CN106995063B - 一种多功能末端执行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能末端执行器，属于飞机装配技术领域，其包括底座、平移单元、制孔单元和插钉拧紧单元，该多功能末端执行器集成度高且各个单元分工明确，功能强大，可自动地制孔、插钉及拧钉，加工效率及自动化程度高，且加工质量可靠。

Description

一种多功能末端执行器

技术领域

本发明涉及飞机装配工装技术领域，具体地说，涉及一种多功能末端执行器。

背景技术

在现代化飞机装配中，无论是组件类装配，如飞机机身壁板与长桁等连接，还是部件装配，如飞机机翼壁板与肋的连接，需先采用工装定位两个或两个以上的零部件，预制连接孔并使用螺钉等临时紧固件进行紧固，接着拆卸影响制孔的定位工装与临时紧固件，对预制孔进行精加工，再用紧固件进行固定连接。临时紧固件在飞机装配过程使用量大，预制孔与预连接固定的精度都会对后续飞机装配质量产生重要影响。

在预连接紧固的过程中，通常是采用穿心夹临时紧固或采用普通螺栓紧固，对于这两种预连接件方法，均存在定位误差的问题，且存在人工无法精确控制夹紧力的问题，难以保证夹紧力的一致性。

公告号为CN106224341A的中国专利文献公开了一种用于飞机装配的临时紧固件及安装方法，临时紧固件包括精制内六角螺钉、临时紧固件本体、保护套、挡圈和夹紧卡爪；通过手持工具或自动化设备驱动单元驱动精制内六角螺钉顺时针旋转，带动夹紧卡爪沿轴向移动，夹紧卡爪带锥度倒钩形状的四瓣爪或六四瓣爪结构在轴向移动的同时张开，并与飞机结构件接触，同时施加设定的扭矩值预紧，达到临时紧固件连接两个飞机结构件的目的。

而在此种与紧固件的安装过程中，制孔和拧钉的工作分开执行，工序繁多，且拧钉动作大部分情况由人工完成。人工拧钉不仅效率不足，工作空间有限，工作条件差，而且拧钉质量参差不齐，十分依赖工人的经验。

发明内容

本发明的目的为提供一种多功能末端执行器，可自动地制孔、插钉及拧钉，提高加工效率及质量。

为了实现上述目的，本发明提供的多功能末端执行器包括底座、平移单元、制孔单元和插钉拧紧单元，平移单元包括第一致动器及通过横向导轨与底座滑动连接的横移滑台，第一致动器的定子与底座固定连接，动子与横移滑台固定连接；制孔单元包括第二致动器、通过第一纵向导轨与横移滑台滑动连接的电主轴支架、安装在电主轴支架上的电主轴及与电主轴传动连接的制孔刀具，第二致动器的动子与电主轴支架固定连接，定子与横移滑台固定连接；插钉拧紧单元包括固设在横移滑台上的安装座及安装在安装座上的送钉模块、插钉拧紧模块、用于将送钉模块的出钉口处的螺钉夹至插钉拧紧模块的拧紧接口的夹钉模块、驱动夹钉模块沿设于安装座上的第二纵向导轨滑动的第三致动器及驱动插钉拧紧模块沿第二纵向导轨滑动的第四致动器。

在工作过程中，本发明的平移单元中的第一致动器驱动横移滑台将设置在其上的制孔单元带至待制孔工位处，第二致动器驱动电主轴靠近待制孔点并对其进行制孔，制孔完毕后，第二致动器驱动电主轴复位。然后，在第一致动器的驱动下横移滑台将插钉拧紧单元带动至插钉拧钉工位处，即已经制好螺钉孔的工位，送钉模块将螺钉送至其出钉口处，夹钉模块将出钉口处的螺钉夹至插钉拧紧模块的拧紧接口处，并由第三致动器驱动夹钉模块靠近或远离插钉拧紧模块，从而退出对螺钉的夹持。接着，第四致动器驱动插钉拧紧模块靠近螺钉孔，插钉拧紧模块将螺钉拧入螺钉孔内。该末端执行器集成度高，功能强大，能实现从制孔到插钉拧紧的高效自动化操作，提高了装配效率。

具体的方案为还包括照相测量单元；照相测量单元包括通过纵向导轨与横移滑台滑动连接的相机支座、第五致动器及安装在相机支座上用于获取待制孔位置处图像的相机；第五致动器的定子与横移滑台固定连接，动子与相机支座固定连接；相机支座上安装有用于启闭相机的镜头盖板的启闭装置。

