CN101646512B - 配置有机器人的装配工具和用于在飞行器结构内安装紧固件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供用于装配飞行器翼盒(200)或其它结构的方法和装配系统，飞行器翼盒或其它结构定义了通过至少一个入口可进入的内部区域。所述方法包括将机器人(250)通过所述至少一个入口插入所述内部区域，机器人具有安装在其上的装配工具(452)。装配工具可被定位在紧固件位置，并且可被固定到该结构。可做出穿过该结构的孔，并且紧固件可被安装到孔内。

Description

配置有机器人的装配工具和用于在飞行器结构内安装紧固件的方法

背景技术

本公开一般地涉及装配工具和方法，更具体地，涉及配置有机器人的装配工具和用于在飞行器翼盒或其它结构的内部区域内安装紧固件的方法。

当在翼盒装配期间使用不同紧固件附加机翼蒙皮到翼梁盖和舱壁时，例如，可能需要操作员机械进入翼盒并且使用不同手工工具工作以完成装配工艺。一般地，操作员定位一个想要钻孔的位置，手工地在翼梁盖和机翼蒙皮或舱壁法兰和机翼蒙皮的层叠上钻孔，去除细节部分(detail parts)且随后进行去毛刺和清理。随后，在紧固件安装之前，操作员可重新定位该部分并且对齐被钻的孔。

在翼盒或类似结构的内部区域内携带许多通常沉重的工具而且实施高度重复性的装配动作可能导致操作员疲劳、不适而且可能对操作员造成伤害。而且还必须保持足够的照明和通风以确保令人满意的工作条件。

相应地，存在对下面机构的需求：该机构用于辅助操作员实施紧固件安装或其它重复性装配工作且不必使操作员进入飞行器翼盒或其它结构的内部区域。

发明内容

本公开的实施例提供用于装配结构的方法，所述结构可以定义通过至少一个入口可进入的内部区域。所述方法包括通过所述至少一个入口插入机器人到所述内部区域，所述机器人具有安装到其上的装配工具。所述装配工具可被定位到紧固件位置，并且可被固定到该结构。可做出穿过该结构的孔，并且紧固件可被安装到该孔内。

本公开的进一步实施例提供用于装配一结构的装配系统，该结构可定义通过至少一个入口可进入的内部区域。所述装配系统包括机器人，所述机器人具有安装在其上的装配工具。所述装配工具可以包括用于在所述内部区域定位所述装配工具的定位机构。在所述结构内制孔期间，可提供用于在结构的内部区域内夹紧装配工具的夹钳，并且可提供用于在所述孔内安装紧固件的紧固件安装机构。

