CN109050964B - 球头对接自适应入位方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种球头对接自适应入位方法，包含以下步骤：初步定位步骤：在X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向上，将球窝(2)定位在距离球头(1)在设定值范围内的位置上；精确定位步骤：令球头(1)进入到球窝(2)中，调整球窝(2)位置，使得球窝(2)在X轴方向与Y轴方向上的应力相同。相应地，本发明还提供了一种能够实现上述球头对接自适应入位方法的装置。本发明使得球头能够自适应地插入到球窝，实现快速、准确的入位动作，缩短飞机总的安装时间。

Description

球头对接自适应入位方法与装置

技术领域

本发明涉及对接设备领域、飞机组装领域，具体地，涉及一种球头对接自适应入位方法与装置。

背景技术

飞机的大部件安装对接中，采用数字化对接是总体趋势。在数字化对接中，飞机与数控定位器的连接靠的就是飞机上的球头进入到数控定位器的球窝内，通过一组数控定位器的X、Y、Z三个方向的运动，实现飞机各个大部件的姿态调整，并进行对接。目前很多企业采用的入位方式都是靠眼睛去看，靠手去调整，非常的不方便，难以达到入位所需要的精度。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种球头对接自适应入位方法与装置。

根据本发明提供的球头对接自适应入位方法，包含以下步骤：

初步定位步骤：在X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向上，将球窝定位在距离球头在设定值范围内的位置上；

精确定位步骤：令球头进入到球窝中，调整球窝位置，使得球窝在X轴方向与Y轴方向上的应力相同。

优选地，所述初步定位步骤包含以下步骤：

步骤S1.1：获取超声波传感器测量的球头到球窝在Z轴方向上的距离信息，令球窝运动至与球头在Z轴方向上距离在设定值内的位置上；

步骤S1.2：根据摄像头识别的球头的球心位置与球头上标识的位置信息，获取球头X轴方向位置信息与球头Y轴方向位置信息；

步骤S1.3：根据球头X轴方向位置信息与球头Y轴方向位置信息，令球窝运动至与球头在X轴方向与Y轴方向上重合的位置上。

优选地，初步定位步骤还包含步骤S1.0：令球窝运动至与球头在X轴方向与Y轴方向上距离在设定值内的位置上。

优选地，所述精确定位步骤包含以下步骤：

步骤S2.1：令球窝沿Z轴方向运动，直至球头进入到球窝中；

步骤S2.2：获取三向力传感器测量的球窝在各个方向上的应力值信息，根据应力值信息调整球窝位置，直至球窝在X轴方向与Y轴方向上的应力相同。

优选地，步骤S1.0中，球窝按以下任一种或任多种方式运行至与球头在X轴方向与Y轴方向上距离在设定值内的位置上：

--直线运动；

--螺旋运动；

--无规则运动。

本发明还提供了一种球头对接自适应入位装置，包含锁紧机构、传感机构以及控制器；所述锁紧机构包含承载结构与球窝，球窝安装在承载结构上，所述球窝内部设置有容物槽，容物槽内部形成对接空间；

所述传感机构包含以下任一个或任多个结构：

--超声波传感器，所述超声波传感器安装在承载结构上；

--摄像头，所述摄像头安装在球窝上设置的拍摄孔中；

--力传感器，所述力传感器安装在承载结构上；

控制器与传感机构相连。

优选地，所述拍摄孔位于容物槽的槽底面中心处；球窝或承载结构上紧固连接有一摄像头固定件；

所述摄像头包含针筒摄像头，针筒摄像头固定安装在摄像头固定件上，针筒摄像头的镜头位于拍摄孔中。

优选地，所述承载结构包含紧固连接的支撑台与球窝保护套；

力传感器包含三向力传感器，所述承载结构与三向力传感器紧固连接；

球窝保护套上设置有超声安装部，所述超声波传感器安装在超声安装部上。

优选地，还包含连接件与定位器；所述连接件上设置有第一连接孔与第二连接孔；

连接件通过设置的穿设在第一连接孔的紧固件与三向力传感器相连；

连接件通过设置的穿设在第二连接孔的紧固件与定位器相连；

所述定位器连接到控制器上。

优选地，所述控制器包含对接模块：接收来自传感机构的传感信息，根据传感信息生成定位器运行指令。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明使得球头能够自适应地插入到球窝，实现快速、准确的入位动作，缩短飞机总的安装时间；