照相测量单元用于获取基准孔的位置，进行相机找正，从而获取工件坐标系来确定后续加工的位置。

另一具体的方案为还包括压脚单元；压脚单元包括安装板、压脚座、位移检测模块、测距模块、压力检测模块、刀具破损检测模块、防碰撞模块及排屑模块；安装板固定在横移滑台上，压脚座通过第三纵向导轨与安装板滑动连接，压脚座上安装有压脚头，安装板上固设有推动压脚座的驱动装置；位移检测模块用于检测压脚座与安装板间的相对位移，测距模块包括用于测量压脚头与工件表面间间距的测距传感器，压力检测模块包括用于检测压脚头所受压力的压力传感器，刀具破损检测模块包括设于所述压脚座内的处理器，所述处理器设有激光发射端，所述激光发射端发射的激光束经过钻孔刀具的刀尖，防碰撞模块包括设于压脚座上的接近传感器，排屑模块包括设于压脚头旁的吸屑管。

通过测距模块测量压脚头与待钻孔壁板表面间的间距；根据测得的间距，驱动装置驱动压脚座沿直线导轨滑动而推动压脚头行进并压紧待钻孔的飞机壁板，在压脚头行进的过程中，防碰撞模块可检测压脚座是否会与周围物体发生碰撞，位移检测模块对压脚座的行进位移进行测量，从而可根据这些检测对压脚座行进过程进行控制。当压脚头压到飞机壁板表面时，通过压力检测模块检测压脚头受到的压力，以防因过压而导致壁板变形，并根据检测结果对压紧进程进行控制。当完成压紧后，随着自动钻孔末端执行器中的钻孔刀具靠近壁板的过程中，通过刀具破损检测模块的激光发射端发射的激光经过刀具的刀尖，从而检测刀具的刀尖是否破损或出现断刀现象，以免因钻孔刀具损坏而影响加工质量；在对壁板进行制孔作业的过程，通过排屑模块能够排除钻孔产生的碎屑，避免对后续钻孔作业产生影响；在完成钻孔作业，通过刀具破损检测模块检测钻孔是否破损，以便及时更换掉已破损刀具。该压脚单元能够很好地监控多功能末端执行器在钻孔作业时出现的各种问题，以提高自动钻孔末端执行器的钻孔精度，即提高壁板的加工质量。

进一步的具体方案为位移检测模块包括设于安装板上且与第三纵向导轨平行的长度计，压脚座上设有与长度计相配合的测量基准块；压脚头处设有监测钻孔状况的摄像头；压脚头包括安装盘及固设在安装盘中部的压环，安装盘的中部设有供钻孔刀具穿过并进入压环的通孔；压脚座上设有环绕安装盘布置并紧贴安装盘盘缘的定位轴套及压于安装盘上的压紧块；安装盘与压脚座间压有三个以上环绕压环均布的压力传感器及压头弹簧；摄像头固设于压环的内壁上；压环的侧旁设有喷嘴；三个以上的测距传感器环绕压脚头均布。

长度计与测量基准块的配合能对压脚座位移进行精确测量，即获得压脚头的行进位移，结构简单，效果良好，并易于更换。将压脚头分为安装盘部和压环部，便于压脚头的安装。通过设置三个以上的压力传感器，可更精确地获取压脚头实际压力值，以对压脚头的压力进行控制。同时，通过压头弹簧可以对压脚头作用在工件表面的力进行缓冲，减少压头对工件造成损坏。通过三个以上的测距传感器环绕压脚头布置，可检测工件至少三个点的距离，不仅可确定压脚头的行进行程，还可判断出压脚头的法向是否与待钻孔处的法向平行，以便于法失校正，进一步提高钻孔的精度。

另一具体的方案为还包括孔径测量单元；孔径测量单元包括通过纵向导轨与横移滑台滑动连接的传感器支座、第六致动器及安装在传感器支座上的用于测量制成孔孔径的孔径测量传感器；第六致动器的定子与横移滑台固定连接，动子与传感器支座固定连接，传感器支座的端部安装有用于对孔径测量传感器进行校准的测头，测头通过升降机构与传感器支座固定连接。

孔径测量单元用于测量已加工孔的直径，确认已加工孔的孔径是否合格，测头用于对孔径测量传感器进行校准回零处理。

另一具体的方案为送钉模块包括吹钉管，吹钉管的出钉口端通过支架固定在安装座上，在出钉口端处设有用于检测是否有螺钉通过的传感器；夹钉模块包括夹钉座、夹爪和驱动夹爪在送钉模块与插钉拧紧模块之间来回移动的升降机构；插钉拧紧模块包括沿纵向导轨滑动的插钉滑台及安装在插钉滑台上的支座、安装在支座上的插钉套筒以及驱动插钉套筒旋转的第一电机，插钉套筒的接钉端内筒面与待拧紧螺钉的外六角配合。

