CN101476886A

CN101476886A - 一种基于工业机器人的飞机水平测量点打制方法及装置

Info

Publication number: CN101476886A
Application number: CNA2009100580858A
Authority: CN
Inventors: 李东明; 蒋君侠
Original assignee: Chengdu Aircraft Industrial Group Co Ltd
Current assignee: Chengdu Aircraft Industrial Group Co Ltd
Priority date: 2009-01-09
Filing date: 2009-01-09
Publication date: 2009-07-08

Abstract

本发明公开了一种基于工业机器人的飞机水平测量点打制方法及装置。该方法采用工业机器人操持具有减震功能的气缸驱动的冲杆式打点装置，对飞机机身、机翼、垂尾上的水平测量点进行打制。打点装置包括：钢珠，涂色头，冲杆，快接法兰，阻尼减震板，气缸。打点时，根据机器人打点作业运动轨迹控制打点装置到达目标位置后，通过控制电磁阀执行打点动作。冲点的同时涂色头依靠弹簧的作用在测量点处印上蓝色圆环标记。本发明的优点在于：1)使用工业机器人提高了作业效率，作业任务也具有相当的柔性；2)工业机器人重复定位精度较高，保证了打点的精度；3)可以适用于飞机机身、机翼及垂尾的水平测量点打制。

Description

一种基于工业机器人的飞机水平测量点打制方法及装置

技术领域

本发明涉及一种基于工业机器人的飞机水平测量点打制方法及装置。

背景技术

在飞机机身、机翼、垂尾的精加工阶段，需要对其上的水平测量点进行打制，以便飞机总装完成之后进行水平位姿的检查和评价。在目前已有的打制工艺中，由工人手动操作安装于测量点下方的一系列弹簧打点器，对准蒙皮上的水平测量点进行冲击。由于测量点较多，每个测量点需要一台打点器，而且一种打点器的布局设计只能解决一个型号的飞机机身、机翼、垂尾的测量点打制，缺乏柔性。此外，打点器占用较多的工作空间，操作、维护不方便。

工业机器人是目前工业自动化生产中常见的装备，它可通过示教或编程的方式进行路径规划及运动轨迹控制，因此，工业机器人以其灵活性和可达性，配合各种终端执行器可以实现各种不同的自动化作业，满足不同的应用需求。比如自动化钻孔、铆接、零件的取件和定位等。将工业机器人用于飞机机身、机翼、垂尾水平测量点的打制，可以充分发挥以上工业机器人的优点，提高打点作业的自动化水平和效率。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于工业机器人的飞机水平测量点打制方法及装置。

基于工业机器人的飞机水平测量点打制方法采用工业机器人操持具有减震功能的气缸驱动的冲杆式打点装置，对飞机机身、机翼上的水平测量点进行打制。

所述的打点装置包括钢珠、涂色头、冲杆、快接法兰、阻尼减震板、气缸，快接法兰通过阻尼减震板与气缸相连接，汽缸驱动端依次设有冲杆、涂色头和钢珠。

基于工业机器人的飞机机身水平测量点打制的方法包括如下步骤：

1)机身机器人复位，处于原始点(Home)位姿，并将机身打点装置放置在工具库的设定位置；

2)示教机身机器人从原始点出发到工具库中抓取机身打点装置后返回原始点，得到打点装置抓取路径；

3)根据机身机器人的理论位姿以及水平测量点的坐标，在离线编程系统中对机身机器人的运动路径进行规划，生成机器人控制点的初始运动轨迹，并控制机身打点装置到达机身目标点处；

4)激光跟踪仪对机身调姿与精加工平台上若干固定观测点的坐标进行测量，构建出全局坐标系，获得机身机器人的位姿和水平测量点的参考坐标系，通过激光跟踪仪对机身打点装置的位姿进行校准后得到最终的打点作业运动轨迹，校准时激光跟踪仪测量冲杆的轴线方向以及冲杆顶点位置；

5)打点时，根据最终的打点作业运动轨迹控制机身打点装置到达目标位置后，通过控制电磁阀执行打点动作，气缸的工作气压选为0.2～0.3MPa，冲点的同时涂色头依靠弹簧的作用在测量点处印上蓝色圆环标记；

6)打点完成之后，控制机身机器人移动到下一水平测点打制工位，直至任务完成后复位。

基于工业机器人的飞机机翼、垂尾水平测量点打制的方法包括如下步骤：

1)机器人移动底座和机翼机器人复位，并将机翼打点装置正确安装在机翼机器人的末端；

2)根据机翼机器人的理论位姿以及水平测量点的坐标，在离线编程系统中对机翼机器人的运动路径进行规划，生成机器人控制点的初始运动轨迹，并控制机翼打点装置到达机翼目标点下方；

3)激光跟踪仪对机翼调姿与精加工平台上若干固定观测点的坐标进行测量，构建出全局坐标系，获得机翼机器人的位姿和水平测量点的参考坐标系，通过激光跟踪仪对机翼打点装置的位姿进行校准后得到最终的打点作业运动轨迹，校准时激光跟踪仪测量冲杆的轴线方向以及冲杆顶点位置；