2、本发明结构简单、装配难度低，大大降低了制造成本，同时装置整体强度高，操作方便；

3、本发明提供的锁紧机构能够在自由、防逃逸、锁紧三种状态中转换，满足飞机安装过程中球头进入球窝、调整飞机部件的姿态、进行对接三个过程的需要；

4、本发明中所有操作都是机械式的，不存在电气故障的影响；所有过程状态都有对应的灯光提示，进一步保证对接结构处于正确状态；固定在球窝保护套上的手柄夹持夹可以杜绝工人误撞到可折叠手柄，改变了球头锁紧机构的状态；

5、卡爪上的滚轮和弧形导轨也使得运动流畅可行，而且磨损小。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明提供的球头对接的自适应入位装置结构示意图；

图2为球窝立体图；

图3为锁紧机构结构示意图；

图4为摄像头固定件立体图；

图5为三向力传感器立体图；

图6为连接件立体图

图7为卡爪立体图；

图8为变径导轨立体图；

图9为球头对接的自适应入位方法流程图。

图中示出：

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图9所示，本发明提供的球头对接自适应入位方法，包含以下步骤：初步定位步骤：在X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向上，将球窝2定位在距离球头1在设定值范围内的位置上；精确定位步骤：令球头1进入到球窝2中，调整球窝2位置，使得球窝2在X轴方向与Y轴方向上的应力相同。

所述初步定位步骤包含以下步骤：步骤S1.1：获取超声波传感器41测量的球头1到球窝2在Z轴方向上的距离信息，令球窝2运动至与球头1在Z轴方向上距离在设定值内的位置上；步骤S1.2：根据摄像头识别的球头1的球心位置与球头1上标识的位置信息，获取球头X轴方向位置信息与球头Y轴方向位置信息；步骤S1.3：根据球头X轴方向位置信息与球头Y轴方向位置信息，令球窝2运动至与球头1在X轴方向与Y轴方向上重合的位置上。优选地，初步定位步骤还包含步骤S1.0：令球窝2运动至与球头1在X轴方向与Y轴方向上距离在设定值内的位置上。所述精确定位步骤包含以下步骤：步骤S2.1：令球窝2沿Z轴方向运动，直至球头1进入到球窝2中；步骤S2.2：获取三向力传感器44测量的球窝2在各个方向上的应力值信息，根据应力值信息调整球窝2位置，直至球窝2在X轴方向与Y轴方向上的应力相同。优选地，步骤S1.0中，球窝2按以下任一种或任多种方式运行至与球头1在X轴方向与Y轴方向上距离在设定值内的位置上：直线运动；螺旋运动；无规则运动。

本发明还提供了一种能够实现上述球头对接自适应入位方法的球头对接自适应入位装置。如图1所示，所述球头对接自适应入位装置，包含锁紧机构40、传感机构以及控制器；所述锁紧机构40包含承载结构与球窝2，球窝2安装在承载结构上，如图2所示，所述球窝2内部设置有容物槽，容物槽内部形成对接空间。所述传感机构包含以下任一个或任多个结构：超声波传感器41，所述超声波传感器41安装在承载结构上；摄像头，所述摄像头安装在球窝2上设置的拍摄孔46中；力传感器，所述力传感器安装在承载结构上。