螺钉经泵气装置沿吹钉管吹送至出钉口处，传感器检测到出钉口端处有螺钉通过后，夹爪将螺钉夹住并通过升降机构向下移动将螺钉夹至插钉套筒的接钉端，插钉套筒的接钉端内筒面与待拧紧螺钉的外六角配合，并由气动装置对螺钉进行真空吸附，夹爪在升降机构的驱动下复位。接着，插钉套筒被第四致动器驱动至螺钉孔处，同时由第一电机驱动插钉套筒旋转对螺钉进行拧紧。

进一步的具体方案为插钉套筒内套设有插钉拧紧轴，支座上安装有驱动插钉拧紧轴旋转的第二电机以及驱动插钉拧紧轴沿轴向移动的第七致动器；插钉拧紧轴的接钉端外周面与待拧紧螺钉的内六角配合；第二电机的转轴与插钉拧紧轴间设有扭矩传感器。

插钉拧紧轴的接钉端外周面与待拧紧螺钉的内六角配合，通过插钉拧紧轴的旋转来对螺钉进行拧紧，插钉套筒对螺钉进行吸附，当螺钉被送至螺钉孔处时，第七致动器驱动插钉拧紧轴进给使螺钉的外六角离开插钉套筒的接钉端内周面，同时第二电机驱动插钉拧紧轴旋转将螺钉拧入螺钉孔内。在拧钉过程中，扭矩传感器用于测量拧钉的扭矩并对其进行监控。

更进一步的具体方案为夹爪的夹爪座通过纵向导轴与升降机构的动块滑动连接，夹爪座与动块间设有拉簧；夹钉模块还包括用于检测夹爪相对动块位移的传感器。

传感器用于检测卡爪相对插钉套筒或插钉拧紧轴是否发生位移，从而确认螺钉是否处于正确位置。夹爪在第三致动器的驱动下靠近插钉套筒，在拉簧的拉力作用下使螺钉挤压插钉套筒的接钉端，接着，第一电机驱动插钉套筒旋转，当螺钉的外六角与插钉套筒的内周面配合时，卡爪在拉簧的拉力作用下而被推入插钉套筒内，此时，传感器检测到其进入套筒所发生的位移，表明插入到位。第七致动器驱动插钉拧紧轴沿轴向进给一定的距离，使插钉拧紧轴的接钉端挤压螺钉，进而挤压卡爪，拉伸拉簧，在第二电机驱动插钉拧紧轴旋转，当螺钉的内六角与插钉拧紧轴的外周面配合时，卡爪在拉簧的拉力作用下被推入插钉拧紧轴内，传感器检测到该位移，确定螺钉已处于正确位置。

再一具体的方案为第一电机与插钉套筒通过同步带传动连接；插钉套筒与夹钉座间设有滑动轴承。

一个优选的方案为在底座上设有沿横向布置的第一光栅尺；在电主轴支架上设有与第二光栅尺配合的第二光栅尺读数头及用于限制电主轴支架的位移的行程开关；在安装座上设有沿纵向布置的第三光栅尺及用于限制插钉滑台位移的行程开关；在横移滑台上设有沿第一纵向导轨布置的第二光栅尺及与第三光栅尺配合的第三光栅尺读数头，还设有测量第二电机位移的长度计。第一光栅尺用于检测横移滑台的位移，第二光栅尺用于检测电主轴支架的位移，通过长度计检测第二电机的位移即可获得拧钉位移并对其进行监控。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明的末端执行器集成度高，能完成从照相测量、制孔、孔径测量到插钉拧紧的一系列动作；自动化程度高，工作高效精准；整体结构清晰，各个单元分工明确；配备各类传感器，包括用光栅尺检测进给量，用扭矩传感器检测拧钉时的扭矩，用压力传感器检测压脚的压力，用测量传感器测量孔径等，且多处使用行程开关控制行程；多采用气动元件，整体尺寸较小；各单元均设有独立的进给模块，工作范围广，工作空间灵活。

