導(dǎo)輪心軸105F 上，這些導(dǎo)輪心軸與軸承組合后安裝在絲杠驅(qū)動(dòng)固定架106上。滾珠絲杠112A穿過(guò)滾動(dòng)軸承109A和滾動(dòng)軸承109B，軸承的上面由鎖緊螺母108A鎖緊固定，絲杠和軸承利用軸承壓蓋107A和軸承壓蓋107B固定在絲杠驅(qū)動(dòng)固定架106上。同樣，滾珠絲杠112B穿過(guò)滾動(dòng)軸承109C和滾動(dòng)軸承109D，軸承的上面由鎖緊螺母108B鎖緊固定，絲杠和軸承利用軸承壓蓋107C和軸承壓蓋107D固定在絲杠驅(qū)動(dòng)固定架106上。滾珠絲杠112A和滾珠絲杠112B 的上端分別與帶輪103A和帶輪10 連接。同步帶102繞過(guò)帶輪103A C和軸承104A L，實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)作用，并且保證滾珠絲杠112A和滾珠絲杠112B的同步轉(zhuǎn)動(dòng)。絲杠螺母11IA和絲杠螺母IllB分別與滾珠絲杠112A和滾珠絲杠112B平行配合，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)。絲杠螺母上還固定有運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)接板110，使其帶動(dòng)鉆孔模塊鉆孔。滾珠絲杠的下端通過(guò)絲杠固定座113A和絲杠固定座11 與二元角度調(diào)整機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)接固定蓋連接，實(shí)現(xiàn)末端姿態(tài)的調(diào)整。在鉆孔過(guò)程中，絲杠驅(qū)動(dòng)電機(jī)101工作，通過(guò)同步帶102使?jié)L珠絲杠112A和滾珠絲杠112B同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。絲杠螺母IllA和絲杠螺母IllB將滾珠絲杠的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榻z杠螺母直線運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)固定有鉆孔模塊的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)接板110上下移動(dòng)。
在絲杠進(jìn)給模塊1中，絲杠驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用奧地利貝加萊公司的型號(hào)為8LSA34的交流伺服電機(jī)，其額定功率為440W，轉(zhuǎn)速為2200r/min，額定轉(zhuǎn)速下扭矩達(dá)到1. 5Nm的轉(zhuǎn)矩；滾動(dòng)軸承104A L選用標(biāo)準(zhǔn)件GB276-94的滾動(dòng)軸承628，其尺寸為外直徑24mm內(nèi)直徑8mm厚度8mm ；滾動(dòng)軸承109A D選用標(biāo)準(zhǔn)件GB^2_94的滾動(dòng)軸承S7002，其尺寸為外直徑32mm 內(nèi)直徑15mm厚度9mm ；滾珠絲杠112A B采用臺(tái)灣HIWIN的型號(hào)為R20-5T3-FSI-393-0. 05 的滾珠絲桿，外徑為20mm，導(dǎo)程為5mm，全長(zhǎng)為393mm，精度為0. 05mm ；與滾珠絲杠配套的絲杠螺母 IllA B 型號(hào)為 R20-5T3-FSI-0. 05。( 二 ) 二元角度調(diào)整機(jī)構(gòu)參見(jiàn)圖3A和圖;3B所示，二元角度調(diào)整機(jī)構(gòu)2包括轉(zhuǎn)接固定蓋201、步進(jìn)電機(jī) 202A B、傳動(dòng)齒輪203A B、楔形旋轉(zhuǎn)臺(tái)204A B、機(jī)構(gòu)底座205、中心軸206、滾動(dòng)軸承 207A B、壓套208、球鉸外殼209、球鉸210、球鉸鎖緊螺母211。