实施例中，所述拍摄孔46位于容物槽的槽底面中心处；球窝2或承载结构上紧固连接有一摄像头固定件43；所述摄像头包含针筒摄像头42，针筒摄像头42固定安装在摄像头固定件43上，针筒摄像头42的镜头位于拍摄孔46中。所述承载结构包含紧固连接的支撑台6与球窝保护套4；力传感器包含三向力传感器44，所述承载结构与三向力传感器44紧固连接；球窝保护套4上设置有超声安装部，所述超声波传感器41安装在超声安装部上。优选地，所述球头对接自适应入位装置还包含连接件45，如图6所示，所述连接件45上设置有第一连接孔47与第二连接孔48；连接件45通过设置的穿设在第一连接孔47的紧固件与三向力传感器44相连。球头对接自适应入位装置还包含定位器，优选地，所述定位器为数控定位器。连接件45通过设置的穿设在第二连接孔48的紧固件与定位器相连；传感机构与定位器均连接到所述控制器上。

如图3所示，优选例中，锁紧机构40还包含径位调节机构；球窝2上设置有一个或多个调节孔15，对接空间通过调节孔15与外部空间连通；所述径位调节机构穿设在调节孔15中；径位调节机构包含顶头13，顶头13在容物槽中的径向位置能够调节。

支撑台6上转动安装有变径导轨5，如图8所示，变径导轨5包含变径凸台16；所述径位调节机构还包含卡爪11，卡爪11与顶头13相连；如图7所示，卡爪11上设置有拉引槽14，拉引槽14与变径凸台16相匹配；变径凸台16包含档位部17，多个档位部17在支撑台6上的径向位置存在不同，相邻两个档位部17之间平滑过渡连接。所述拉引槽14的槽壁面上设置有滚轮19，卡爪11通过滚轮19连接到变径凸台16上；调节孔15中还设置有直线轴承12，顶头13通过直线轴承12安装在调节孔15中。所述变径导轨5还包含转盘18，多个变径凸台16紧固安装在转盘18上；支撑台6上设置有弧形导轨9，转盘18上设置有弧形滑块7，所述弧形滑块7滑动安装在弧形导轨9上；所述支撑台6上还安装有微动开关3，微动开关3的数量与单个变径凸台16上档位部17的数量相对应；转盘18的外周面上设置有侧边凸起20，侧边凸起20能够触发微动开关3。所述变径导轨5上还设置有可折叠手柄10；承载结构还包含球窝保护套4，球窝保护套4与支撑台6紧固连接；球窝保护套4上设置有手柄夹持夹8，可折叠手柄10折叠时近端到达手柄夹持夹8中。

所述控制器包含对接模块：接收来自传感机构的传感信息，根据传感信息生成定位器运行指令。所述对接模块包含以下模块：初步定位模块：在X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向上，将球窝2定位在距离球头1在设定值范围内的位置上；精确定位模块：令球头1进入到球窝2中，调整球窝2位置，使得球窝2在X轴方向与Y轴方向上的应力相同。

所述初步定位模块包含以下模块：模块M1.1：获取超声波传感器41测量的球头1到球窝2在Z轴方向上的距离信息，令球窝2运动至与球头1在Z轴方向上距离在设定值内的位置上；模块M1.2：根据摄像头识别的球头1的球心位置与球头1上标识的位置信息，获取球头X轴方向位置信息与球头Y轴方向位置信息；模块M1.3：根据球头X轴方向位置信息与球头Y轴方向位置信息，令球窝2运动至与球头1在X轴方向与Y轴方向上重合的位置上。优选地，初步定位模块还包含模块M1.0：令球窝2运动至与球头1在X轴方向与Y轴方向上距离在设定值内的位置上。所述精确定位模块包含以下模块：模块M2.1：令球窝2沿Z轴方向运动，直至球头1进入到球窝2中；模块M2.2：获取三向力传感器44测量的球窝2在各个方向上的应力值信息，根据应力值信息调整球窝2位置，直至球窝2在X轴方向与Y轴方向上的应力相同。优选地，模块M1.0中，球窝2按以下任一种或任多种方式运行至与球头1在X轴方向与Y轴方向上距离在设定值内的位置上：直线运动；螺旋运动；无规则运动。