附图说明

图1为本实施例的立体图；

图2为本实施例的平移单元的立体图；

图3为本实施例的照相测量单元的局部剖视图；

图4为本实施例的压脚单元的立体图；

图5为本实施例的压脚单元的局部剖视图；

图6为本实施例的压脚单元的侧面局部剖视图；

图7为本实施例的压脚单元的侧面整体剖视图；

图8为本实施例的制孔单元的立体图；

图9为本实施例的制孔单元的局部剖视图；

图10为本实施例的孔径测量单元的局部剖视图；

图11为本实施例的插钉拧紧单元的立体图；

图12为本实施例的插钉拧紧单元的局部剖视图；

图13为本实施例的插钉拧紧单元的安装座局部剖视图；

图14为本实施例的插钉拧紧单元的插钉拧紧模块的局部剖视图；

图15为本实施例的插钉拧紧单元的夹钉模块的局部剖视图；

图16为本实施例的插钉拧紧单元的夹钉模块的夹爪安装爆炸图。

具体实施方式

以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。

实施例

参见图1，本发明的多功能末端执行器包括底座1、平移单元2、照相测量单元3、压脚单元4、制孔单元5、孔径测量单元6和插钉拧紧单元7。

参见图2，平移单元2包括横移滑台21及驱动横移滑台21沿横向导轨22滑动的第一致动器23，在横向导轨22一侧设有沿横向布置的第一光栅尺24，第一光栅尺24用于检测横移滑台21的位移。本实施例中，第一致动器23为固定在底座1上的伺服电机，伺服电机与横移滑台21之间通过丝杆25实现传动连接。

参见图3，照相测量单元3包括相机支座31、安装在相机支座31上的相机32和固定在横移滑台21上的伺服电机33，伺服电机33通过引动器34与相机支座31实现传动连接，引动器34与横移滑台21固定连接，相机支座31上安装有用于启闭相机32的镜头盖板321的气缸35。本实施例中，伺服电机33构成本实施例的第五致动器，气缸35构成本实施例的启闭装置。

参见图4至图7，压脚单元4包括安装板41、压脚座42、位移检测模块、测距模块、压力检测模块、刀具破损检测模块、防碰撞模块及排屑模块，安装板41固定在横移滑台21上。

安装板41上安装有两条相平行的直线导轨411，压脚座42可沿直线导轨411往复滑动地置于安装板41上；在压脚座42的两侧各设有一气缸421，气缸421的缸体通过气缸支架422固定在安装板41上，压脚座42上固设有带有铰轴孔的U型座423，气缸421的推杆通过单肘接头424和气缸连接销425与U型座423铰接。

沿直线导轨411布置的长度计412通过安装支架413固设在安装板41上，且位于两直线导轨411中间。沿压脚座42向飞机壁板行进的方向，压脚座42上固定有位于长度计412前方的测量基准块414，通过长度计412检测测量基准块414的位移，以获取压脚座42的位移。

压脚座42上安装有接近传感器4201、4202、4203、4204。接近传感器4201、4202、4203、4204分别通过对应的接近传感器支架4211、4212、4213、4214安装在压脚座42的四周侧壁上。接近传感器对位于压脚座42附近的物体进行检测，以防止压脚座42与周围物体发生碰撞。

压脚座42内设有用于安装处理器4205的安装支架4215，压脚座42在安装支架4215近旁设有检修窗口，该检修窗口上设有启闭其的盖板4206。处理器4205设有激光发射端，激光发射端发射的激光束经过钻孔刀具的刀尖，从而检测刀具的刀尖是否破损或出现断刀现象。

压脚座42的前端安装有压脚头43，压脚头43包括安装盘431及固设在安装盘431中部的压环432，安装盘431的中部设有供钻孔刀具穿过并进入压环432的通孔。压脚座42上固设有环绕安装盘431布置并紧贴安装盘431盘缘的定位轴套433及压于安装盘431上的压紧块434，安装盘431与压脚座42间压有三个环绕压环均布的压力传感器4207及压头弹簧4208，当压环432压到飞机壁板表面时，压环432受到的力通过安装盘431传递给压力传感器4207，通过压力传感器4207获取当前压力值，以对压紧进程进行控制。压头弹簧4208用于对压脚头43作用在飞机壁板表面的力进行缓冲。

压环432的外壁侧旁设有喷嘴44，喷嘴44通过喷嘴安装座426安装在压脚座42上。压环432内壁上固设有摄像头45，摄像头45用于监测刀具的钻孔情况。

压脚头43的周围环绕布置有四个测距传感器4209，用于测量压脚头43与工件表面间间距，通过检测飞机壁板四个点的距离，确定压脚头43所需的行程，同时对压脚头43进行法失校正。

