CN102847979A - 一种吸附于飞机表面用于运载制孔末端执行器的柔性轨道 - Google Patents

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王田苗
马福存
公茂震
刘钦
张睿
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Abstract

本发明的名称为一种吸附于飞机表面用于运载制孔末端执行器的柔性轨道，主要是对飞机进行航空自动化制孔，包括机身各部段对接环向自动化制孔、机身筒段壁板纵向拼接的自动化制孔、翼面类部件壁板表面自动化制孔。主要包括吸附模块、X轴移动模块、Y轴移动模块三部分。真空吸盘利用气源将空气排出，真空吸盘外的空气压力可以使柔性导轨牢牢地固定在飞机的机身或尾翼上。航空制孔末端执行器在X轴电机的驱动下通过X轴的齿轮齿条进行X轴移动，在Y轴电机的驱动下通过Y轴的齿轮齿条进行Y轴移动。通过视觉检测模块准确定位，主轴电机带动主轴旋转实现高精度钻削。

Description

一种吸附于飞机表面用于运载制孔末端执行器的柔性轨道
技术领域
本发明涉及一种吸附于飞机表面用于运载制孔末端执行器的柔性轨道，尤其涉及一种适用于不同曲率的飞机表面进行航空自动化制孔的柔性轨道。
背景技术
飞机由几十万甚至上百万个零件组成，飞机装配是飞机制造的主要环节。飞机装配过程就是将大量的飞机零件按图纸、技术要求等进行组合、连接的过程。迄今为止，装配技术经历了从手工装配、半机械半自动化装配、机械自动化装配到柔性装配的发展历程。
现代飞机对安全使用寿命要求日益提高，飞机结构所承受载荷通过连接部位传递，容易形成连接处应力集中，因此孔的质量极大地影响着飞机的寿命。美国是最早发展自动钻铆技术的国家，早在20世纪50年代初就在飞机钻铆装配生产线上应用了自动钻铆机，经过50多年的发展，现在世界各航空工业发达国家都已广泛采用这项技术。
英国空客公司为A340水平尾翼装配线设计的前缘柔性钻铆系统，它采用双主轴系统，内置切屑粉尘去除装置，可测量各种材料厚度并钻孔。Electroimpact公司开发的E4000机翼铆接系统用于大型飞机的机翼上壁板。它采用一个5轴实心轭，每端各有一个工作头，工作头可以准确的在整个机翼壁板表面进行钻孔。BROTJE公司的iGantry龙门钻铆机系统通过12根控制轴实现上部和下部工装紧固头定位，使其垂直于工件外部模线，每分钟可完成18个钻铆装配，且对工件形状尺寸没有严格要求。
进入20世纪90年代后，飞机生产制造行业对飞机钻铆技术提出了高质量、高效率、低成本的更高要求，对飞机自动化钻铆技术的需求越来越高而各种新的钻铆工艺技术、机器人技术和激光测量技术等先进科技的飞跃发展为飞机自动化钻铆的实现提供了必要的技术基础。随着CAD/CAM、计算机信息和网络技术的发展，飞机产品数字化设计制造技术从根本上改变了传统的飞机设计与制造方式，大大地提高了飞机设计制造技术水平。
然而目前我国飞机装配中的连接方式仍以手工钻铆为主，质量稳定性较差，并且需要大量采用成套的专用型架，成本高，制孔效率低，与国外存在较大差距。同时传统的制孔方法在制初孔后要把零件拆开去毛刺，严重影响了装配的效率和自动化。
本设计从我国飞机制造的基本国情出发，针对大型客机机身研制中自动化装配所需的机身飞机薄壁夹层结构单向压紧自动化制孔工艺进行研究，攻克单向压紧条件下自动化制孔压紧力分析和试验，垂直度、干涉量对连接质量的影响分析和实验，机身对接自动化装配连接工艺优化等，大大提高了制孔精度和效率。加工过程中不使用钻削液，绿色无污染，从根本上杜绝了钻削液的污染问题。末端执行器采用薄壁复杂结构，以取代传统的装配部件结构，使结构更加轻便。
通过本设计的研发，将推动轻型自动化装配系统在飞机机身对接过程中的有效的工程应用，促进航空自动化制孔技术在我国更大范围内的普及，促进我国飞机自动化装配技术的发展，提升航空制造技术水平及国际竞争力。
发明内容
本发明内容为一种吸附于飞机表面用于运载制孔末端执行器的柔性轨道。主要包括以下三个部分：吸附模块、X轴移动模块、Y轴移动模块。
吸附模块主要包括：真空吸盘12、气压导管13、90度吸盘气管连接件14、过滤器15、转换立柱11。