本公开的进一步实施例提供用于装配结构的方法，该结构可以定义通过至少一个入口可进入的内部区域。所述方法包括通过所述至少一个入口插入机器人臂到所述内部区域，所述机器人臂具有安装到其上的装配工具。所述装配工具可被定位在所述结构的紧固件位置，并且可被固定到所述结构的一内表面上以便基本消除要装配结构的各部件之间的空隙。可做出穿过要装配的这些部件的孔，并且紧固件可被安装在所述孔内以固定要装配的各部件。1.一种用于装配结构的方法，所述结构定义了通过至少一个入口可进入的内部区域，所述方法包括：将具有安装在其上的装配工具的机器人通过所述至少一个入口插入所述内部区域；在紧固件位置定位所述装配工具；将所述装配工具夹紧到所述结构；穿过所述结构制孔；以及在所述孔内安装紧固件。2.根据权利要求1所述的方法，其中将具有安装在其上的装配工具的机器人通过所述至少一个入口插入所述内部区域包括：将具有安装在其上的装配工具的机器人臂通过所述至少一个入口插入所述内部区域。3.根据权利要求2所述的方法，其中在紧固件位置定位所述装配工具包括：在临近所述结构内表面的紧固件位置定位所述装配工具。4.根据权利要求3所述的方法，其中在临近所述结构内表面的紧固件位置定位所述装配工具包括：伸展被插入的机器人臂；以及相对于所述紧固件位置调整所述装配工具的所述位置。5.根据权利要求4所述的方法，其中相对于所述紧固件位置调整所述装配工具的所述位置包括：借助所述装配工具上的视觉模块来相对于所述紧固件位置调整所述装配工具的所述位置。6.根据权利要求3所述的方法，其中将所述装配工具夹紧到所述结构包括：将所述装配工具夹紧到所述结构的所述内表面。7.根据权利要求6所述的方法，其中将所述装配工具夹紧到所述结构的所述内表面包括：将所述装配工具夹紧到所述结构的所述内表面以基本消除要装配结构的各部件之间的任何空隙。8.根据权利要求1所述的方法，其中穿过所述结构制孔包括：穿过所述结构钻孔。9.根据权利要求8所述的方法，其中穿过所述结构钻孔包括：从所述结构外部穿过所述结构钻孔。10.根据权利要求9所述的方法，其中将所述装配工具夹紧到所述结构包括：在穿过所述结构钻孔期间，将所述装配工具夹紧到所述结构的所述内表面以基本消除要装配结构的各部件之间的任何空隙。11.根据权利要求1所述的方法，其中将所述装配工具夹紧到所述结构包括：使用所述结构的外部电磁体将所述装配工具夹紧到所述结构的内表面。12.根据权利要求1所述的方法，其中在所述孔内安装紧固件包括：穿过所述孔插入紧固件，其中所述紧固件的末端部分延伸进所述内部区域；以及操作所述装配工具将紧固件固定元件附加到所述紧固件的所述末端部分。13.根据权利要求12所述的方法，其中在所述孔内安装紧固件进一步包括：在操作所述装配工具将紧固件固定元件附加到所述紧固件的所述末端部分之前，操作所述装配工具以将所述紧固件固定元件分配到所述紧固件。14.根据权利要求13所述的方法，其中操作所述装配工具将所述紧固件固定元件附加到所述紧固件的所述末端部分包括：操作所述装配工具以将所述紧固件固定元件卷曲到所述紧固件的所述末端。15.根据权利要求1所述的方法，其中所述紧固件位置包括可通过所述至少一个入口进入的多个紧固件位置的一个，并且其中所述方法进一步包括：在所述多个紧固件位置的每一个位置定位所述装配工具；以及在所述多个紧固件位置的每一个位置重复所述定位、夹紧、制孔和安装步骤。16.根据权利要求15所述的方法，其中所述至少一个入口包括多个入口，并且其中所述方法进一步包括：通过所述多个入口的每一个入口将具有安装在其上的所述装配工具的所述机器人插入所述内部区域；以及在通过所述多个入口的每一个入口可进入的多个紧固件位置的每一个位置重复所述定位、夹紧、制孔和安装步骤。17.根据权利要求1所述的方法，其中所述内部区域包括通过所述至少一个入口可进入的被限定的内部区域。18.根据权利要求1所述的方法，其中所述结构包括飞行器翼盒。19.用于装配结构的装配系统，所述结构定义了通过至少一个入口可进入的内部区域，所述装配系统包括：机器人；以及安装在所述机器人上的装配工具，所述装配工具包括：用于在所述内部区域内定位所述装配工具的定位机构；用于在所述结构内制孔期间在所述结构的内部区域夹紧所述装配工具的夹具；以及用于在所述孔内安装紧固件的紧固件安装机构。20.根据权利要求19所述的装配系统，其中所述机器人包括机器人臂，并且其中所述装配工具被安装在所述机器人臂上。21.根据权利要求20所述的装配系统，其中所述机器人臂包括通过所述至少一个入口伸展进所述结构的所述内部区域内的可伸展机器人臂。22.根据权利要求19所述的装配系统，其中所述定位机构包括：用于引导所述装配工具到所述结构的所述内部区域内的紧固件位置的视觉模块。23.根据权利要求22所述的装配系统，其中所述视觉模块包括用于引导所述装配工具到所述结构的所述内部区域内的紧固件位置的相机。24.根据权利要求23所述的装配系统，其中所述视觉模块进一步包括光源和激光传感器中的至少一个。25.根据权利要求19所述的装配系统，其中所述紧固件安装机构包括：用于将紧固件固定元件固定到所述紧固件的固定实用工具。26.根据权利要求25所述的装配系统，其中所述紧固件固定机构进一步包括用于将所述紧固件固定元件分配到所述紧固件的分配实用工具。27.根据权利要求26所述的装配系统，其中所述装配工具进一步包括用于分别将所述分配实用工具和所述固定实用工具移动到分配和固定位置的执行器。28.根据权利要求19所述的装配系统，其中所述夹具包括用于被电磁夹紧到所述结构内表面的夹紧足。29.根据权利要求28所述的装配系统，进一步包括用于电磁夹紧所述夹紧足到所述结构的所述内表面的所述结构的外部的电磁体。30.根据权利要求28所述的装配系统，其中所述夹紧足包括用于在角紧固件位置将所述装配工具夹紧到所述结构的所述内表面的锥形夹紧足。31.根据权利要求19所述的装配系统，其中所述结构包括飞行器翼盒。32.一种用于装配结构的方法，所述结构定义了通过至少一个入口可进入的内部区域，所述方法包括：将具有安装在其上的装配工具的机器人臂通过所述至少一个入口插入所述内部区域；在紧固件位置定位所述装配工具；将所述装配工具夹紧到所述结构的内表面以基本消除要装配结构的各组件之间的任何空隙；当所述装配工具被夹紧到所述结构的所述内表面时，穿过要装配的各部件制孔；以及在所孔内安装紧固件以固定所述要装配的各部件。33.根据权利要求32所述的方法，其中将所述装配工具夹紧到所述结构的内表面包括：使用所述结构的外部电磁体将所述装配工具夹紧到所述结构的所述内表面。34.根据权利要求32所述的方法，其中穿过所述要装配的各部件制孔包括：穿过所述要装配的各部件钻孔。35.根据权利要求34所述的方法，其中穿过要装配的各部件制孔包括：从所述结构外部穿过要装配的各部件钻孔。36.根据权利要求32所述的方法，其中在所述孔内安装紧固件以固定所述要装配的各部件包括：穿过所述孔插入紧固件，其中所述紧固件的末端部分延伸进所述内部区域；以及操作所述装配工具以将紧固件固定元件附加到所述紧固件的所述末端部分。37.根据权利要求36所述的方法，其中在所述孔内安装紧固件以固定所述要装配的各部件进一步包括：在操作所述装配工具以将所述紧固件固定元件附加到所述紧固件的所述末端部分之前，操作所述装配工具以分配所述紧固件固定元件到所述紧固件。38.根据权利要求32所述的方法，其中所述紧固件位置包括可通过所述至少一个入口可进入的多个紧固件位置的一个位置，并且其中所述方法进一步包括：在所述多个紧固件位置的每一个位置定位所述装配工具；以及在所述多个紧固件位置的每一个位置重复所述定位、夹紧、制孔和安装步骤。39.根据权利要求38所述的方法，其中所述至少一个入口包括多个入口，并且其中所述方法进一步包括：通过所述多个入口的每一个入口将具有安装在其上的所述装配工具的所述机器人插入所述内部区域；以及在通过所述多个入口的每一个入口可进入的多个紧固件位置的每一个位置重复所述定位、夹紧、制孔和安装步骤。40.根据权利要求32所述的方法，其中所述结构包括飞行器翼盒。

