CN108393725A - 八足爬行机器人自动换刀及存刀机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种八足爬行机器人自动换刀及存刀机构，包括固定座，其特征是：在所述固定座的上方安装感应开关安装板，在感应开关安装板上安装有多个感应开关，在固定座上固定左侧旋转气缸和右侧旋转气缸，在固定座的侧面固定左侧水平气缸和右侧水平气缸；所述左侧旋转气缸的活塞杆下部与左侧抓刀卡爪固定连接，活塞杆上部与左感应环固定连接；所述右侧旋转气缸的活塞杆的下部与右侧抓刀卡爪固定连接，活塞杆上部与右感应环固定连接；所述左侧水平气缸的活塞杆与左限位块固定连接；所述右侧水平气缸的活塞杆与右限位块固定连接。本发明能够实现全自动化作业，减少人为干扰，提高加工精度，并节省辅助加工时间。

Description

八足爬行机器人自动换刀及存刀机构

技术领域

本发明涉及一种刀具储存及自动换刀机构，尤其是一种八足爬行机器人自动换刀及存刀机构。

背景技术

随着航空行业的不断发展，飞机需求量的不断加大，以及国内航空工业的不断发展，飞机加工制造业对飞机蒙皮钻孔拉铆技术的要求越来越高。这就对钻孔铆接设备提出了更高的要求。传统的人工铆接方式已难以满足行业发展的要求，自动化的钻铆设备开始投入使用。飞机对蒙皮钻孔的精度要求较高，且对加工节拍的要求也越来越高。一般的人工钻孔方式费工费时，且精度难以保证，人为因素对加工质量的影响十分明显。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种八足爬行机器人自动换刀及存刀机构，能够实现全自动化作业，减少人为干扰，提高加工精度，并节省辅助加工时间。

按照本发明提供的技术方案，所述八足爬行机器人自动换刀及存刀机构，包括固定座，其特征是：在所述固定座的上方安装感应开关安装板，在感应开关安装板上安装有多个感应开关，在固定座上固定左侧旋转气缸和右侧旋转气缸，在固定座的侧面固定左侧水平气缸和右侧水平气缸；所述左侧旋转气缸的活塞杆下部与左侧抓刀卡爪固定连接，活塞杆上部与左感应环固定连接，所述左侧抓刀卡爪和左感应环随着左侧旋转气缸的活塞杆上下和旋转；所述右侧旋转气缸的活塞杆的下部与右侧抓刀卡爪固定连接，活塞杆上部与右感应环固定连接，右侧抓刀卡爪和右侧感应环随着右侧旋转气缸的活塞杆上下和旋转；所述左侧水平气缸的活塞杆与左限位块固定连接，随着活塞杆作前后运动；所述右侧水平气缸的活塞杆与右限位块固定连接，随着活塞杆作前后运动。

进一步地，所述固定座固定在爬行机器人的侧板上。

进一步地，所述左侧旋转气缸和右侧旋转气缸均为双出杆气缸。

进一步地，所述左侧水平气缸和右侧水平气缸通过水平气缸安装座固定在固定座的侧面。

进一步地，在所述感应开关安装板上固定左中感应开关、右下感应开关、右中感应开关、左下感应开关、右上感应开关和左上感应开关。

进一步地，在所述右侧水平气缸的卡槽内安装右气缸前位磁性开关和右气缸后位磁性开关，右侧水平气缸的活塞上嵌有磁环。

进一步地，在所述左侧水平气缸的卡槽内安装左气缸后位磁性开关和左气缸前位磁性开关，左侧水平气缸的活塞上嵌有磁环。

进一步地，所述左侧抓刀卡爪上设有能够左导向柱滑动配合的导向孔。

进一步地，所述右侧抓刀卡爪上设有能够和右导向柱滑动配合的导向孔。

本发明具有以下优点：

（1）本发明具有一个储存刀具的工位，可以放置一把相同规格储备刀具，当爬行机器人主轴上的刀具因磨损或断裂需要更换时，本机构可以自动主轴上的刀具取下，并将储备刀具安装在主轴上，以实现继续作业；

（2）本发明储存刀具的工位也可以放置一把不同规格的储备刀具，当爬行机器人需要钻不同规格的孔时，可以自动将主轴上原来的刀具取下，并将储备刀具更换到主轴上。使用完成后，还可以将储备刀具取下，再次将原来的刀具自动安装在主轴，以实现交替钻孔作业；