206為二元角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的中心軸，其外部套有一個(gè)球鉸210，球鉸210外面又套有一個(gè)球鉸外殼209，它們一起安裝在機(jī)構(gòu)底座205上，球鉸210通過(guò)一個(gè)球鉸鎖緊螺母 211達(dá)到固定的目的。壓套208套在球鉸外殼209外面，實(shí)現(xiàn)對(duì)鉸外殼209的固定。在壓套 208外面安裝著滾動(dòng)軸承207A，在軸承207A的外面安裝著楔形旋轉(zhuǎn)臺(tái)204A。在楔形旋轉(zhuǎn)臺(tái) 204A上面安裝著一個(gè)相同的且與其相配合的楔形旋轉(zhuǎn)臺(tái)204B。在楔形旋轉(zhuǎn)臺(tái)204B裝有滾動(dòng)軸承207B。轉(zhuǎn)接固定蓋201在二元角度調(diào)整機(jī)構(gòu)2的最上面，固定整個(gè)機(jī)構(gòu)，不僅如此， 轉(zhuǎn)接固定蓋201還和滾珠絲杠112A與滾珠絲杠112B連接，實(shí)現(xiàn)鉆頭的姿態(tài)調(diào)整。在轉(zhuǎn)接固定蓋201的一端安裝著步進(jìn)電機(jī)202A，另一個(gè)步進(jìn)電機(jī)202B安裝在機(jī)構(gòu)底座205上，它們分別與傳動(dòng)齒輪203A和傳動(dòng)齒輪20 連接，傳動(dòng)齒輪203A和傳動(dòng)齒輪20!3B分別與楔形旋轉(zhuǎn)臺(tái)204A和楔形旋轉(zhuǎn)臺(tái)204B(參見(jiàn)圖3C，其傾斜角為α)嚙合，起傳動(dòng)的作用。在執(zhí)行器末端姿態(tài)調(diào)整過(guò)程中，步進(jìn)電機(jī)202Α和步進(jìn)電機(jī)202Β根據(jù)激光測(cè)距傳感器反饋的對(duì)鉆孔點(diǎn)法向量的測(cè)量信息，通過(guò)傳動(dòng)齒輪203Α和傳動(dòng)齒輪20 使楔形旋轉(zhuǎn)臺(tái)204A和楔形旋轉(zhuǎn)臺(tái)204B分別旋轉(zhuǎn)，利用它們的高度差可以使鉆孔部件整體按照設(shè)定角度整體偏轉(zhuǎn)，從而使末端執(zhí)行器的鉆頭圍繞固定中心線實(shí)現(xiàn)三維空間運(yùn)動(dòng)，即實(shí)現(xiàn)一個(gè)圓錐運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到定角度的調(diào)節(jié)目的。二元角度調(diào)整機(jī)構(gòu)2可以帶動(dòng)鉆銷機(jī)構(gòu)作2α度的角度偏轉(zhuǎn)，只要楔形旋轉(zhuǎn)臺(tái)204Α和楔形旋轉(zhuǎn)臺(tái)204Β分別旋轉(zhuǎn)適當(dāng)?shù)慕嵌缺憧蓪?shí)現(xiàn)鉆頭法向角度的調(diào)整。在二元角度調(diào)整機(jī)構(gòu)2中，步進(jìn)電機(jī)202Α和步進(jìn)電機(jī)202Β采用奧地利貝加萊公司的型號(hào)為80MPD5的步進(jìn)電機(jī)，步距角為1. 8° ；滾動(dòng)軸承207Α B采用德國(guó)FAG型號(hào)為 71821-Α⑶的滾動(dòng)軸承，其尺寸為外直徑130mm內(nèi)直徑105mm厚度13mm ；球鉸210的內(nèi)徑為50mm ；傳動(dòng)齒輪203A B的分度圓半徑為17mm，楔形旋轉(zhuǎn)臺(tái)204A B的分度圓半徑為 170mm，它們的傳動(dòng)比為1 10，楔形旋轉(zhuǎn)臺(tái)204A B的楔形傾角為2°，因此鉆頭的可調(diào)節(jié)角度為4°。(三)壓緊吸屑模塊參見(jiàn)圖4A和圖4B所示，壓緊吸屑模塊3包括氣缸固定板301、氣缸302A B、氣缸連桿303A B、下壓筒304、壓緊頭305。氣缸302A和氣缸302B固定在氣缸固定板301上，兩個(gè)氣缸的下端分別連接氣缸連桿303A和氣缸連桿30;3B，兩個(gè)氣缸兩桿又和下壓筒304的兩個(gè)下壓端連接，在下壓筒