上述特征、功能和优点可以以各种实施例单独实现，或者可以与另外的实施例组合实现。

附图说明

被认为是本实施例特征的新颖特征在所附权利要求中列出。然而实施例本身，以及优选的使用方式、进一步的目的和它的优点，当与附图一起阅读时通过参考有利的实施例的下述详细描述将会被最好地理解。

图1描述了飞行器，本公开有利的实施例可在其中被实施；

图2描述了根据本公开的有利实施例，飞行器翼盒的一部分和用于装配翼盒的配置有机器人的装配工具；

图3描述了根据本公开的有利实施例，图2中的配置有机器人的装配工具的机器人臂；

图4A和4B分别地描述了根据本公开的有利实施例，分别处于收缩和展开位置的图2中的配置有机器人的装配工具的装配工具模块；

图5、6和7示出了图4B的展开的装配工具模块的不同视图；

图8描述了根据本公开的进一步有利实施例的装配工具模块；

图9描述了图8的装配工具模块的俯视图；

图10描述了根据本公开更进一步有利实施例的装配工具模块；以及

图11是流程图，该流程图描述了根据本公开有利实施例的用于在飞行器翼盒内安装紧固件的方法。

具体实施方式

参考附图，并且，具体地，参考图1，该图说明了一种飞行器，其中本公开的一些有利实施例可以得以实施。更具体地，飞行器100是一结构的实例，其中根据本公开的有利实施例的配置有机器人的装配工具和装配方法可以得以实施。

在此描述性的实例中，飞行器100具有附在主体106上的翼102和104。飞行器100包括安装在翼上的发动机108、110、112和114。此外，飞行器100也分别包括安装在主体上的发动机116、安装在主体上的发动机118和水平和垂直安定面120和122。

图2描述了根据本公开的有利实施例的飞行器翼盒一部分和用于装配该翼盒的配置有机器人的装配工具。具体地，图2描述了翼盒200的一部分，例如，尽管不仅仅局限于翼，如翼102和104中的一个，以及配置有机器人的装配工具250，配置有机器人的装配工具250用于安装翼盒200的各部件。虽然应该理解的是有利的实施例不局限于某个特定区域使用配置有机器人的装配工具250，翼盒200的内部区域，总体由参考数字210指示，是被限制或有界的区域的实例，配置有机器人的装配工具250可在该区域被有利地使用。

翼盒200包括多个部件，部件包括顶蒙皮板212、底蒙皮板214、翼梁216和218、以及翼盒舱壁220。翼梁216和218每个都包括翼梁腹板部分222和翼梁盖部分224，而翼盒舱壁220包括舱壁法兰226的舱壁法兰。如图2所示，翼盒200的装配要求翼梁216和218的盖部分224和翼盒舱壁220的舱壁法兰226使用合适的紧固件(在图2中未示出)在许多紧固件位置被紧固在顶部和底部蒙皮板212和214上并且相互之间紧固，这些紧固件位置包括诸如各位置230的位于中心的直紧固件位置，以及诸如各位置232的角紧固件位置。然而如果需要，也可以进行其它紧固操作。紧固件可包括，但不局限于螺栓和螺钉，螺栓和螺钉可延伸穿过要装配的各部件内的对齐开口，并且螺栓和螺钉可被螺母、环或法兰盘或其它合适的固定元件固定。

紧固操作可能需要进入翼盒200的内部区域210，而且，一般而言，这一操作在大翼盒的情况下通过操作员进入内部区域210并且使用完成装配过程所必须的合适的手工工具被实现。如前面指出的，在翼盒内部区域实施高度重复性的装配操作可能导致操作员疲劳、不适以及对操作员可能造成伤害。本公开的有利实施例提供配置有机器人的装配工具，如图2中的配置有机器人的装配工具250，该装配工具250通过使操作员不需要进入翼盒200的内部区域210来便利翼盒200的各部件的装配。

