CN107749232A - 一种用于飞机环形气动铆接的柔性培训装置和培训方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于飞机环形气动铆接的柔性培训装置和培训方法，涉及航空航天装配制造领域。使用该装置和培训方法，可实现飞机铆装工环形铆接操作技能培训、铆接质量非破坏检测、机身环形铆接工况模拟及技能考核等工作任务。通过调整机器人的位姿来模拟飞机机身不同位置的铆接，可选择单钉铆接或环形多钉铆接。通过步进电机带动转盘旋转实现滑块与铆接仿真板贴合或分离，进而夹紧铆钉或取出铆钉。铆接模拟结束后可对铆接质量进行检测与评估。本发明操作简单，成本低、效率高，可模拟机身环形铆接的任何机段，自由度高，铆接操作模拟与实际工况贴合度高，可以有效提高铆装工技能培训效率，缩短铆装工适应实际生产工况的时间。
Description
技术领域
本发明涉及机械、汽车、船舶、航空航天构件、组件装配制造领域，尤其涉及一种用于飞机环形气动铆接的柔性培训装置和培训方法。
背景技术
飞机安全问题主要是装配的可靠性问题，铆接作为飞机零件的主要装配形式，在飞机装配中占有十分重要的地位。
目前，国内飞机装配和安装工作机械化和自动化程度较低，手工劳动量比重大，劳动生产率低，质量要求高。机身侧面铆接空间小、铆枪调整困难，铆接技能要求高，尤其是机身等弯曲段的铆接，铆钉数量很多。大部分连接需要进行环形铆接，对于铆钉的铆接稳定性要求高。传统的铆接方法有手铆法和锤铆法。手铆法工具简单，操纵方便，主要用于小组合件、托板螺帽和双面沉头铆接；锤铆法适用于各种铆接结构，广泛应用于机体各种组合件和部件。这两种方法人为因素影响较大，铆接品质不稳定，而且劳动强度高、劳动条件差。真机生产工况差别非常大，使得员工取得铆装工资格证以后依然不能进行生产劳动。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种用于飞机环形气动铆接的柔性培训装置和培训方法，解决传统培训方式中培训成本过高、环形多钉铆接质量一致性差、铆装工培训环境与实际生产工作环境差别大等问题。
发明内容
针对现有培训设备的缺陷，本发明提供了用于飞机环形气动铆接的柔性培训装置，并通过此装置实现了铆装工技能培训效率的大幅提升，实现了员工培训与生产能力提升的无缝对接。
本发明公开了一种用于飞机环形气动铆接的柔性培训装置，该柔性培训装置包括铆接平台，所述铆接平台包括底板、铆接仿真板、滑块、安装支架、转盘和连杆，所述铆接仿真板为圆环形且在其沿半径方向上开有均匀分布的滑槽，所述滑槽的底端和所述滑块的一端均开有半圆孔，所述滑块置于所述滑槽内，所述滑块在所述滑槽内滑动至底端时所述半圆孔拼成环形圆孔用于放置和固定铆钉，所述转盘为圆形且其直径小于所述铆接仿真板的内环直径，所述转盘置于所述铆接仿真板的内环里并与所述连杆的一端铰接，所述连杆的另一端与所述滑块铰接，所述安装支架固定在所述底板上，所述铆接仿真板固定在所述安装支架上，转动所述转盘可带动所述滑块在所述铆接仿真板的滑槽中滑动，实现所述滑块与所述铆接仿真板闭合、夹紧和张开。
进一步地，所述滑块和所述铆接仿真板的半圆孔开孔处均经过特殊的热处理。所述安装支架通过螺栓固定在所述底板上，所述安装支架与所述底板可拆卸。所述安装支架数目为三个且相互呈120°夹角方向均匀固定在所述底板上。所述铆接仿真板通过螺栓固定在所述安装支架上，所述铆接仿真板与所述安装支架可拆卸。
进一步地，所述铆接平台还包括步进电机，所述步进电机与所述转盘固定连接，所述步进电机旋转后，通过所述转盘和所述连杆带动所述滑块在所述仿真板的滑槽中滑动，实现所述滑块与所述铆接仿真板闭合、夹紧和张开。所述步进电机通过联轴器与所述转盘固定连接。