9304的底部安裝著壓緊頭305，而在它的側(cè)部具有吸屑連接口。此外，在氣缸固定板301上還安裝著三個(gè)激光測(cè)距傳感器51A C。在開(kāi)始鉆孔之前氣缸303A和30 同時(shí)上氣，在氣壓的作用下氣缸連桿303A與氣缸連桿3(X3B同時(shí)受迫下運(yùn)動(dòng)，使裝有壓緊頭305的下壓筒304下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)壓緊頭305對(duì)飛機(jī)蒙皮的壓緊，下壓筒304和壓緊頭305的結(jié)構(gòu)參見(jiàn)圖4C。完成壓緊后吸屑裝置啟動(dòng)，通過(guò)吸屑連接口吸收產(chǎn)生的金屬屑。在壓緊吸屑模塊中使用的氣缸選用亞德客(AIRTAC)型號(hào)為SC40X75-S的四拉桿氣缸，使用壓力為l-9bar。壓緊頭305的材料選用紫銅，質(zhì)軟，不易損傷飛機(jī)蒙皮表面。(四)鉆孔模塊參見(jiàn)圖5A和圖5B所示，鉆孔模塊4包括鉆孔伺服電機(jī)401、軸承上擋環(huán)402、聯(lián)軸器403、滾動(dòng)軸承404A C、軸承下?lián)醐h(huán)405、油封406、鎖緊螺母407、鉆孔器套筒408、傳動(dòng)軸409、鉆卡頭410、鉆頭411。鉆孔模塊4的鉆孔伺服電機(jī)401固定在運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)接板110上，通過(guò)聯(lián)軸器403與傳動(dòng)軸409連接，由滾動(dòng)軸承404A、滾動(dòng)軸承404B和滾動(dòng)軸承404C來(lái)支承傳動(dòng)軸409，滾動(dòng)軸承通過(guò)軸承上擋環(huán)402和軸承下?lián)醐h(huán)405防止?jié)L動(dòng)軸承竄動(dòng)，在軸承下?lián)醐h(huán)405的下部由鎖緊螺母407實(shí)現(xiàn)位置的固定，軸承下?lián)醐h(huán)405的外側(cè)裝有油封406，其作用為防止泥沙、 灰塵、水氣等自外侵入軸承中和限制軸承中的潤(rùn)滑油漏出。在它們的外部套有鉆孔器套筒 408，鉆孔器套筒408也固定在運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)接板110上。傳動(dòng)軸409的另一端與鉆卡頭410連接， 鉆卡頭410上裝有鉆頭411。在鉆孔時(shí)由鉆孔伺服電機(jī)401提供動(dòng)力，通過(guò)傳動(dòng)軸409帶動(dòng)裝有鉆頭411的鉆卡頭410旋轉(zhuǎn)，在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的配合下實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)蒙皮的鉆孔。在鉆孔模塊中鉆孔伺服電機(jī)401選用奧地利貝加萊公司的型號(hào)為8LSA36的交流伺服電機(jī)，其額定功率為750W，轉(zhuǎn)速為6000r/min，額定轉(zhuǎn)速下扭矩達(dá)到3Nm的轉(zhuǎn)矩；聯(lián)軸器采用型號(hào)為L(zhǎng)K8-C14S的夾緊螺絲固定型聯(lián)軸器；軸承選用標(biāo)準(zhǔn)件GB^2-94的滾動(dòng)軸承 S7024，其尺寸為外直徑47mm內(nèi)直徑20mm厚度14mm ；鉆卡頭選用型號(hào)為HSK32-WTE08 ；鉆頭根據(jù)鉆孔要求而定。(五)傳感器模塊參見(jiàn)圖IA和圖IB所示，傳感器模塊5包括激光測(cè)距傳感器51A C和接近傳感器52A B。三個(gè)激光測(cè)距傳感器51A C安裝在氣缸固定板301上，兩個(gè)接近傳感器52A B安裝在接近傳感器安裝板63上。三個(gè)激光測(cè)距傳感器51A C，具有測(cè)量鉆孔點(diǎn)法向量的作用，其測(cè)量信息反饋給二元角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)2使用。接近傳感器52A作為零位開(kāi)關(guān)，在鉆孔時(shí)作為絲杠進(jìn)給模塊1 的零位，。而接近傳感器52B作為限位開(kāi)關(guān)，它起限制絲杠進(jìn)給模塊1的運(yùn)動(dòng)的作用，避免發(fā)生碰撞。在傳感器模塊5中激光測(cè)距傳感器51A C采用德國(guó)SICK公司的型號(hào)為 0D2-P85W2010的激光測(cè)距傳感器，測(cè)量范圍是75mm 105mm，測(cè)量精度為士 100 μ m ；接近傳感器52A B選用奧托尼克(Autonics)電子有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為PRL18-5DN的高頻振蕩型接近傳感器，傳感距離為2mm。