更具体地，配置有机器人的装配工具250一般地包括机器人主体252、机器人臂254以及装配工具模块256。虽然应该理解的是其它机构可用于提供移动性给配置有机器人的装配工具250，并且不是为了将有利实施例限制为用于移动配置有机器人的装配工具250的任意特定机构，机器人主体252可被安装在轨道258上，轨道258用于向所需装配位置的移动。机器人臂254可从机器人主体252伸展并且在机器人臂254的外端携带装配工具模块256。

如图2所示，在翼盒200中一般地提供的一个或多个入口用于维护目的或类似目的，所述一个或多个入口可提供进入翼盒200内部区域210的机器人臂254和附在机器人臂254上的装配工具模块256。在图2所示的有利实施例中，在顶蒙皮板212中提供一个入口242以及在底蒙皮板214中提供一个入口244。然而应该理解的是入口的数量和它们的位置仅仅是示例性的，例如，在翼盒200的任何所需的一个位置或各位置能够提供一个或多个入口。

图2描述了配置有机器人的装配工具250的机器人臂254，机器人臂254通过底蒙皮板214内的入口244被插入翼盒200的内部区域210。机器人臂254可被伸展用于定位装配工具模块256以实施紧固操作，在本例中，用于在紧固位置280将翼梁盖224紧固到底蒙皮板214。

在紧固件位置280完成紧固操作后，机器人臂254可被操作用于将装配工具模块256移动到第二个紧固件位置以便在该第二个紧固件位置实施紧固操作。此过程可被重复直到紧固操作已经在所有通过入口214可进入的紧固位置被实施。之后，配置有机器人的装配工具250可被移动到另一个入口，如入口242，并且紧固操作可随后在通过入口242可进入的各紧固位置被实施。该过程被重复直到所有紧固操作已经完成。

配置有机器人的装配工具250可被用户从在270被示出的远程控制台来操作。例如，控制台270可以是具有视频显示终端272、键盘274、可包括永久性和可被擦写的存贮介质的存储装置276、以及鼠标278的计算机。如控制杆、轨迹球、触摸板和类似装置的附加输入装置也可被包括在计算机270内。

图3描述了根据本公开的有利实施例的图2中的配置有机器人的装配工具250的机器人臂254。机器人臂254可包括多个连接件，其中包括：连接到图2中机器人底座252的第一连接件(link)302、最末连接件304，最末连接件304具有附在最末连接件304上的图2中所示的装配工具模块256(如将在下面描述的)和包括连接件306和308的多个中间连接件。机器人臂254的各连接件可相对彼此放置并且通过本领域技术人员已知的液压、电动或气动驱动的控制机构(未被示出)放置到内部区域210。控制机构可在嵌套位置(图3中未示出)和伸展位置之间移动机器人臂254，在该嵌套位置，机器人臂254被完全收缩，在该伸展位置，机器人臂254被完全伸展(也未示出)。在图3所示的有利的实施例中，这些连接件被构造为C通道形的连接件，并且通过相对另一个连接件旋转一个连接件可被收缩或伸展。然而应该理解的是机器人臂254能够由其它合适构形的连接件组成，例如矩形横截面的块形式的连接件，并且连接件可被不偏离有利实施例的其它机构伸展或收缩。

图4A和4B分别描述了处于嵌套401位置和展开403位置的图2所示的装配工具模块256。图5、6、7描述了图4B所示展开的装配工具模块256的不同视图。有关图5-7的每个图的不同视图的方向由图4B中箭头标出。图7描述了带有不同部分的装配工具模块256，这些不同部分包括为了清楚起见去除的实用工具450和452。装配工具模块256可包括下面参考图4A、4B和5-7具体描述的几个部件。

接头连接件402被附在机器人臂254的最末连接件304上，并且在机器人臂和总体以参考数字406指示的装配工具之间可起到接口的作用。

如在图4B被最清晰显示的，接头连接件402借助总体由参考数字410标示的展开机构可被安装到机器人臂连接件304上，展开机构可包括但不局限于，电机和一套合适的齿轮，以用于在图4A所示的嵌套位置401和图4B所示的展开位置403之间相对于机器人臂连接件304旋转接头连接件和旋转被安装到接头连接件的装配工具。

在图4A-7所描述的有利实施例中，机器人臂连接件被配置为如图3所示的C通道形连接件，并且当处于图4A所示的嵌套位置401时，机器人臂连接件304的尺寸可以使其容纳在机械人臂连接件304内。然而应该理解的是，接头连接件402可以是其它适合的构形并且并无意将有利实施例限制为任合特定的构形。

接头连接件402可支撑视觉模块412和执行器机构414，执行器机构414可提供下文将会描述的装配工具406的旋转。接头连接件402借助多个铰链416可被连接到装配工具406上，多个铰链416被连接到后板422上，如也将在下文全面描述的。