压脚头43侧旁设有吸屑管46，吸屑管46一端安装在靠近压脚头43的压脚座42上，另一端延伸至加工区域外与抽吸器相连，用于清理对飞机壁板进行制孔产生的碎屑。

本实施例中，两个气缸421一起构成本实施例中压脚座42的致动器，致动器还可选自直线电机等，不仅限于本实施例中的气缸421；上述长度计412和测量基准块414一起构成本实施例的位移检测模块；上述四个测距传感器4209共同构成本实施例的测距模块，数量并不局限于四个；上述三个压力传感器4207一起构成本实施例的压力检测模块；上述处理器4205构成本实施例的刀具破损检测模块；上述接近传感器4201、4202、4203、4204一起构成本实施例的防碰撞模块中的检测前端；上述吸屑管46与抽吸器构成本实施例的排屑模块。

参见图8和图9，制孔单元5包括电主轴51、用于安装电主轴51的电主轴支架52以及驱动电主轴支架52沿第一纵向导轨53滑动的伺服电机54，电主轴51的输出端安装有制孔刀具，在第一纵向导轨53一侧设有沿纵向布置的第二光栅尺55，用于检测电主轴支架52的位移，光栅尺读数头56固定在电主轴支架52上，电主轴支架52上还设有用于限制电主轴支架的位移的行程开关57。本实施例中，伺服电机54构成本实施类的第二致动器，伺服电机54与电主轴支架52之间通过丝杆58实现传动连接。

参见图10，孔径测量单元6包括传感器支座61、安装在传感器支座61上孔径测量传感器62和固定在横移滑台21上的伺服电机63，伺服电机63通过引动器64与传感器支座61实现传动连接，传感器支座61的端部安装有用于对孔径测量传感器62进行校准的测头64，测头64通过气动滑台65与传感器支座61固定连接。本实施例中，伺服电机63构成本实施例的第六致动器，气动滑台65构成本实施例的升降机构。

参见图11至图16，插钉拧紧单元7包括固设在横移滑台21上的安装座71及安装在安装座71上的送钉模块72、夹钉模块73和插钉拧紧模块74。安装座71两端分别设有卷帘711和卷帘712，安装座71上设有第二纵向导轨75、电机76和气缸77，电机76通过电机支架762固定在安装座71一端，气缸77通过气缸支座771固定在安装座71上，插钉拧紧模块74通过丝杆751与电机76实现传动连接，并沿第二纵向导轨75纵向移动，丝杆751与电机76之间接有联轴器761，丝杆751一端通过成对双联角接触球轴承713与安装座71的端部固定，在安装座71端部设有防止丝杆751的螺母7511撞到安装座71的防撞块715，另一端通过深沟球轴承714固定在安装座71上，成对双联角接触球轴承713的轴承座装有轴承压盖7131，轴承压盖7131通过锁紧螺母716实现防松，深沟球轴承714的轴承座7141的端面装有轴承端盖717，另一端设有密封圈座718，用于安装密封圈719，对深沟球轴承714起到密封防尘的作用，丝杆751上装有轴用弹性挡圈7512和轴承隔圈7513。夹钉模块73通过气缸77的驱动实现沿第二纵向导轨75移动。本实施例中，电机76和丝杆751构成本实施例的第四致动器，气缸77构成本实施例的第三致动器。

送钉模块72包括吹钉管721，吹钉管721通过吹钉管支架724固定在安装座71上，且吹钉管721可沿轴向滑动地套设于吹钉管支架724的轴孔内，吹钉管721的出钉口端通过支架722固定在安装座71上，支架722上设有固定吹钉管721的装管头725，在出钉口端处设有用于检测是否有螺钉通过的传感器723。螺钉经吹气装置沿吹钉管721吹送至出钉口端。本实施例中，传感器723可为电感式环形开关。

夹钉模块73包括夹钉座731、夹爪732和驱动夹爪732在送钉模块72与插钉拧紧模块74之间来回移动的气动滑台733。夹钉座731通过夹钉座支架7311与第二纵向导轨75滑动连接，夹钉座支架7311与气缸77的推杆固定连接，夹爪732的夹爪座734通过纵向导轴735与气动滑台733的动块滑动连接，夹爪座734与动块间设有拉簧736。夹爪732的两夹指相对设有半圆，两个半圆组成一能通过螺钉的螺杆而挡住钉头的圆孔，当螺钉经吹气装置沿吹钉管721吹送至出钉口端时，螺杆直接穿过该圆孔，由于钉头的作用而无法通过，再由两夹指对螺钉进行进一步夹紧。在夹爪座734设有用于检测夹爪732相对动块发生位移的传感器737。夹钉座731上安装有滑动轴承座738，滑动轴承座738内安装有滑动轴承739。本实施例中，气动滑台733构成本实施例的升降机构。