（3）本发明结构简单可靠，完全自动化运行，无需人工干预。

附图说明

图1为右侧抓刀机构准备从主轴上取下刀具状态的正面图。

图2为右侧抓刀机构准备从主轴上取下刀具状态的背面图。

图3-1为右侧抓刀机构准备将主轴上的刀具取下状态的侧视图。

图3-2为右侧抓刀机构准备将主轴上的刀具取下状态的俯视图。

图4为左侧抓刀机构准备将刀具安装在主轴上状态的轴测图。

图5-1为左侧抓刀机构准备将刀具安装在主轴上状态的侧视图。

图5-2为左侧抓刀机构准备将刀具安装在主轴上状态的俯视图。

图6为左侧抓刀机构准备将主轴上储备刀具取下状态的轴测图。

图7-1为左侧抓刀机构准备将主轴上储备刀具取下状态的侧视图。

图7-2为左侧抓刀机构准备将主轴上储备刀具取下状态的俯视图。

附图标记说明：1-左感应环、2-左中感应开关、3-感应开关安装板、4-左侧旋转气缸、5-右侧旋转气缸、6-固定座、7-左侧抓刀卡爪、8-储备刀具、9-左导向柱、10-左限位块、11-右导向柱、12-右侧抓刀卡爪、13-右限位块、14-水平气缸安装座、15-右侧水平气缸、16-左侧水平气缸、17-右感应环、18-右下感应开关、19-右中感应开关、20-左下感应开关、21-右上感应开关、22-左上感应开关、23-右气缸前位磁性开关、24-右气缸后位磁性开关、25-左气缸后位磁性开关、26-左气缸前位磁性开关、27-主轴、28-刀具。

具体实施方式

下面结合具体附图对本发明作进一步说明。

本发明所述八足爬行机器人自动换刀及存刀机构包括固定座6，固定座6固定在爬行机器人的侧板上，固定座6的上方通过螺钉安装感应开关安装板3，在固定座6上通过螺钉固定左侧旋转气缸4和右侧旋转气缸5，左侧旋转气缸4和右侧旋转气缸5均为双出杆气缸，在固定座6的侧面通过螺钉固定水平气缸安装座，在水平气缸安装座14上通过螺钉固定左侧水平气缸16和右侧水平气缸15；如图1、图2中所示，左侧旋转气缸4的位置是最上方，也是其初始位置；如图3-1、图3-2、图4所示，为等待装刀位置；如图5-1、图5-2、图6所示，为取刀位置；左侧旋转气缸4向下运动时会选逆时针旋转90度（旋转方向以俯视的姿态判定，如图图3-2所示），再向下做直线运动。如图3-1、图3-2、图4、图5、图6所示，右侧旋转气缸5的位置是最上方，为初始位置；如图1、图2所示，为中间位置（取刀位置）；当右侧旋转气缸5在最上方位置时，右侧旋转气缸5向下运动时会先顺时针旋转90度（旋转方向以俯视的姿态判定），再向下做直线运动。所述左侧旋转气缸4的活塞杆下部与左侧抓刀卡爪7固定连接，活塞杆上部与左感应环1固定连接；所述左侧抓刀卡爪7和左感应环1随着左侧旋转气缸4的活塞杆上下和旋转。所述右侧旋转气缸5的活塞杆的下部与右侧抓刀卡爪12固定连接，活塞杆上部与右感应环17固定连接，右侧抓刀卡爪12和右侧感应环17随着右侧旋转气缸5的活塞杆上下和旋转。所述左侧水平气缸16的活塞杆与左限位块10固定连接，随着活塞杆作前后运动。所述右侧水平气缸15的活塞杆与右限位块13固定连接，随着活塞杆作前后运动。在所述感应开关安装板3上固定左中感应开关2、右下感应开关18、右中感应开关19、左下感应开关20、右上感应开关21和左上感应开关22；在所述右侧水平气缸15的卡槽内安装右气缸前位磁性开关23和右气缸后位磁性开关24，右侧水平气缸15的活塞上嵌有磁环，活塞靠近磁性开关时，磁性开关会发出信号。在所述左侧水平气缸16的卡槽内安装左气缸后位磁性开关25和左气缸前位磁性开关26，左侧水平气缸16的活塞上嵌有磁环，活塞靠近磁性开关时，磁性开关会发出信号。