视觉模块412可包括相机472、光源474和激光传感器476。如在图4B中被最清楚显示的，视觉模块412可在存放位置(未示出)和图4B示出的展开位置之间沿轨道427上下滑动，存放位置在接头连接件402内，其用于在装配工具模块256从机器人臂连接件304展开之前实施保护。操作员可使用视觉模块412的相机472和光源474来在翼盒200的内部区域210内引导机器人臂254移动。激光传感器476可对需要钻孔的位置起位置检查的作用。视觉模块412也可用于在钻孔操作执行完之后检查钻孔质量，例如，不是用于限制，用于检查所钻孔的直径和圆度、孔边距和被钻孔表面的垂直度，并且，一般而言，可用于检查总体紧固操作。

如在图5中被最清楚显示的，装配工具406可被三个板连接到接头连接件402上，三个板在这里被称为后板422、中板424和前板426。如上所示，后板422可被四个铰链416铰接到接头连接件402顶部以提供装配工具406相对于接头连接件402的向外旋转。后板422可包括它的前表面上的两个垂直轨道428。

如图7所示，中板424可以包括两个垂直凹槽430和水平轨道432，而前板426可以包括水平凹槽434和圆形螺柱436。后板422的垂直轨道428可滑动地容纳在中板424的垂直凹槽430内，使得中板能沿垂直轨道上下滑动。中板424的水平轨道432可被容纳在前板426的水平凹槽434内，使得前板可相对于中板水平滑动。圆形螺柱436通过旋转执行器442可为装配工具壳体440提供安装和旋转，旋转执行器442被安装在前板426的顶角处。

工具装配壳体440是一个框架，该框架可支撑装配工具406携带的各种实用工具并且可包括用于实用工具的一组安装和滑动板。工具运动执行器446可被附在壳体顶部的侧板上。

根据有利实施例的装配工具406的实用工具可包括用于分配环或法兰盘/螺母/垫圈的分配工具450和用于固定由分配工具450分配的环/螺母的固定工具452。如下文将描述的，分配工具450和固定工具452都可被远离和朝向钻孔的工具运动执行器448上下移动，使得分配工具和固定工具能实施它们的功能。

夹紧足454可借助四个螺栓456被附在壳体440的下腿。夹紧足454可由钢或其它合适材料形成并且与图2所示的外部便携电磁体298一起实现电磁夹紧。夹紧足454稳定和夹紧在夹紧足454和便携磁体之间被钻孔/装配的各部件，并且在钻孔之前可去除各部件之间的任意空隙。这一夹紧过程可实现贯穿各部件的基本上无毛刺钻孔。夹紧足454可包括叉状的切去部分458，切去部分458从任一端延伸以避免当足被移动到且放置在新的钻孔位置时与紧固件互相干扰。夹紧足454中的孔460可提供钻孔间隙。通道切口462可被包括在夹紧足454内用以给来自视觉模块412的激光束提供开放路径以帮助定位钻孔位置。

一般地，夹紧足454、壳体440以及实用工具450和452构成装配工具406的子组件或局部装配，装配工具406可被移动用于保持工具垂直于被钻孔面。局部装配享有用于微位置调整的两个旋转运动(图5所示的旋转405和图7所示的旋转407)和两个平移运动(图5所示的垂直409和水平411)的结合。图6使用表格和相应的被编号的箭头描述了使用装配工具模块256一般可用的不同运动和动作。根据有利实施例，所有运动和实用工具动作可以是气动、电动或液压驱动的并且借助不同的执行器、联动机构等等从内部区域的外部被控制台270遥控，配置有机器人的装配工具在内部区域内操作。然而应该理解的是其它形式的动力和遥控机构也可被使用并且不是为了将本公开的示例性实施例限制为任何具体的控制行为。

在图4A-7描述的装配工具模块256在紧固件位置可能特别有效，各紧固件位置位于翼盒内的中心位置(在图2中被称为直的紧固件位置230)。在图4A-7描述的装配工具模块256的机器人的移动性在角紧固件位置(在图2中被称为角紧固件位置232)可被结构干扰限制。图8描述了根据本公开的进一步有利实施例的装配工具模块256。图9描述了图8的装配工具模块256从图8中箭头9-9方向看的局部俯视图。图8和9所示的装配工具模块256可特别适合在诸如图2中的角紧固件位置232的各角位置实施紧固操作。图8和9所示的装配工具模块256可被有利地附在第二个机器人臂(未示出)上，第二个机器人臂将会与图4A-7所示的装配工具模块256并行工作，图4A-7所示的装配工具模块256可携带用于直的紧固件位置的实用工具。

装配工具模块256可包括在图8和9中所示的平移板802，平移板802取代了图4A-7所示的装配工具406的壳体440。平移板802可被连接到一组运动控制板(后板822、中板824和前板826)，这组运动控制板可类似于图4A-7中所示的装配工具模块256的板422、424和426。平移板802保持装配工具806相对于前运动控制板826的旋转能力并且为新工具部件提供建造基础。为了灵活地到达角紧固位置，图8和9所示的装配工具模块256可拥有四个额外的自由度(图8中箭头803示出的轴旋转和箭头805、807、和809示出的三个工具平移)。