除此之外，在機(jī)構(gòu)底座205上還安裝有安裝板61和側(cè)擋板62A B，安裝板61起和爬壁機(jī)器人連接的，側(cè)擋板62A B具有保護(hù)二元角度調(diào)整機(jī)構(gòu)2的作用；在絲杠驅(qū)動(dòng)固定架106上安裝有接近傳感器安裝板63，它的作用是固定接近傳感器52A B。以上所述僅為本發(fā)明的幾種具體實(shí)施例，以上實(shí)施例僅用于對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案和發(fā)明構(gòu)思做說(shuō)明而非限制本發(fā)明的權(quán)利要求范圍。凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員在本專利的發(fā)明構(gòu)思基礎(chǔ)上結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)，通過(guò)邏輯分析、推理或有限實(shí)驗(yàn)可以得到的其他技術(shù)方案， 也應(yīng)該被認(rèn)為落在本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種適用于在工件上自動(dòng)調(diào)整姿態(tài)和執(zhí)行加工的末端執(zhí)行器，其特征在于該末端執(zhí)行器包括絲杠進(jìn)給模塊(1)、二元角度調(diào)整機(jī)構(gòu)O)、壓緊吸屑模塊(3)、加工模塊(4) 和傳感器模塊(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的末端執(zhí)行器，其特征在于，所述絲杠進(jìn)給模塊(1)包括絲杠驅(qū)動(dòng)電機(jī)(101)、同步帶(102)、帶輪(103A C)、滾動(dòng)軸承(104A L)、導(dǎo)輪心軸(105A F)、絲杠驅(qū)動(dòng)固定架(106)、軸承壓蓋(107A D)、鎖緊螺母(108A B)、滾動(dòng)軸承(109A D)、運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)接板(110)、絲杠螺母(111A B)、滾珠絲杠(112A B)和絲杠固定座(113A B)；絲杠驅(qū)動(dòng)電機(jī)(101)固定在絲杠驅(qū)動(dòng)固定架(106)上，絲杠驅(qū)動(dòng)電機(jī)(101)的輸出軸與帶輪(103C)連接；第一滾動(dòng)軸承(104A)和第二滾動(dòng)軸承(104B)安裝在第一導(dǎo)輪心軸(105A)上；第三滾動(dòng)軸承(104C)和第四滾動(dòng)軸承(104D)安裝在第二導(dǎo)輪心軸(105B) 上；第五滾動(dòng)軸承(104E)和第六滾動(dòng)軸承(104F)安裝在第三導(dǎo)輪心軸(105C)上；第七滾動(dòng)軸承(104G)和第八滾動(dòng)軸承(104H)安裝在第四導(dǎo)輪心軸(105D)上；第九滾動(dòng)軸承 (1041)和第十滾動(dòng)軸承(104J)安裝在第五導(dǎo)輪心軸(105E)上；第i^一滾動(dòng)軸承(104K) 和第十二滾動(dòng)軸承(104L)安裝在第六導(dǎo)輪心軸(105F)上，這些導(dǎo)輪心軸與軸承組合后安裝在絲杠驅(qū)動(dòng)固定架(106)上；第一滾珠絲杠(112A)穿過(guò)第一滾動(dòng)軸承(109A)和第二滾動(dòng)軸承(109B)，軸承的上面由第一鎖緊螺母(108A)鎖緊固定，絲杠和軸承利用第一軸承壓蓋(107A)和第二軸承壓蓋(107B)固定在絲杠驅(qū)動(dòng)固定架(106)上；同樣，第二滾珠絲杠(112B)穿過(guò)第三滾動(dòng)軸承(109C)和第四滾動(dòng)軸承(109D)，軸承的上面由第二鎖緊螺母 (108B)鎖緊固定，絲杠和軸承利用第三軸承壓蓋(107C)和第四軸承壓蓋(107D)固定在絲杠驅(qū)動(dòng)固定架(106)上；第一滾珠絲杠(112A)和第二滾珠絲杠(112B)的上端分別與第一帶輪(103A)和第二帶輪(103B)連接；同步帶(102)繞過(guò)帶輪(103A C)和軸承(104A L)，實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)作用，并且保證第一滾珠絲杠(112A)和第二滾珠絲杠(112B)的同步轉(zhuǎn)動(dòng)；第一絲杠螺母(IllA)和第二絲杠螺母(IllB)分別與第一滾珠絲杠(112A)和第二滾珠絲杠 (112B)平行配合，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)；絲杠螺母上還固定有運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)接板(110)， 使其帶動(dòng)鉆孔模塊鉆孔；滾珠絲杠的下端通過(guò)第一絲杠固定座(113A)和第二絲杠固定座 (113B)與二元角度調(diào)整機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)接固定蓋連接，實(shí)現(xiàn)末端姿態(tài)的調(diào)整。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的末端執(zhí)行器，其特征在于，所述二元角度調(diào)整機(jī)構(gòu)(2)包括 轉(zhuǎn)接固定蓋(201)、步進(jìn)電機(jī)(202A B)、傳動(dòng)齒輪(203A B)、楔形旋轉(zhuǎn)臺(tái)(204A B)、機(jī)構(gòu)底座(205)、中心軸(206)、滾動(dòng)軸承(207A B)、壓套(208)、球鉸外殼(209)、球鉸(210) 和球鉸鎖緊螺母011)；所述二元角度調(diào)整機(jī)構(gòu)的中心軸(206)外部套有一個(gè)球鉸010)，球鉸(210)外面又套有一個(gè)球鉸外殼009)，它們一起安裝在機(jī)構(gòu)底座(2冊(cè))上，球鉸(210)通過(guò)一個(gè)球鉸鎖緊螺母(211)達(dá)到固定的目的；壓套(208)套在球鉸外殼(209)外面，實(shí)現(xiàn)對(duì)鉸外殼(209) 的固定；在壓套(208)外面安裝著第一軸承(207A)，在第一軸承Q07A)的外面安裝著第一楔形旋轉(zhuǎn)臺(tái)(204A)；在第一楔形旋轉(zhuǎn)臺(tái)(204A)上面安裝著一個(gè)相同的且與其相配合的第二楔形旋轉(zhuǎn)臺(tái)O04B)；在第二楔形旋轉(zhuǎn)臺(tái)Q04B)裝有第二軸承O07B)；轉(zhuǎn)接固定蓋(201) 在二元角度調(diào)整機(jī)構(gòu)O)的最上面，固定整個(gè)機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)接固定蓋O01)還和第一滾珠絲杠 (112A)與第二滾珠絲杠(112B)連接，實(shí)現(xiàn)鉆頭的姿態(tài)調(diào)整；在轉(zhuǎn)接固定蓋O01)的一端安裝著第一步進(jìn)電機(jī)(202A)，第二步進(jìn)電機(jī)Q02B)安裝在機(jī)構(gòu)底座(20 上，它們分別與第一傳動(dòng)齒輪O03A)和第二傳動(dòng)齒輪O03B)連接，第一傳動(dòng)齒輪O03A)和第二傳動(dòng)齒輪 (203B)分別與第一楔形旋轉(zhuǎn)臺(tái)(204A)和第二楔形旋轉(zhuǎn)臺(tái)O04B)嚙合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的末端執(zhí)行器，其特征在于，所述壓緊吸屑模塊(3)包括氣缸固定板(301)、氣缸(302A