进一步地，所述柔性培训装置还包括关节机器人，所述关节机器人包括基座、第一关节、第二关节、第一连杆、第三关节、第二连杆、第四关节和第五关节，所述第一关节的一端与所述基座的上平面固定连接，所述第一关节的另一端与所述第二关节的一端固定连接，所述第二关节的另一端与所述第一连杆的一端固定连接，所述第一连杆的另一端与所述第三关节的一端固定连接，所述第三关节的另一端与所述第二连杆的一端固定连接，所述第二连杆的另一端与所述第四关节的一端固定连接，所述第四关节的另一端与所述第五关节的一端固定连接，所述第五关节的另一端与所述铆接平台固定连接，所述第一关节、第二关节、第三关节、第四关节和第五关节均可转动，用于调整所述铆接平台的角度和位置。
本发明还公开了一种用于飞机环形气动铆接的柔性培训装置的培训方法，包括如下步骤：
步骤1、选择单钉铆接或环形钉铆接等铆接类型，通过转动关节机器人的关节，调整机器人的位姿，模拟铆接时的相应工况；
步骤2、操作步进电机使其顺时针转动转盘，使得滑块在连杆的作用下沿滑槽向转盘中心方向移动，实现滑块与铆接仿真板分离；
步骤3、按照指定铆接类型放置铆钉；
步骤4、操作步进电机使其逆时针转动转盘，使得滑块在连杆的作用下沿滑槽向远离转盘中心方向移动，实现滑块与铆接仿真板最终完全贴合，完成铆接仿真板准确定位；
步骤5、使用气动铆枪进行连续冲击铆接，直至完成铆接；
步骤6、铆接完成后，操作步进电机使其顺时针转动转盘，分离滑块与铆接仿真板，取出铆钉进行铆钉几何形貌检测。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明采用关节机器人移动和定位，空间自由度大，定位准确，与实际工况贴合度较高。
2、本发明采用关节机器人作为载体，可以使得铆接装置在空间任意位置移动，可使得准确地模拟出铆接过程中：站立铆接、半蹲铆接、仰角铆接、俯角铆接、水平铆接和竖直铆接等任意姿势，同时还可以进行机身等其他舱段环形铆接工况的模拟铆接，铆接模拟仿真板开有环形孔，可模拟单钉铆接、环形多钉铆接。移植性较强，适用于任何机段及工况铆接模拟，铆接质量的一致性、稳定性和效率都较高。
3、本发明关节机器人可以逼真的模拟出飞机真实生产中的工作状况，极大的改善传统培训与实际生产脱节的问题。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明装置的整体结构示意图；
图2是本发明的关节机器人结构示意图；
图3是本发明的铆接平台结构示意图；
图4是本发明的铆接仿真板下部示意图；
图5是本发明操作的流程图(以铆接平台为例)。
图中:1为关节机器人，1-1为基座，1-2为第一关节，1-3为第二关节，1-4为第三关节，1-5为第五关节，1-6为第四关节，1-7为第二连杆，1-8为第一连杆，2为铆接平台，2-1为底板，2-2为安装支架，2-3为铆钉，2-4为转盘，2-5为滑块，2-6为铆接仿真板，2-7为步进电机，2-8为连杆。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1—图4所示，本发明所述技术方案提供一种用于飞机环形气动铆接的柔性培训装置，包括铆接平台2和关节机器人1，铆接平台2与关节机器人1固定连接。关节机器人1可以固定在升降机或者作业台/架上，升降机或者作业台/架可用于调整关节机器人的高度并为其提供定位以及支撑(升降机或作业台/架图中略)。