4)打点时，根据最终的打点作业运动轨迹控制机翼打点装置到达目标位置定位后，通过控制电磁阀执行打点动作，机翼打点装置与机翼机器人之间安装有阻尼减震板，防止打点时对机翼机器人有过大的冲击反力，气缸的工作气压选为0.2～0.3MPa，冲点的同时涂色头依靠弹簧的作用在测量点处印上蓝色圆环标记；

5)打点完成之后，控制机翼机器人移动到下一水平测点打制工位，直至任务完成后复位。

本发明与现有技术相比具有的有益效果有：(1)工业机器人的示教与编程简单，运行程序容易修改，使作业任务具有相当的柔性；(2)机器人由计算机控制进行测量点的自动打制，提高了作业效率，降低了工人劳动强度；(3)打点装置通过阻尼板吸震，减小了对机器人的冲击；(4)利用快换法兰连接打点装置与机器人，能够迅速完成打点装置的安装与卸载；(5)工业机器人重复精度较高，且通过激光跟踪仪对打点装置进行空间位姿校正，可以保证打点的精度；(6)既可应用于飞机机身也可应用于机翼及垂尾的水平测量点打制。

附图说明

图1为基于工业机器人的飞机水平测量点打制装置的结构示意图；

图2为依据本发明实施方式的飞机机身水平测点打制的一个实施例；

图3为依据本发明实施方式的飞机机翼、垂尾水平测点打制的一个实施例；

图中：钢珠1、涂色头2、冲杆3、快接法兰4、阻尼减震板5、气缸6、工具库21、机身打点装置22、机身机器人23、机身24、机翼31、机翼打点装置32、机翼机器人33、机器人移动底座34、机翼调姿与精加工平台35。

具体实施方式

基于工业机器人的飞机水平测量点打制方法采用工业机器人操持具有减震功能的气缸驱动的冲杆式打点装置，对飞机机身、机翼、垂尾上的水平测量点进行打制。

如图1所示，基于工业机器人的飞机水平测量点打制装置包括钢珠1、涂色头2、冲杆3、快接法兰4、阻尼减震板5、气缸6，快接法兰4通过阻尼减震板5与气缸6相连接，汽缸驱动端依次设有冲杆3、涂色头2、钢珠1。

打点前，机器人控制点TCP的初始运动轨迹，根据理论位置在离线编程系统中进行运动路径规划生成，经激光跟踪仪进行位姿校正后得到最终的打点作业运动轨迹。位姿校正时，机器人根据初始运动轨迹进行预定位，机器人控制系统与激光跟踪仪建立闭环，由跟踪仪检测机器人是否到达打点工作位姿。当机器人按离线编程示教程序运动到指定位置时，激光跟踪仪对其位姿进行监测，如果位姿偏差大于指定容差，机器人按照跟踪仪反馈数据进行补偿并生成最终的机器人打点作业运动轨迹，以保证机器人打点作业时达到正确的位姿。

图2示出的为依据本发明实施方式的飞机机身水平测量点打制的一个示例。机身机器人23为ABB IRB6640型六轴工业机器人。机身打点装置22放置在工具库21中，可以实现机身打点装置22的自动抓取。

打制方法包括如下步骤：

1)机身机器人23复位，处于原始点(Home)位姿，并将机身打点装置22放置在工具库21的设定位置；

2)示教机身打点装置22抓取路径，机身机器人23从原始点出发按照过渡点1到过渡点4的路径，到工具库21中抓取机身打点装置22，然后按照过渡点4到过渡点9的路径回到过渡点9；

3)根据机身机器人23的理论位姿以及水平测量点的坐标，在离线编程系统中对机身机器人23的运动路径进行规划，生成机器人控制点的初始运动轨迹，并控制机身打点装置22从过渡点9到达机身24目标点处；

4)激光跟踪仪对机身调姿与精加工平台上若干固定观测点的坐标进行测量，构建出全局坐标系，获得机身机器人23的位姿和水平测量点的参考坐标系，通过激光跟踪仪对机身打点装置22的位姿进行校准后得到最终的打点作业运动轨迹，校准时激光跟踪仪测量冲杆3的轴线方向以及冲杆顶点位置；

5)打点时，根据最终的打点作业运动轨迹控制机身打点装置22到达目标位置后，通过控制电磁阀执行打点动作，气缸6的工作气压选为0.2～0.3MPa，冲点的同时涂色头2依靠弹簧的作用在测量点处印上蓝色圆环标记；

6)打点完成之后，控制机身机器人23移动到下一水平测点打制工位，直至任务完成后复位。

图3示出的为依据本发明实施方式的飞机机翼、垂尾水平测点打制的一个示例。机翼机器人33为MOTOMAN HP20-6型六轴工业机器人。打制方法包括如下步骤：

1)机器人移动底座34和机翼机器人33复位，并将机翼打点装置32正确安装在机翼机器人33的末端；

2)根据机翼机器人33的理论位姿以及水平测量点的坐标，在离线编程系统中对机翼机器人33的运动路径进行规划，生成机器人控制点的初始运动轨迹，并控制机翼打点装置32到达机翼31目标点下方；