所述左侧抓刀卡爪7上设有能够左导向柱9滑动配合的导向孔，实现导向；所述右侧抓刀卡爪12上设有能够和右导向柱11滑动配合的导向孔，实现导向。

本发明所述八足爬行机器人自动换刀及存刀机构的工作过程：爬行机器人主轴27需要换刀时，右侧水平气缸15的活塞杆从初始位置（缩回状态）向前伸出，带动右限位块13向前运动至极限位置，右侧水平气缸15上安装的右气缸前位磁性开关23检测到活塞伸出到位后发出信号，右侧旋转气缸5从最上方（初始状态）顺时针旋转90度后向下直线运动，带动右侧抓刀卡爪12一起旋转并下降，右侧抓刀卡爪12上的导向孔伸入右导向柱11内，由右导向柱11定向并向下移动，直到被右限位块13阻挡（如图1所示状态），右中感应开关19感应到右侧旋转气缸5活塞杆上方的右感应环17，并发出信号。然后控制右侧旋转气缸5的换向阀切换至中位，换向阀为中位卸压型，进回气口均为排气的状态，活塞杆为浮动状态。主轴27带动其上的刀具28向右移动，直到主轴27上的刀具28卡入右侧抓刀卡爪12。右侧水平气缸15换向，带动右限位块13缩回，缩回到位后，右侧水平气缸15安装的右气缸后位磁性开关24检测活塞缩回到位后发出信号，主轴27内部换刀气缸动作，将主轴27上的刀具28从主轴孔内向下推出，此时右侧水平气缸15的进排气口均为通大气状态，可以随着刀具28向下移动，以吸收冲击，防止主轴27及刀具28损坏。主轴27上的刀具28从主轴27弹出后，右侧旋转气缸5换向阀切换为向下运动状态，右侧旋转气缸5的活塞杆带动右侧抓刀卡爪12及从主轴27上换下的刀具28继续向下运动到底，将刀具27从主轴28孔内完全拉出。右下感应开关18感应到右侧旋转气缸5活塞杆上方的右感应环17，并发出信号。主轴27向左运动一段距离，避开右侧旋转气缸5的回转运动范围。右侧旋转气缸5的换向阀切换为上升状态，右侧旋转气缸5的活塞杆向上移动，并脱离右导向柱11，然后逆时针回转90度至初始位置。右侧旋转气缸5的活塞杆带动右侧抓刀卡爪12旋转至侧向，是为了给主轴27尽可能的腾出工作空间，使主轴27的行程范围尽可能大。右上感应开关21感应到右侧旋转气缸5活塞杆上方的右感应环17，并发出信号。

左侧旋转气缸4从初始位置（图1所示位置）逆时针旋转并向下运动，带动左侧抓刀卡爪7及备用刀具8一起旋转并向下运动，下降过程冲，左侧抓刀卡爪7上的导向孔插入左导向柱9内，在左导向柱9的定向下继续向下运动到底（图3-1、图3-2所示状态）。左下感应开关20感应到左侧旋转气缸4活塞杆上方的右感应环1，并发出信号。爬行机器人主轴在水平方向向左侧抓刀卡爪7上方移动，当主轴孔与储备刀具8同轴时停下。左侧旋转气缸4的换向阀换向，活塞杆带动左侧抓刀卡爪7和其上的储备刀具8向上运动，储备刀具8锥柄插入主轴孔内，右中感应开关2感应到左侧旋转气缸4活塞杆上方的右感应环1，并发出信号。主轴内换刀气缸反向，拉住储备刀具8向上移动，定位并收紧储备刀具8。完成储备刀具8的装刀。左侧旋转气缸4的换向阀切换至中位泄压位，活塞杆及左侧抓刀卡爪7为浮动状态。主轴向左移动，脱开左侧抓刀卡爪7。由于活塞杆及左侧抓刀卡爪7为浮动状态，可防止主轴向左移动时卡死左侧抓刀卡爪，造成主轴及刀具损伤。左侧旋转气缸4的换向阀切换为向上运动，活塞缸带动左侧抓刀卡爪7向上运动并旋转至侧面。左侧旋转气缸4的活塞杆带动左侧抓刀卡爪7旋转至侧向，是为了给主轴尽可能的腾出工作空间，使主轴的行程范围尽可能大。整个装刀循环结束。