铆接平台2包括底板2-1、铆接仿真板2-6、滑块2-5、安装支架2-2、转盘2-4和连杆2-8，铆接仿真板2-6为圆环形且在其沿半径方向上开有均匀分布的滑槽，在所述滑槽的底端和滑块2-5的一端均开有半圆孔，滑块2-5置于铆接仿真板2-6的滑槽内，滑块2-5在所述滑槽内滑动至底端时所述半圆孔拼成环形圆孔用于放置和固定铆钉2-3，转盘2-4为圆形且其直径小于铆接仿真板2-6的内环直径，转盘2-4置于铆接仿真板2-6的内环里并与连杆2-8的一端铰接，连杆2-8的另一端与滑块2-5铰接，安装支架2-2固定在底板2-1上，铆接仿真板2-6固定在安装支架2-2上，转动转盘2-4可带动滑块2-5在铆接仿真板2-6的滑槽中滑动，实现滑块2-5与铆接仿真板2-6闭合、夹紧和张开，用于固定、夹紧和松开铆钉。
滑块2-5和铆接仿真板2-6的半圆孔开孔处均经过特殊的热处理。安装支架2-2通过螺栓固定在底板2-1上，安装支架2-2与底板2-1可拆卸。安装支架2-2数目为三个且相互呈120°夹角方向均匀固定在底板2-1上。铆接仿真板2-6通过螺栓固定在安装支架2-2上，铆接仿真板2-6与安装支架2-2可拆卸。步进电机2-7通过联轴器与转盘2-4固定连接，步进电机2-7旋转后，通过转盘2-4和连杆2-8带动滑块2-5在仿真板2-6的滑槽中滑动，实现滑块2-5与铆接仿真板2-6闭合、夹紧和张开，用于固定、夹紧和松开铆钉。
关节机器人1包括基座1-1、第一关节1-2、第二关节1-3、第一连杆1-8、第三关节1-4、第二连杆1-7、第四关节1-6和第五关节1-5。第一关节1-2的一端与基座1-1的上平面固定连接，第一关节1-2的另一端与第二关节1-3的一端固定连接，第二关节1-3的另一端与第一连杆1-8的一端固定连接，第一连杆1-8的另一端与第三关节1-4的一端固定连接，第三关节1-4的另一端与第二连杆1-7的一端固定连接，第二连杆1-7的另一端与第四关节1-6的一端固定连接，第四关节1-6的另一端与第五关节1-5的一端固定连接，第五关节1-5的另一端与铆接平台2固定连接。第一关节1-2、第二关节1-3、第三关节1-4、第四关节1-6和第五关节1-5均可转动，用于调整铆接平台2的角度和位置，模拟机身和其他舱段等铆接装配过程中的不同工况。
根据工况需要，通过调整关节机器人1的位姿来模拟铆接时的不同工况。通过第二关节1-3旋转α1°，第三关节1-4旋转β1°，第四关节1-6旋转γ1°来实现位姿一的调整，模拟机身中下部铆接工况。通过第二关节1-3旋转α2°，第三关节1-4旋转β2°，第四关节1-6旋转γ2°来实现位姿二的调整，模拟机身中部铆接工况。通过第二关节1-3旋转α3°，第三关节1-4旋转β3°，第四关节1-6旋转γ3°来实现位姿三的调整，模拟机身中上部铆接工况。其他位姿调整可根据需要进行设置。调整好需要模拟的工况后，即可以在铆接平台2上进行单钉或环形钉的模拟气动铆接操作。
如图5所示，本发明所述技术方案提供一种用于飞机环形气动铆接的柔性培训装置的培训方法：
步骤1、参见图1，通过调整关节机器人1的位姿来模拟铆接时的不同工况。通过第二关节1-3旋转α1°，第三关节1-4旋转β1°，第四关节1-6旋转γ1°来实现位姿一的调整，模拟机身中下部铆接工况。通过第二关节1-3旋转α2°，第三关节1-4旋转β2°，第四关节1-6旋转γ2°来实现位姿二的调整，模拟机身中部铆接工况。通过第二关节1-3旋转α3°，第三关节1-4旋转β3°，第四关节1-6旋转γ3°来实现位姿三的调整，模拟机身中上部铆接工况。其他位姿调整可根据需要进行设置。
步骤2、参见图3及图4，操作步进电机2-7，使其顺时针转动转盘2-4，使得滑块2-5在连杆2-8的作用下沿滑槽向转盘中心方向移动，实现滑块2-5与铆接仿真板2-6的分离。
步骤3、参见图3及图4，根据所选的铆接类型，取铆钉2-3放置在仿真板2-6的孔中心附近位置，步进电机2-7逆时针转动转盘2-4，使得滑块2-5在连杆2-8的作用下沿滑槽向远离转盘中心方向移动，最终使滑块2-5与铆接仿真板2-6完全贴合，完成操作铆接仿真板2-6的准确定位。
步骤4、手持气动铆枪进行连续的铆接操作，直至铆接技术工确定铆接全部完成。