B)、氣缸連桿(303A B)、下壓筒(304)和壓緊頭(305)；第一氣缸(302A)和第二氣缸(302B)固定在氣缸固定板(301)上，兩個(gè)氣缸的下端分別連接第一氣缸連桿(303A)和第二氣缸連桿(30 )，兩個(gè)氣缸兩桿又和下壓筒(304)的兩個(gè)下壓端連接，在下壓筒(304)的底部安裝著壓緊頭(305)，而在它的側(cè)部具有吸屑連接口 ；此外，在氣缸固定板(301)上還安裝著激光測(cè)距傳感器(51A C)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的末端執(zhí)行器，其特征在于，所述加工模塊(4)包括鉆孔伺服電機(jī)(401)、軸承上擋環(huán)(40 、聯(lián)軸器(40 、滾動(dòng)軸承(404A C)、軸承下?lián)醐h(huán)(405)、油封(406)、鎖緊螺母(407)、鉆孔器套筒(408)、傳動(dòng)軸(409)、鉆卡頭(410)和鉆頭(411)；加工模塊⑷的鉆孔伺服電機(jī)(401)固定在運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)接板(110)上，通過(guò)聯(lián)軸器(403)與傳動(dòng)軸(409)連接，由第一滾動(dòng)軸承(404A)、第二滾動(dòng)軸承G04B)和第三滾動(dòng)軸承0O4C) 來(lái)支承傳動(dòng)軸(409)，滾動(dòng)軸承通過(guò)軸承上擋環(huán)(40 和軸承下?lián)醐h(huán)005)防止?jié)L動(dòng)軸承竄動(dòng)，在軸承下?lián)醐h(huán)G05)的下部由鎖緊螺母(407)實(shí)現(xiàn)位置的固定，軸承下?lián)醐h(huán)005)的外側(cè)裝有油封006)，其作用為防止泥沙、灰塵、水氣等自外侵入軸承中和限制軸承中的潤(rùn)滑油漏出；在它們的外部套有鉆孔器套筒008)，鉆孔器套筒(408)也固定在運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)接板 (110)上；傳動(dòng)軸(409)的另一端與鉆卡頭(410)連接，鉆卡頭(410)上裝有鉆頭(411)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的末端執(zhí)行器，其特征在于，所述傳感器模塊( 包括激光測(cè)距傳感器(5IA C)和接近傳感器(52A B)；所述激光測(cè)距傳感器(51A C)安裝在氣缸固定板(301)上，所述接近傳感器(52A B)安裝在接近傳感器安裝板(63)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的末端執(zhí)行器，其特征在于在加工過(guò)程中，絲杠驅(qū)動(dòng)電機(jī) (101)工作，通過(guò)同步帶(10 使第一滾珠絲杠(112A)和第二滾珠絲杠(112B)同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)； 第一絲杠螺母(IllA)和第二絲杠螺母(IllB)將滾珠絲杠的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榻z杠螺母直線運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)固定有鉆孔模塊的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)接板(110)上下移動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的末端執(zhí)行器，其特征在于在執(zhí)行器末端姿態(tài)調(diào)整過(guò)程中，第一步進(jìn)電機(jī)O02A)和第二步進(jìn)電機(jī)O02B)根據(jù)激光測(cè)距傳感器反饋的對(duì)鉆孔點(diǎn)法向量的測(cè)量信息，通過(guò)第一傳動(dòng)齒輪O03A)和第二傳動(dòng)齒輪O03B)使第一楔