X轴移动模块主要包括：导轨22、X轴齿条21、X轴电机217、X轴联轴器214、X轴大小传动齿轮215/213、传动轴压板212、X轴滚轮底座211、主动轮轴承座216、连接杆222、从动轮220、从动轮轴承座219、滚轮底座218、转台210、锁紧块、小车调节块29、X轴滚轮24、X轴滚轮偏心轴28、滚轮底座单轮从动端27、弧度板221、主工作台连接板26。
Y轴移动模块：Y轴齿条35、Y轴电机39、Y轴联轴器38、Y轴减速器轴垫片、Y轴齿轮37、Y轴电机连接板36、直线导轨34、框架侧板31、挡块33。针对现有技术中的上述技术问题，本发明的目的是提供一种航空制孔机器人末端执行器，该末端执行器能够实现快速的法线垂直度检测、末端姿态的调整、实时的压紧吸屑和高精度数字驱动钻孔，且与爬壁机器人组成自动制孔系统实现对飞机蒙皮的自动钻孔，以达到高精度、高效率、自动化、绿色化和智能化的钻孔目的。
附图说明
图1为柔性轨道的整体概况图。
图2为去除吸附模块的俯视图。
图3为X轴移动模块的概况图。
图4为Y轴移动模块的概况图。
图5为吸附模块的放大图。
Figure BDA0000145353360000031
Figure BDA0000145353360000041
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。
真空吸盘12利用气源将空气排出，真空吸盘12外的空气压力可以使柔性导轨牢牢地固定在飞机的机身和尾翼上，既可吸附于直线部件，也可吸附于弯曲部件。航空制孔末端执行器在X轴电机217的驱动下通过X轴的齿轮齿条进行X轴移动，在Y轴电机39的驱动下通过Y轴的齿轮齿条进行Y轴移动。通过视觉检测模块准确定位，主轴电机带动主轴旋转实现高精度钻削。
生物具有的功能比任何人工制造的机械都优越得多，仿生学是一门模仿生物的特殊本领，利用生物的结构和功能原理来研制机械或各种新技术的科学科技。本设计采用仿生学原理，通过对千足虫和雨蛙肢体的研究，发现它们的足下都有吸盘状结构，可以紧紧地与接触面结合，形成局部真空吸力。
本设计的每个导轨22下面有32个真空吸盘12，每个真空吸盘12可产生200N的压力，64个真空吸盘12可产生12800N的吸力，满足了准确定位和精确加工的要求。
气压导管13和90度吸盘气管连接件14连接气源和真空吸盘12，用来传输压缩空气，当气源打开时，64个真空吸盘12里的空气立刻被抽出，形成真空。真空吸盘12外的空气压力可以使柔性导轨牢牢地固定在飞机的机身和尾翼上，既可吸附于直平面部件，也可吸附于弯曲平面部件。
过滤器15用来过滤输送过来的压缩空气，防止灰尘等杂物进入，保证吸盘的正常工作。转换立柱11用来连接导轨22和吸盘，保证结构的稳定性。导轨22上有齿条，与减速器的大齿轮相配合，可将旋转运动转化为直线运动，使制孔末端执行器在X轴往返移动。
X轴电机217接通电源后产生扭矩，可以驱动航空制孔末端执行器进行X轴移动。X轴联轴器214连接X轴电机217和减速器的小齿轮，用于传递扭矩。大小传动齿轮用于减速，根据恒定传动比将电机产生的高速转换为低速。传动轴压板212用于压紧小齿轮与联轴器的连接，防止滑出。
主动轮轴承座216用来支撑主动轮轴承。X轴滚轮底座211与主动轮轴承座216相连，起固定主动轮轴承座216的作用。从动轮轴承座218用来支撑从动轮轴承。从动轮220与导轨22上的齿条配合。连接杆222连接主动轮和从动轮220，使二者同步，使末端执行器在X轴方向上往返运动。
转台210用于连接X轴滚轮底座211和小车调节块29，使X轴滚轮底座211和小车调节块29之间可以小角度转动，便于适应复杂曲面。锁紧块用来锁紧转台210，防止滑出。X轴滚轮24减小航空制孔末端执行器移动的摩擦力和小范围内调整两导轨的同步。弧度板221用于调节柔性轨道的弧度，使之弯曲角度更大。主工作台连接板26与末端执行器相连，可承载整个末端执行器的重量。
Y轴电机39接通电源后产生扭矩，可以驱动航空制孔末端执行器进行Y轴移动。Y轴联轴器38连接Y轴电机39和传动齿轮连接，用于传递扭矩。Y轴减速器轴垫片在齿轮和联轴器之间，用于填补齿轮和联轴器之间的空隙。
Y轴齿条35固定在框架侧板31侧面，与Y轴齿轮37连接，可将旋转运动转化为直线运动。Y轴直线导轨34安装在框架侧板31上，Y轴移动模块可沿着直线导轨34往返移动。挡块33用来防止末端执行器滑出导轨22，发生事故。
X轴和Y轴移动模块可使制孔末端执行器到达指定位置，通过视觉定位模块精确定位，同时采用法向二元角度调整机构模块小范围误差调整，可实现快速精确钻孔。满足了快速、精确、绿色的加工要求。