插钉拧紧模块74包括沿第二纵向导轨75滑动的插钉滑台741、安装在插钉滑台741上的支座742、安装在支座742上的插钉套筒743以及驱动插钉套筒743旋转的第一电机744，插钉滑台741与螺母7511固定连接，插钉套筒743通过成对双联角接触球轴承7431与支座742连接，成对双联角接触球轴承7431的轴承座上设有装有密封圈7436的密封圈座7437，插钉套筒743上套设有轴承隔圈7432，用于阻隔成对双联角接触球轴承7431与锁紧螺母7433接触，插钉套筒743的接钉端内筒面与待拧紧螺钉的外六角配合，第一电机744通过电机支座7444固定在插钉滑台741上。插钉套筒743的内腔通过快换接头7438连接真空吸气装置，快换接头7438的安装环与插钉套筒743之间装有密封圈7430和密封环7439，插钉套筒743位于安装环的内腔内侧壁上设有径向连通孔，从而在插钉套筒743相对安装环旋转的过程中，可对插钉套筒743内腔内气体的进行抽离。插钉套筒743内套设有插钉拧紧轴745，插钉拧紧轴745与插钉套筒743之间设有密封圈7434，支座742上安装有驱动插钉拧紧轴745旋转的第二电机746以及驱动插钉拧紧轴745沿轴向移动的气缸747，插钉拧紧轴745的接钉端外周面与待拧紧螺钉的内六角配合。本实施例中，气缸747构成本实施例的第七致动器。

在安装座71上设有沿纵向布置的第三光栅尺78及用于限制插钉滑台741位移的行程开关79。

第一电机744的输出端依次连接有减速机7441和带轮副，带轮副安装在同步带箱7445内，带轮副包括同步带7442以及与同步带啮合的第一带轮和第二带轮，第一带轮和第二带轮构成本实施例的带轮组7443，插钉套筒743一端通过平键7445与第二带轮固定，第二带轮通过锁紧螺母7446实现轴向锁紧，插钉套筒743的另一端通过安装在滑动轴承座738内的滑动轴承739与夹钉座731滑动连接。

第二电机746固定在电机支座748上，第二电机746的输出端依次连接有减速机7461、联轴器7462、扭矩传感器7463和联轴器7464，插钉拧紧轴745与联轴器7464连接的一端套有螺母7435，电机支座748通过纵向导轨749与插钉滑台741滑动连接，气缸747通过气缸支架7471固定在插钉滑台741上，气缸747的推杆7472与电机支座748固定连接，第二电机746驱动插钉拧紧轴745旋转从而实现拧钉功能。

在插钉滑台741上设有与第三光栅尺78配合的第三光栅尺读数头781，第三光栅尺读数头781通过光栅尺读数头支架782安装在插钉滑台741上。插钉滑台741上还设有测量第二电机746位移的长度计7413，长度计7413通过长度计支架7415固定在插钉滑台741上，通过测量电机支座748的位移来获得插钉拧紧轴745的拧钉位移。

插钉拧紧轴745的旋转和插钉套筒743的旋转是各自分离的，传感器737用以检测夹爪732是否发生位移，从而检测螺钉的外六角和内六角是否分别处于插钉套筒和插钉拧紧轴的正确位置。若通过传感器737信号检测到螺钉已处于插钉套筒的正确位置，则将螺钉进行真空吸附，第一电机744停转；若通过传感器737检测到螺钉已处于插钉套筒轴的正确位置，则可进行下一步的拧钉动作，并由扭矩传感器7463来监控拧钉的扭矩。