形旋轉(zhuǎn)臺(tái)(204A)和第二楔形旋轉(zhuǎn)臺(tái)O04B)分別旋轉(zhuǎn)，利用它們的高度差可以使鉆孔部件整體按照設(shè)定角度整體偏轉(zhuǎn)，從而使末端執(zhí)行器的鉆頭圍繞固定中心線實(shí)現(xiàn)三維空間運(yùn)動(dòng)，即實(shí)現(xiàn)一個(gè)圓錐運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到定角度的調(diào)節(jié)目的；所述二元角度調(diào)整機(jī)構(gòu)(2)可以帶動(dòng)加工機(jī)構(gòu)作2 α度的角度偏轉(zhuǎn)，只要第一楔形旋轉(zhuǎn)臺(tái)(204Α)和第二楔形旋轉(zhuǎn)臺(tái)Ο04Β)分別旋轉(zhuǎn)適當(dāng)?shù)慕嵌缺憧蓪?shí)現(xiàn)鉆頭法向角度的調(diào)整。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種末端執(zhí)行器，其特征在于在開(kāi)始加工之前第一氣缸 (303Α)和第二氣缸(303Β)同時(shí)上氣，在氣壓的作用下第一氣缸連桿(303Α)與第二氣缸連桿(303Β)同時(shí)受迫下運(yùn)動(dòng)，使裝有壓緊頭(30 的下壓筒(304)下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)壓緊頭(305) 對(duì)工件的壓緊；完成壓緊后吸屑裝置啟動(dòng)，通過(guò)吸屑連接口吸收產(chǎn)生的碎屑。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的末端執(zhí)行器，其特征在于所述激光測(cè)距傳感器(51A C)， 具有測(cè)量鉆孔點(diǎn)法向量的作用，其測(cè)量信息反饋給所述二元角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)O)；第一接近傳感器(52A)作為零位開(kāi)關(guān)，在加工時(shí)作為絲杠進(jìn)給模塊(1)的零位，；而第二接近傳感器 (52B)作為限位開(kāi)關(guān)，它起限制絲杠進(jìn)給模塊(1)的運(yùn)動(dòng)的作用，避免發(fā)生碰撞。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種適用于飛機(jī)蒙皮鉆孔并能自動(dòng)調(diào)整姿態(tài)的航空制孔機(jī)器人末端執(zhí)行器，該末端執(zhí)行器包括絲杠進(jìn)給模塊、二元角度調(diào)整機(jī)構(gòu)、壓緊吸屑模塊、鉆孔模塊和傳感器模塊。絲杠進(jìn)給模塊主要包括絲杠驅(qū)動(dòng)電機(jī)、同步傳動(dòng)組件和雙滾珠絲杠，實(shí)現(xiàn)鉆孔的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)；二元角度調(diào)整機(jī)構(gòu)主要包括步進(jìn)電機(jī)、傳動(dòng)齒輪、楔形旋轉(zhuǎn)臺(tái)和球鉸，實(shí)現(xiàn)末端姿態(tài)的自動(dòng)調(diào)整；壓緊吸屑模塊主要包括氣缸、下壓筒、氣缸連桿和壓緊頭，實(shí)現(xiàn)蒙皮的壓緊和金屬鉆屑的吸收；鉆孔模塊主要包括鉆孔伺服電機(jī)，傳動(dòng)軸，鉆卡頭和鉆頭，實(shí)現(xiàn)高精度鉆孔；傳感器模塊包括接近傳感器和激光測(cè)距傳感器，實(shí)現(xiàn)主軸運(yùn)動(dòng)的尋零與限位和鉆孔點(diǎn)法線的測(cè)量。
文檔編號(hào)B23Q3/08GK102513575SQ20121000671
公開(kāi)日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2012年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月10日
發(fā)明者公茂震, 劉欽, 張睿, 王田苗, 袁培江, 馬福存 申請(qǐng)人:袁培江