实用支架810可被附到平移板802。实用支架810提供工具轴支撑，并且也可安置前视觉模块812、执行器814以及总体标记为816的齿条和滑道。

前视觉模块812可位于实用支架810的上左端。前视觉模块812可包括相机892、光源894以及激光装置896，且可被额外提供后视觉模块(在图8和9中未示出)。前视觉模块812可进一步辅助操作员在翼盒200的内部区域210内操纵配置有机器人的装配工具。

齿条(rack)和小齿轮(pinion)驱动装置815是用于提供旋转工具轴运动的一组齿轮，旋转工具轴的运动转换和放置实用工具到所需的孔位置。当小齿轮被可被键入旋转的工具轴818时，齿条可在附在实用支架810上的轨道上滑动。

旋转工具轴818使实用工具850和852以及夹紧足860的转换成为可能。上轴锁820和下键销(未示出)将轴818保持在实用支架810上。轴818的下端可被附在工具部署平台870上。

工具部署平台870可以是位于旋转轴818下端的T-形部件。工具部署平台870可持有实用工具850和852、夹紧足860以及它们各自的激活执行器。旋转工具轴以及执行器运动的组合利于实用工具850和852以及夹紧足960的部署。

工具运动引导装置872是线性的运动引导装置，运动引导装置可包括滑动器874、引导壳体876以及每个工具的工具架878。线性运动可由执行器880使用例如液压、电动或气动驱动活塞杆的任一种来启动。

锥形夹紧足860占据了工具部署平台870的中心位置。锥形夹紧足860也可被附在角形支架882上用于方便到达和避免干扰。夹紧可被但不局限于图2所示的外部电磁体298，通过铝蒙皮和翼梁盖或铝蒙皮和典型翼盒的舱壁法兰的堆叠来执行或激活。

图10描述了根据本公开更进一步有利实施例的装配工具模块256。图10中所示的装配工具模块256可类似于图8和9中所示的装配工具模块256。

图10中所示的装配工具模块256与图8和9中所示的装配工具模块256不同之处在于分配工具1050和固定工具1052可配置有摇臂特征。具体地，夹紧足1060在一个紧固件安装的整个周期内保持夹紧。这将有助于确保精确的无毛刺钻孔而且通过不必在如图8和9所示的装配工具模块256中的分配和固定操作之间释放和收缩夹紧足可缩短周期时间。图10所示的装配工具模块256提供许多可控制的运动。图10也描述了使用装配工具模块256使用表格和相应的编号箭头可用的不同运动和动作。

图10所示的装配工具模块256的部件可包括分配工具摇臂1090和固定工具摇臂1092。分配工具摇臂1090可被安装到旋转工具轴1018并且利用附在工具部署平台1070上的执行器1094可绕轴1018摇摆。分配工具1050可被附在臂1090上并且由此与臂一起摇摆。

固定工具摇臂1092可以与分配工具摇臂1090类似而且控制固定工具1052的位置。固定工具摇臂1092也可被附在工具部署平台1070的相对侧而且可由执行器1096引起摇摆。

操作中，机器人臂、在图10中未示出，可将装配工具模块256定位在翼盒内的所需的钻孔位置，在图10中也未示出。装配工具模块256到翼盒内表面的夹紧可由外部电磁体执行并且在钻孔和紧固件放置操作中被保持。当足夹紧还在位，足部署平台1070上的执行器1094可摇摆分配工具1050且与工具平移执行器1098协作将分配工具1050放置到紧固件的尾部之上。在分配一个环/螺母后分配工具1050随后可收缩到默认位置。当足夹紧还在进行，固定工具1052可被执行器1096摇摆以便放置固定工具1052到被分配的环/螺母之上，再一次与它的工具平移执行器1098协作，以将环/螺母固定到紧固件。

固定工具1052随后可被收缩到默认位置(未示出)，夹紧可以失效并且机器人臂可收缩装配工具模块1000且将其移动到下一个紧固件位置。

使用根据本公开有利实施例的配置有机器人的装配工具250，固定的总体坐标系信息，在图2中以292描述，可被存储在控制台270中以便控制总体机器人移动。此外，精细的位置调整(图2中由局部坐标系292描述)使用控制台270由装配工具模块执行。

图11是流程图，该流程图描述了用于在飞行器翼盒内安装紧固件的方法，所述翼盒为诸如根据本公开有利实施例的飞行器100的翼盒200。该方法总体以参考数字1100标示，并且可通过沿轨道258移动配置有机器人的装配工具250到翼盒200内的入口244附近以便被装配(步骤1102)来开始。携带装配工具模块256的配置有机器人的装配工具250的机器人臂254的嵌套连接件，如，连接件302-308随后可通过入口244被插入且进入翼盒200的内部区域210内(步骤1104)。