3)激光跟踪仪对机翼调姿与精加工平台35上若干固定观测点的坐标进行测量，构建出全局坐标系，获得机翼机器人33的位姿和水平测量点的参考坐标系，通过激光跟踪仪对机翼打点装置32的位姿进行校准后得到最终的打点作业运动轨迹，校准时激光跟踪仪测量冲杆3的轴线方向以及冲杆顶点位置；

4)打点时，根据最终的打点作业运动轨迹控制机翼打点装置32到达目标位置定位后，通过控制电磁阀执行打点动作，气缸6的工作气压选为0.2～0.3MPa，高硬度钢珠1(GCr15)可在机翼上冲出半径0.2～0.3mm的点，同时涂色头2依靠弹簧的作用在测量点处印上外径为12mm，内径为6.5mm的醒目蓝漆圆环。机翼打点装置32与机翼机器人33之间安装有硅胶材料的阻尼减震板5，防止打点时对机翼机器人33有过大的冲击反力；

5)打点完成之后，控制机翼机器人33移动到下一水平测点打制工位，直至任务完成后复位。

Claims

1.一种基于工业机器人的飞机水平测量点打制方法，其特征在于采用工业机器人操持具有减震功能的气缸驱动的冲杆式打点装置，对飞机机身、机翼、垂尾上的水平测量点进行打制。

2.一种使用如权利要求1所述方法的基于工业机器人的飞机水平测量点打制装置，其特征在于包括钢珠(1)、涂色头(2)、冲杆(3)、快接法兰(4)、阻尼减震板(5)、气缸(6)，快接法兰(4)通过阻尼减震板(5)与气缸(6)相连接，气缸(6)驱动端依次设有冲杆(3)、涂色头(2)和钢珠(1)。

3.根据权利要求1所述的的一种基于工业机器人的飞机水平测量点打制方法，其特征在于机身测点打制方法包括如下步骤：

1)机身机器人(23)复位，处于原始点(Home)位姿，并将机身打点装置(22)放置在工具库(21)的设定位置；

2)示教机身机器人(23)从原始点出发到工具库(21)中抓取机身打点装置(22)后返回原始点，得到打点装置抓取路径；

3)根据机身机器人(23)的理论位姿以及水平测量点的坐标，在离线编程系统中对机身机器人(23)的运动路径进行规划，生成机器人控制点的初始运动轨迹，并控制机身打点装置(22)到达机身(24)目标点处；

4)激光跟踪仪对机身调姿与精加工平台上若干固定观测点的坐标进行测量，构建出全局坐标系，获得机身机器人(23)的位姿和水平测量点的参考坐标系，通过激光跟踪仪对机身打点装置(22)的位姿进行校准后得到最终的打点作业运动轨迹，校准时激光跟踪仪测量冲杆(3)的轴线方向以及冲杆顶点位置；

5)打点时，根据最终的打点作业运动轨迹控制机身打点装置(22)到达目标位置后，通过控制电磁阀执行打点动作，气缸(6)的工作气压选为0.2～0.3MPa，冲点的同时涂色头(2)依靠弹簧的作用在测量点处印上蓝色圆环标记；

6)打点完成之后，控制机身机器人(23)移动到下一水平测点打制工位，直至任务完成后复位。

4.根据权利要求1所述的的一种基于工业机器人的飞机水平测量点打制方法，其特征在于机翼、垂尾测点打制方法包括如下步骤：

1)机器人移动底座(34)和机翼机器人(33)复位，并将机翼打点装置(32)正确安装在机翼机器人(33)的末端；

2)根据机翼机器人(33)的理论位姿以及水平测量点的坐标，在离线编程系统中对机翼机器人(33)的运动路径进行规划，生成机器人控制点的初始运动轨迹，并控制机翼打点装置(32)到达机翼(31)目标点下方；

3)激光跟踪仪对机翼调姿与精加工平台(35)上若干固定观测点的坐标进行测量，构建出全局坐标系，获得机翼机器人(33)的位姿和水平测量点的参考坐标系，通过激光跟踪仪对机翼打点装置(32)的位姿进行校准后得到最终的打点作业运动轨迹，校准时激光跟踪仪测量冲杆(3)的轴线方向以及冲杆顶点位置；

4)打点时，根据最终的打点作业运动轨迹控制机翼打点装置(32)到达目标位置定位后，通过控制电磁阀执行打点动作，机翼打点装置(32)与机翼机器人(33)之间安装有阻尼减震板(5)，防止打点时对机翼机器人(33)有过大的冲击反力，气缸(6)的工作气压选为0.2～0.3MPa，冲点的同时涂色头(2)依靠弹簧的作用在测量点处印上蓝色圆环标记；

5)打点完成之后，控制机翼机器人(33)移动到下一水平测点打制工位，直至任务完成后复位。