当机构需要再次将原主轴上的刀具安装到主轴上，以实现交替作业时，左侧抓刀机构将主轴上的刀具取下，右侧抓刀机构将其上的刀具安装到主轴上。具体如下：

左侧水平气缸16的活塞杆从初始位置（缩回状态）向前伸出，带动左限位块10向前运动至极限位置。左侧水平气缸16上安装的左气缸前位磁性开关26检测活塞杆伸出到位后发出信号，左侧旋转气缸4从最上方（初始状态）逆时针旋转90度后向下直线运动，带动左侧抓刀卡爪7一起旋转并下降，左侧抓刀卡爪7上的导向孔伸入左导向柱9内，由左导向柱9定向并向下移动，直到被左限位块10阻挡（如图5-1、图5-2、图6所示状态）。左下感应开关20感应到左侧旋转气缸4活塞杆上方的左感应环1，并发出信号。然后控制左侧旋转气缸4的换向阀切换至中位，换向阀为中位卸压型，进回气口均为排气的状态，活塞杆为浮动状态。主轴带动其上的刀具，向右移动，直到主轴上的刀具卡入左侧抓刀卡爪7。左侧水平气缸16换向，带动左限位块10缩回。缩回到位后，左侧水平气缸16上安装的左气缸后位磁性开关25检测到活塞缩回到位后发出信号，主轴内部换刀气缸动作，将主轴上的刀具从主轴孔内向下弹出，此时右侧水平气缸15的进排气口均为通大气状态，可以随着刀具向下移动，以吸收冲击，防止主轴及刀具损坏。主轴上的刀具从主轴弹出后，左侧旋转气缸4换向阀切换为向下运动状态，左侧旋转气缸4的活塞杆带动左侧抓刀卡爪7及从主轴上换下的刀具继续向下运动到底。将刀具从主轴孔内完全拉出。左下感应开关20感应到左侧旋转气缸4活塞杆上方的左感应环1，并发出信号。主轴向左运动一段距离，避开左侧旋转气缸的回转运动范围。左侧旋转气缸4的换向阀切换为上升状态，左侧旋转气缸4的活塞杆向上移动，并脱离左导向柱9，然后顺时针回转90度至初始位置，左上感应开关22感应到左侧旋转气缸4活塞杆上方的左感应环1，并发出信号。

右侧旋转气缸5从初始位置（图5-1、图5-2、图6所示位置）顺时针旋转90度并向下运动，带动右侧抓刀卡爪12及其上的刀具一起旋转并向下运动，下降过程冲，右侧抓刀卡爪12上的孔插入右导向柱11内，在右导向柱11的定向下继续向下运动到底。右下感应开关18感应到右侧旋转气缸5活塞杆上方的右感应环17，并发出信号。爬行机器人主轴在水平方向向右侧抓刀卡爪12上方移动，当主轴孔与右侧抓刀卡爪上的刀具同轴时停下。右侧旋转气缸5的换向阀换向，活塞杆带动右侧抓刀卡爪12和其上的刀具向上运动，刀具锥柄插入主轴孔内，右中感应开关19感应到右侧旋转气缸5活塞杆上方的右感应环17，并发出信号。主轴内换刀气缸反向，拉住刀具向上移动，定位并收紧刀具。完成刀具的再次装刀动作。右侧旋转气缸5的换向阀切换至中位泄压位，活塞杆及右侧抓刀卡爪12为浮动状态。主轴向左移动，脱开右侧抓刀卡爪12。由于活塞杆及右侧抓刀卡爪12为浮动状态，可防止主轴向左移动时卡死右侧抓刀卡爪，造成主轴及刀具损伤。右侧旋转气缸5的换向阀切换为向上运动，活塞缸带动右侧抓刀卡爪12向上运动并旋转至侧面。整个装刀循环结束。

本发明的工作原理：这是爬行机器人自动换刀及存刀机构。当爬行机器人发出更换刀具的指令后，右侧水平气缸15带动右限位块13运动至设定位置，气缸内置传感器检测活塞伸出到位后发出信号。右侧旋转气缸5带动右侧抓刀卡爪12旋转并向下移动，右侧抓刀卡爪12端面与右限位块13的接触后停止，右中感应开关19检测到右感应环17的位置后发出信号。控制右侧旋转气缸的换向阀切换至中位泄压位。主轴向右移动，主轴上的刀具卡入右侧抓刀卡爪12的卡槽内。右侧水平气缸15缩回至极限位置，内置传感器检测活塞缩回到位后发出信号。主轴内部脱刀气缸向下脱刀，刀具与主轴分离。右侧旋转气缸5向下运动，将刀具完全拉出主轴。主轴向左移动，避开右侧抓刀卡爪12的旋转范围。右侧旋转气缸5换向，活塞杆带动右侧抓刀卡爪12向上运动并旋转至最上位置。拔刀循环结束。