Claims (10)

1.一种吸附于飞机表面用于运载制孔末端执行器的柔性轨道，主要对飞机进行航空自动化制孔，其特征在于：柔性轨道包括：吸附模块、X轴移动模块、Y轴移动模块三部分。
2.根据权利要求1所述的柔性轨道，其特征在于，真空吸盘利用气源将空气排出，真空吸盘外的空气压力可以使柔性导轨牢牢地固定在飞机的机身和尾翼上，既可吸附于直平面部件，也可吸附于变曲率的曲面部件。
3.根据权利要求1所述的柔性轨道，其特征在于，航空制孔末端执行器在X轴电机的驱动下通过X轴的齿轮齿条进行X轴移动，在Y轴电机的驱动下通过Y轴的齿轮齿条进行Y轴移动。
4.根据权利要求1所述的柔性轨道，其特征在于，每个轨道下面有32个真空吸盘，当气源打开时，真空吸盘12里的空气立刻被抽出，形成真空，真空吸盘产生的吸力可以使制孔末端执行器紧紧地贴在飞机表面上。
5.根据权利要求1所述的柔性轨道，其特征在于，所述吸附模块由气压导管和90度吸盘气管连接件传输气源产生的压缩空气，并且用过滤器来过滤输送过来的压缩空气，防止灰尘等杂物进入，保证吸盘的正常工作，而转换立柱用来连接导轨和吸盘，保证结构的稳定性。
6.根据权利要求1所述的柔性轨道，其特征在于，X轴移动模块和Y轴移动模块都是由电机转动，经齿轮齿条传动，实现末端执行器沿X轴和Y轴精确移动。
7.根据权利要求7所述的X轴移动模块，其特征在于，在滚轮的辅助下，实现小车沿X方向的往返运动。
8.根据权利要求7所述的X轴移动模块，其特征在于，在连接杆连接后，主动轮和从动轮能够保证同步。
9.根据权利要求1所述的柔性轨道，其特征在于，用于连接滚轮底座和小 车的调节块，可使滚轮底座和小车调节块之间可以小角度转动，便于适应复杂曲面。
10.根据权利要求7所述的Y轴移动模块，其特征在于，在直线滑轨的辅助下，实现末端执行器沿Y方向的往返运动。 
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