本发明中，临时螺钉紧固件包括精制内六角螺钉及保护套，其内六角为精制内六角螺钉的内六角，其外六角为保护套上的外六角。精制内六角螺钉与保护套可相对旋转。

本发明的工作过程包括照相测量、制孔、测孔和插钉拧紧四步，具体工作过程如下：

1.照相测量：

1)通过平移单元2实现照相测量单元3的横向移动，通过伺服电机33实现照相测量单元3的前后进给，使相机处于一个合适的位置；

2)通过气缸35驱动打开相机32的镜头盖板321，相机32获取基准孔的位置，进行相机找正，建立工件坐标系，确定加工孔的位置。

2.制孔：

1)通过平移单元2实现制孔单元5的横向移动，使制孔单元5处于正确的加工位置；

2)压脚单元4通过测距传感器4209测定工件上四个点的距离，进行法矢校正，并且确定压脚头43的行程，气缸421带动压脚座42进给，使压脚头43压在工件表面；

3)制孔单元5通过伺服电机54进给，进行制孔，制孔完毕后制孔单元5与压脚单元4均退回至初始位置。

3.测孔：

1)通过平移单元2实现孔径测量单元6的横向移动，使孔径测量单元6处于正确的测孔位置；

2)气动滑台65带动测头64上移至与孔径测量传感器62同心，孔径测量传感器62通过测头64校准后，气动滑台65带动测头64回到初始位置；

3)伺服电机63带动孔径测量传感器62进给至加工孔的合适位置对加工孔的直径进行测量，测量完毕后退回至初始位置；

4.插钉拧紧：

1)通过平移单元2实现插钉拧紧单元7的左右平移，使插钉拧紧单元7处于正确的位置。

2)螺钉由吹钉管721进入，经吹气装置吹送至出钉口端，使螺钉的钉杆通过夹爪732的夹口，钉头卡在夹口外，传感器723检测到螺钉后，由夹爪732夹住螺钉。

3)夹爪732通过卡爪进给单元前进一定的距离，将螺钉夹离送钉管，并通过气动滑台下移一定距离，使其对准插钉套筒。

4)夹爪732通过气缸77的驱动向插钉套筒743移动一定的距离，使螺钉压住插钉套筒743并挤压夹爪732，同时由第一电机744带动插钉套筒743旋转，当螺钉的外六角插入插钉套筒743的正确位置后，夹爪732在拉簧736的作用下会有瞬间的位移，通过夹爪732上的传感器737可检测该信号。

5)传感器737获取螺钉的外六角处于插钉套筒743的正确位置的信号后，插钉套筒743停转，并将螺钉通过真空吸附装置吸附在插钉套筒743上。

6)第二电机746带动插钉拧紧轴745旋转，并由气缸747带动插钉拧紧轴前进合适的距离，使插钉拧紧轴745前端挤压螺钉，夹爪732被挤开一段距离，当插钉拧紧轴745进入螺钉的内六角时，夹爪732在拉簧736的作用下会有瞬间的位移，传感器737可检测该信号。

7)传感器737获得螺钉的内六角处于插钉拧紧轴745的正确位置的信号后，插钉套筒拧紧轴745停转，夹爪732松开螺钉，并通过气动滑台733和气缸77退回至初始位置。

8)电机76驱动插钉拧紧单元7向前进给至工件的合适位置。

9)第二电机746驱动插钉拧紧轴745旋转，进行拧钉动作，并由扭矩传感器7463实时监控拧钉时的扭矩。

10)拧钉完成后，电机76驱动插钉拧紧单元7后退至初始位置。

Claims (9)

1.一种多功能末端执行器，包括底座、平移单元、制孔单元和插钉拧紧单元，其特征在于：

所述平移单元包括第一致动器及通过横向导轨与所述底座滑动连接的横移滑台，所述第一致动器的定子与所述底座固定连接，动子与所述横移滑台固定连接；

所述制孔单元包括第二致动器、通过第一纵向导轨与所述横移滑台滑动连接的电主轴支架、安装在所述电主轴支架上的电主轴及与所述电主轴传动连接的制孔刀具，所述第二致动器的动子与所述电主轴支架固定连接，定子与所述横移滑台固定连接；

所述插钉拧紧单元包括固设在所述横移滑台上的安装座及安装在所述安装座上的送钉模块、插钉拧紧模块、用于将所述送钉模块的出钉口处的螺钉夹至所述插钉拧紧模块的拧紧接口处的夹钉模块、驱动所述夹钉模块沿设于所述安装座上纵向导轨滑动的第三致动器及驱动所述插钉拧紧模块沿第二纵向导轨滑动的第四致动器；

还包括压脚单元，所述压脚单元包括安装板、压脚座、位移检测模块、测距模块、压力检测模块、刀具破损检测模块、防碰撞模块及排屑模块；

所述安装板固定在所述横移滑台上，所述压脚座通过第三纵向导轨与所述安装板滑动连接，所述压脚座上安装有压脚头，所述安装板上固设有推动所述压脚座的驱动装置；

所述位移检测模块用于检测所述压脚座与所述安装板间的相对位移，所述测距模块包括用于测量所述压脚头与工件表面间间距的测距传感器，所述压力检测模块包括用于检测所述压脚头所受压力的压力传感器，所述刀具破损检测模块包括设于所述压脚座内的处理器，所述处理器设有激光发射端，所述激光发射端发射的激光束经过钻孔刀具的刀尖，所述防碰撞模块包括设于所述压脚座上的接近传感器，所述排屑模块包括设于所述压脚头旁的吸屑管。