左侧水平气缸16缩回至极限位置。左侧旋转气缸4的活塞杆带动左侧抓刀卡爪7旋转并下降至至最低位。主轴向右移动至主轴中心与储备刀具8中心重合。左侧水平旋转气缸换向，向上移动，将储备刀具8插入主轴孔内。主轴内部换刀气缸换向，拉紧储备刀具8。左侧旋转气缸4的换向阀切换至中间泄压位。主轴水平方向向左移除，脱离左侧抓刀卡爪7的旋转运动范围。左侧旋转气缸换向阀切换至活塞杆向上运动，活塞杆带动左侧抓刀卡爪7向上运动并旋转到侧面。装刀循环结束。感应开关和磁性开关用来检测位置并发出信号。控制系统收到信号后，发出下一个指令。

若需要再次换装之前卸下的卡在右侧抓刀卡爪上的刀具。控制方式基本相同。不同的是，本次取刀由左侧机构执行，装刀由右侧机构执行。与之前的相反。

本发明以电气控制及气压传动为基础，旋转气缸及直线运动气缸带动执行元件运动。直线运动气缸活塞上有磁环，气缸体上安装有磁性开关，以检测活塞位置并发出到位信号。旋转气缸为双活塞杆形式，上部活塞杆上连接感应环，由外置感应开关检测位置并发出到位信号。控制系统接收到反馈信号后发出指令，下一个动作开始执行。主轴机构与换刀及存刀机构联合动作，实现自动化取出刀具，并装上储备刀具的功能。本发明在机构内安装有一把备用的刀具，当需要加工不同规格的孔，或者主轴上的刀具磨损断裂需要更换时，本机构可将主轴上的刀具自动取下，并将储备刀具安装在主轴上。实现全自动化作业，减少人为干扰，提高加工精度，并节省辅助加工时间。不需要爬行机器人从飞机上爬下来进行人工换刀，再爬上去继续工作。

Claims (9)

1.一种八足爬行机器人自动换刀及存刀机构，包括固定座（6），其特征是：在所述固定座（6）的上方安装感应开关安装板（3），在感应开关安装板（3）上安装有多个感应开关，在固定座（6）上固定左侧旋转气缸（4）和右侧旋转气缸（5），在固定座（6）的侧面固定左侧水平气缸（16）和右侧水平气缸（15）；所述左侧旋转气缸（4）的活塞杆下部与左侧抓刀卡爪（7）固定连接，活塞杆上部与左感应环（1）固定连接，所述左侧抓刀卡爪（7）和左感应环（1）随着左侧旋转气缸（4）的活塞杆上下和旋转；所述右侧旋转气缸（5）的活塞杆的下部与右侧抓刀卡爪（12）固定连接，活塞杆上部与右感应环（17）固定连接，右侧抓刀卡爪（12）和右侧感应环（17）随着右侧旋转气缸（5）的活塞杆上下和旋转；所述左侧水平气缸（16）的活塞杆与左限位块（10）固定连接，随着活塞杆作前后运动；所述右侧水平气缸（15）的活塞杆与右限位块（13）固定连接，随着活塞杆作前后运动。

2.如权利要求1所述的八足爬行机器人自动换刀及存刀机构，其特征是：所述固定座（6）固定在爬行机器人的侧板上。

3.如权利要求1所述的八足爬行机器人自动换刀及存刀机构，其特征是：所述左侧旋转气缸（4）和右侧旋转气缸（5）均为双出杆气缸。

4.如权利要求1所述的八足爬行机器人自动换刀及存刀机构，其特征是：所述左侧水平气缸（16）和右侧水平气缸（15）通过水平气缸安装座固定在固定座（6）的侧面。

5.如权利要求1所述的八足爬行机器人自动换刀及存刀机构，其特征是：在所述感应开关安装板（3）上固定左中感应开关（2）、右下感应开关（18）、右中感应开关（19）、左下感应开关（20）、右上感应开关（21）和左上感应开关（22）。

6.如权利要求1所述的八足爬行机器人自动换刀及存刀机构，其特征是：在所述右侧水平气缸（15）的卡槽内安装右气缸前位磁性开关（23）和右气缸后位磁性开关（24），右侧水平气缸（15）的活塞上嵌有磁环。

7.如权利要求1所述的八足爬行机器人自动换刀及存刀机构，其特征是：在所述左侧水平气缸（16）的卡槽内安装左气缸后位磁性开关（25）和左气缸前位磁性开关（26），左侧水平气缸（16）的活塞上嵌有磁环。

8.如权利要求1所述的八足爬行机器人自动换刀及存刀机构，其特征是：所述左侧抓刀卡爪（7）上设有能够左导向柱（9）滑动配合的导向孔。

9.如权利要求1所述的八足爬行机器人自动换刀及存刀机构，其特征是：所述右侧抓刀卡爪（12）上设有能够和右导向柱（11）滑动配合的导向孔。