步骤5、操作步进电机2-7顺时针转动转盘2-4，使得滑块2-5与铆接仿真板2-6分离开，取出铆钉2-3进行墩头直径、铆钉直径等基本参数和几何形貌的测量。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (9)
1.一种用于飞机环形气动铆接的柔性培训装置，其特征在于，所述柔性培训装置包括铆接平台，所述铆接平台包括底板、铆接仿真板、滑块、安装支架、转盘和连杆，所述铆接仿真板为圆环形且在其沿半径方向上开有均匀分布的滑槽，所述滑槽的底端和所述滑块的一端均开有半圆孔，所述滑块置于所述滑槽内，所述滑块在所述滑槽内滑动至底端时所述半圆孔拼成环形圆孔用于放置和固定铆钉，所述转盘为圆形且其直径小于所述铆接仿真板的内环直径，所述转盘置于所述铆接仿真板的内环里并与所述连杆的一端铰接，所述连杆的另一端与所述滑块铰接，所述安装支架固定在所述底板上，所述铆接仿真板固定在所述安装支架上，转动所述转盘可带动所述滑块在所述铆接仿真板的滑槽中滑动，实现所述滑块与所述铆接仿真板闭合、夹紧和张开。
2.如权利要求1所述的用于飞机环形气动铆接的柔性培训装置，其特征在于，所述滑块和所述铆接仿真板的半圆孔开孔处均经过特殊的热处理。
3.如权利要求1所述的用于飞机环形气动铆接的柔性培训装置，其特征在于，所述安装支架通过螺栓固定在所述底板上，所述安装支架与所述底板可拆卸。
4.如权利要求1所述的用于飞机环形气动铆接的柔性培训装置，其特征在于，所述安装支架数目为三个且相互呈120°夹角方向均匀固定在所述底板上。
5.如权利要求1所述的用于飞机环形气动铆接的柔性培训装置，其特征在于，所述铆接仿真板通过螺栓固定在所述安装支架上，所述铆接仿真板与所述安装支架可拆卸。
6.如权利要求1所述的用于飞机环形气动铆接的柔性培训装置，其特征在于，所述铆接平台还包括步进电机，所述步进电机与所述转盘固定连接，所述步进电机旋转后，通过所述转盘和所述连杆带动所述滑块在所述仿真板的滑槽中滑动，实现所述滑块与所述铆接仿真板闭合、夹紧和张开。
7.如权利要求6所述的用于飞机环形气动铆接的柔性培训装置，其特征在于，所述步进电机通过联轴器与所述转盘固定连接。
8.如权利要求1-7中任一项所述的用于飞机环形气动铆接的柔性培训装置，其特征在于，所述柔性培训装置还包括关节机器人，所述关节机器人包括基座、第一关节、第二关节、第一连杆、第三关节、第二连杆、第四关节和第五关节，所述第一关节的一端与所述基座的上平面固定连接，所述第一关节的另一端与所述第二关节的一端固定连接，所述第二关节的另一端与所述第一连杆的一端固定连接，所述第一连杆的另一端与所述第三关节的一端固定连接，所述第三关节的另一端与所述第二连杆的一端固定连接，所述第二连杆的另一端与所述第四关节的一端固定连接，所述第四关节的另一端与所述第五关节的一端固定连接，所述第五关节的另一端与所述铆接平台固定连接，所述第一关节、第二关节、第三关节、第四关节和第五关节均可转动，用于调整所述铆接平台的角度和位置。
9.一种使用如权利要求1-8中任一项所述的飞机环形气动铆接的柔性培训装置的培训方法，其特征在于，所述培训方法包括如下步骤：
步骤1、选择单钉铆接或环形钉铆接等铆接类型，通过转动关节机器人的关节，调整机器人的位姿，模拟铆接时的相应工况；
步骤2、操作步进电机使其顺时针转动转盘，使得滑块在连杆的作用下沿滑槽向转盘中心方向移动，实现滑块与铆接仿真板分离；
步骤3、按照指定铆接类型放置铆钉；
步骤4、操作步进电机使其逆时针转动转盘，使得滑块在连杆的作用下沿滑槽向远离转盘中心方向移动，实现滑块与铆接仿真板最终完全贴合，完成铆接仿真板准确定位；
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