2.根据权利要求1所述的多功能末端执行器，其特征在于：

还包括照相测量单元，所述照相测量单元包括通过纵向导轨与所述横移滑台滑动连接的相机支座、第五致动器及安装在所述相机支座上用于获取待制孔位置处图像的相机；

所述第五致动器的定子与所述横移滑台固定连接，动子与所述相机支座固定连接；

所述相机支座上安装有用于启闭所述相机的镜头盖板的启闭装置。

3.根据权利要求1所述的多功能末端执行器，其特征在于：

所述位移检测模块包括设于所述安装板上且与所述第三纵向导轨平行的长度计，所述压脚座上设有与所述长度计相配合的测量基准块；

所述压脚头处设有监测钻孔状况的摄像头；

所述压脚头包括安装盘及固设在所述安装盘中部的压环，所述安装盘的中部设有供所述钻孔刀具穿过并进入所述压环的通孔；

所述压脚座上设有环绕所述安装盘布置并紧贴所述安装盘盘缘的定位轴套及压于所述安装盘上的压紧块；

所述安装盘与所述压脚座间压有三个以上环绕所述压环均布的所述压力传感器及压头弹簧；

所述摄像头固设于所述压环的内壁上；

所述压环的侧旁设有喷嘴；

三个以上的所述测距传感器环绕所述压脚头均布。

4.根据权利要求1所述的多功能末端执行器，其特征在于：

还包括孔径测量单元，所述孔径测量单元包括通过纵向导轨与所述横移滑台滑动连接的传感器支座、第六致动器及安装在所述传感器支座上的用于测量制成孔孔径的孔径测量传感器；

所述第六致动器的定子与所述横移滑台固定连接，动子与所述传感器支座固定连接，所述传感器支座的端部安装有用于对所述孔径测量传感器进行校准的测头，所述测头通过升降机构与所述传感器支座固定连接。

5.根据权利要求1所述的多功能末端执行器，其特征在于：

所述送钉模块包括吹钉管，所述吹钉管的出钉口端通过支架固定在所述安装座上，在出钉口端处设有用于检测是否有螺钉通过的传感器；

所述夹钉模块包括夹钉座、夹爪和驱动所述夹爪在所述送钉模块与所述插钉拧紧模块之间来回移动的升降机构；

所述插钉拧紧模块包括沿所述第二纵向导轨滑动的插钉滑台及安装在所述插钉滑台上的支座、安装在所述支座上的插钉套筒以及驱动所述插钉套筒旋转的第一电机，所述插钉套筒的接钉端内筒面与待拧紧螺钉的外六角配合。

6.根据权利要求5所述的多功能末端执行器，其特征在于：

所述插钉套筒内套设有插钉拧紧轴，所述支座上安装有驱动所述插钉拧紧轴旋转的第二电机以及驱动所述插钉拧紧轴沿轴向移动的第七致动器；所述插钉拧紧轴的接钉端外周面与待拧紧螺钉的内六角配合；

所述第二电机的转轴与所述插钉拧紧轴间设有扭矩传感器。

7.根据权利要求6所述的多功能末端执行器，其特征在于：

所述夹爪的夹爪座通过纵向导轴与所述升降机构的动块滑动连接，所述夹爪座与所述动块间设有拉簧；

所述夹钉模块还包括用于检测所述夹爪相对所述动块位移的传感器。

8.根据权利要求5所述的多功能末端执行器，其特征在于：

所述第一电机与所述插钉套筒通过同步带传动连接；

所述插钉套筒与所述夹钉座间设有滑动轴承。

9.根据权利要求6或7所述的多功能末端执行器，其特征在于：

在所述底座上设有沿横向布置的第一光栅尺；

在所述第一纵向导轨的一侧设有沿纵向布置的第二光栅尺，用于检测电主轴支架的位移，第二光栅尺读数头固定在电主轴支架上，所述电主轴支架上设有用于限制所述电主轴支架的位移的行程开关；

在所述安装座上设有沿纵向布置的第三光栅尺及用于限制所述插钉滑台位移的行程开关；

在所述横移滑台上设有沿所述第一纵向导轨布置的第二光栅尺及与所述第三光栅尺配合的第三光栅尺读数头，还设有测量所述第二电机位移的长度计。