装配工具模块256的接头连接件402可随后从机器人臂254的最末连接件304展开，以在用于展开的接头连接件402上准备好视觉模块412(步骤1106)。展开的视觉模块412可随后被用于引导机器人移动，而且机器人臂254的连接件302-308可依次被展开，例如，通过相对于另一个嵌套连接件旋转一个嵌套连接件，以便将装配工具模块256引导到位于翼盒200的内部区域210内的所需紧固件位置(步骤1108)。装配工具模块256的装配工具406随后可通过局部调整来精确定位(步骤1110)。视觉模块412内的相机472和激光传感器476可被用于辅助用户在控制台270实施这一精细调整，例如，通过使用鼠标278在视频显示终端272移动光标。

如关于装配工具406是否被正确定位的决定可被做出(步骤1112)。如果装配工具406没有被正确定位(步骤1112的否输出)，该方法就会回到步骤1110以便由用户做进一步的装配工具406的局部调整。如果装配工具406被正确定位(步骤1112的是输出)，装配工具到翼盒内表面的电磁夹紧可被用户使用外部电磁体298在外部执行(步骤1114)。

钻穿过要装配的翼盒部件的孔，例如翼梁盖224和底部蒙皮板214，可随后从翼盒200的外部实施(步骤1116)。这样的钻孔操作可包括例如诸如埋头孔(countersinking)的孔制备。由于夹紧操作，被钻孔的两部件之间的任何空隙基本被去除导致基本上无毛刺的钻孔。相机472和激光传感器476可在控制台270被用户用于在钻孔操作以后，检查所钻孔的内侧和外侧，以确定孔是否达到可接受的质量(步骤1118)。如果孔没有达到可接受的质量(步骤1118的否输出)，视需要可修正该孔，例如，通过进一步钻孔操作(步骤1120)。

如果被钻的孔达到可接受的质量(步骤1118的是输出)，操作员随后可从翼盒200的外部将诸如螺栓或螺钉的紧固件插入且穿过被钻的孔(步骤1122)，并且分配实用工具，例如，工具部件406的分配工具450可使得递送诸如环或螺母的紧固件固定元件到被插入的紧固件(步骤1124)。一个实施例可包括不同大小的环或螺母和用于安装不同大小的环或螺母的机构。分配实用工具450可随后被移开为随后的实用工具留出空间。固定实用工具，例如，工具部件406的固定实用工具452可随后被移动到位(步骤1126)并被使得实施所需的操作以便通过作用在紧固件上固定装置的使用来永久附着紧固件，例如，在紧固件固定元件上实施夹紧、旋锻(swag)和/或尾销断裂操作(步骤1128)，并且装配工具406可随后被移走以便分配实用工具将会在用于下一次紧固件安装操作的默认位置(步骤1130)。

夹紧可随后被释放(步骤1132)，并且是否存在通过入口244可进入的更多紧固件位置的决定可被做出，在紧固件位置紧固件可被安装(步骤1134)。如果存在更多紧固件位置(步骤1134的是输出)，机器人臂254可缩回工具406且引导工具406到另一个紧固件位置(步骤1136)并且该方法可回到用于在新位置处理/安装紧固件的步骤1110。

如果不存在通过入口244可进入的进一步的紧固件位置(步骤1134的否输出)，关于是否存在任何进一步入口的一个决定可被做出，通过这些入口配置有机器人的装配工具250应被插入以安装附加的各紧固件(步骤1138)。如果存在进一步的入口，例如入口242(步骤1138的是输出)，配置有机器人的装配工具可被撤回且被移到下一个入口242(步骤1140)并且该方法回到步骤1104。如果不存在更多入口(步骤1138的否输出)。配置有机器人的装配工具250可沿轨道258被移动到用于下一个装配操作的预备位置(未示出)(步骤1142)，并且该工艺过程结束。预备位置可以是远离翼盒200的存储位置，在存储位置配置有机器人的装配工具被存储用于下一步使用。

提供了有利实施例的描述是为了说明和描述，而不是为了穷尽或局限于所公开的形式。许多的修正和变更对于本领域普通技术人员而言是明显的。例如，虽然有利实施例结合装配飞行器翼盒来描述，这些实施例也可用于装配其它类型的结构诸如与船舶和其它车辆以及建筑物相关的结构。并且，根据有利实施例的装配工具能包括用于实施不同或附加装配操作的不同或附加的实用工具。例如，装配工具也能包括钻孔实用工具，钻孔实用工具用于从要装配的结构内部钻孔而不是从结构外部钻孔。不同的有利实施例相对于其他有利实施例可提供不同的优点。被选中的所述实施例或各实施例之所以被选择和描述是为了最好地解释特征或实际应用，并且使本领域普通技术人员中的其他人能够理解具有适合被预期的特定用途的不同修正的不同实施例。

Claims (15)

1.一种用于装配具有到外表面的至少一个入口的翼盒的结构的方法，所述结构定义了通过所述至少一个入口可进入的内部区域，所述方法包括：

将具有安装在其上的装配工具的机器人通过所述至少一个入口插入所述内部区域；

在紧固件位置定位所述装配工具，其中所述装配工具包括连接到一组运动控制板的平移板以保持所述装配工具相对前运动控制板的旋转能力并为新工具部件提供建造基础；

将所述装配工具夹紧到所述结构；

穿过所述结构制孔；以及

在所述孔内安装紧固件。

2.根据权利要求1所述的方法，其中将具有安装在其上的装配工具的机器人通过所述至少一个入口插入所述内部区域包括：

将具有安装在其上的装配工具的机器人臂通过所述至少一个入口插入所述内部区域。

3.根据权利要求2所述的方法，其中在紧固件位置定位所述装配工具包括：

在邻近所述结构内表面的紧固件位置定位所述装配工具，其中在邻近所述结构内表面的紧固件位置定位所述装配工具包括：

伸展被插入的机器人臂；以及

相对于所述紧固件位置调整所述装配工具的位置。

4.根据权利要求3所述的方法，其中相对于所述紧固件位置调整所述装配工具的所述位置包括：

借助所述装配工具上的视觉模块来相对于所述紧固件位置调整所述装配工具的所述位置。

5.根据权利要求3所述的方法，其中将所述装配工具夹紧到所述结构包括：

将所述装配工具夹紧到所述结构的所述内表面，其中将所述装配工具夹紧到所述结构的所述内表面包括：

将所述装配工具夹紧到所述结构的所述内表面以消除要装配结构的各部件之间的任何空隙。

6.根据权利要求1所述的方法，其中穿过所述结构制孔包括：

穿过所述结构钻孔，其中穿过所述结构钻孔包括：

从所述结构外部穿过所述结构钻孔，其中将所述装配工具夹紧到所述结构包括：

在穿过所述结构钻孔期间，将所述装配工具夹紧到所述结构的内表面以消除要装配结构的各部件之间的任何空隙。

7.根据权利要求1所述的方法，其中在所述孔内安装紧固件包括：

穿过所述孔插入紧固件，其中所述紧固件的末端部分延伸进所述内部区域；以及

操作所述装配工具将紧固件固定元件附加到所述紧固件的所述末端部分。

8.根据权利要求7所述的方法，其中在所述孔内安装紧固件进一步包括：

在操作所述装配工具将紧固件固定元件附加到所述紧固件的所述末端部分之前，操作所述装配工具以将所述紧固件固定元件分配到所述紧固件，其中操作所述装配工具将所述紧固件固定元件附加到所述紧固件的所述末端部分包括：

操作所述装配工具以将所述紧固件固定元件卷曲到所述紧固件的所述末端。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述紧固件位置包括可通过所述至少一个入口进入的多个紧固件位置的一个，并且其中所述方法进一步包括：

在所述多个紧固件位置的每一个位置定位所述装配工具；以及

在所述多个紧固件位置的每一个位置重复所述定位、夹紧、制孔和安装步骤，其中所述至少一个入口包括多个入口，并且其中所述方法进一步包括：

通过所述多个入口的每一个入口将具有安装在其上的所述装配工具的所述机器人插入所述内部区域；以及

在通过所述多个入口的每一个入口可进入的多个紧固件位置的每一个位置重复所述定位、夹紧、制孔和安装步骤。

10.用于装配在外表面具有至少一个入口的翼盒的结构的装配系统，所述结构定义了通过所述至少一个入口可进入的内部区域，所述装配系统包括：

机器人；以及

安装在所述机器人上的装配工具，所述装配工具包括：

用于在所述内部区域内定位所述装配工具的定位机构；

用于在所述结构内制孔期间在所述结构的内部区域夹紧所述装配工具的夹具；以及

用于在所述孔内安装紧固件的紧固件安装机构；和

连接到一组运动控制板的平移板以保持所述装配工具相对前运动控制板的旋转能力并为新工具部件提供建造基础。

11.根据权利要求10所述的装配系统，其中所述机器人包括机器人臂，并且其中所述装配工具被安装在所述机器人臂上，其中所述机器人臂包括通过所述至少一个入口伸展进所述结构的所述内部区域内的可伸展机器人臂。

12.根据权利要求10所述的装配系统，其中所述定位机构包括：

用于引导所述装配工具到所述结构的所述内部区域内的紧固件位置的视觉模块。

13.根据权利要求12所述的装配系统，其中所述视觉模块包括用于引导所述装配工具到所述结构的所述内部区域内的紧固件位置的相机，其中所述视觉模块进一步包括光源和激光传感器中的至少一个。

14.根据权利要求10所述的装配系统，其中所述紧固件安装机构包括：

用于将紧固件固定元件固定到所述紧固件的固定实用工具，其中所述紧固件安装机构进一步包括用于将所述紧固件固定元件分配到所述紧固件的分配实用工具，其中所述装配工具进一步包括用于分别将所述分配实用工具和所述固定实用工具移动到分配和固定位置的执行器。

15.根据权利要求10所述的装配系统，其中所述夹具包括用于被电磁夹紧到所述结构内表面的夹紧足，并且进一步包括用于电磁夹紧所述夹紧足到所述结构的所述内表面的所述结构的外部的电磁体，其中所述夹紧足包括用于在角紧固件位置将所述装配工具夹紧到所述结构的所述内表面的锥形夹紧足。

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