优选实施方式：

球头1固定安装在飞机部件上，球头1底部有十字标识；锁紧机构40是包括球窝2和其他零件的一个部件，通过连接件45安装在数控定位器上；超声波传感器41固定安装在锁紧机构40上；球窝2的底部开了一个圆柱形的孔，刚好够针筒摄像头42穿过；摄像头固定件43用来固定针筒摄像头42，摄像头固定件43和锁紧机构40固连；三向力传感器44固定安装在锁紧机构40上。

飞机大部件进行安装之前，先要让球头1进入球窝2内。球头1进入球窝2之前，先通过吊装系统把飞机部件运到指定位置附近并静止，此时通过自动或人工调整，保证第一个球头1和第一个球窝2在X和Y方向的误差在正负100mm内。超声波传感器41测量球头1到球窝2在Z轴方向的距离，定位器Z轴运动带动球窝2部件在Z方向上升，当球头1底部距离球窝2上表面100mm时停止。打开针筒摄像头42和三向力传感器44，通过针筒摄像头42去识别球头1以及标识的位置，通过视觉识别及处理软件把球头1在X和Y方向的位置信息传给控制器；控制器驱动数控定位器在X和Y方向运动相应的距离，使得球头1和球窝2在X和Y方向重合。到这里就完成了初步定位。定位器Z轴运动带动锁紧机构40在Z方向上升，使球头1进入球窝2。球头1和球窝2接触以后，根据三向力传感器44各个方向的应力大小来调整球窝2的位置，最后X和Y方向的应力相同。到这里就完成了精确定位。球头1对接的自适应入位完毕。

实际应用中存在多个球窝2与球头1对接的过程，第一个球窝2按上述方法步骤入位完毕后，其他各个球头1的相对位置是已知的，根据第一个球头1的位置可以知道剩余球头1的理论位置，但由于飞机部件的偏转，球头1偏离了理论位置。所以，和第一个已入位球窝2处于对角线上的球窝2在数控定位器的带动下，以理论位置为圆心，螺旋式搜索球头1。找到球头1后，重复第一个球头1入位的过程。对角线的两个球窝2入位以后，其他球窝2的位置基本可以确定，而且入位前球头1和球窝2的位置误差在正负100mm都允许的，所以不再需要球窝2进行螺旋运动去搜索球头1，而是可以直接找到，接着重复第一个球头1入位的过程。所有球头1入位完毕后，撤去飞机部件的吊装系统，自适应入位完成。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种球头对接自适应入位方法，其特征在于，包含以下步骤：

初步定位步骤：在X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向上，将球窝(2)定位在距离球头(1)在设定值范围内的位置上；

精确定位步骤：令球头(1)进入到球窝(2)中，调整球窝(2)位置，使得球窝(2)在X轴方向与Y轴方向上的应力相同；

所述初步定位步骤包含以下步骤：

步骤S1.1：获取超声波传感器(41)测量的球头(1)到球窝(2)在Z轴方向上的距离信息，令球窝(2)运动至与球头(1)在Z轴方向上距离在设定值内的位置上；

步骤S1.2：根据摄像头识别的球头(1)的球心位置与球头(1)上标识的位置信息，获取球头X轴方向位置信息与球头Y轴方向位置信息；

步骤S1.3：根据球头X轴方向位置信息与球头Y轴方向位置信息，令球窝(2)运动至与球头(1)在X轴方向与Y轴方向上重合的位置上。

2.根据权利要求1所述的球头对接自适应入位方法，其特征在于，初步定位步骤还包含步骤S1.0：令球窝(2)运动至与球头(1)在X轴方向与Y轴方向上距离在设定值内的位置上。

3.根据权利要求2所述的球头对接自适应入位方法，其特征在于，所述精确定位步骤包含以下步骤：

步骤S2.1：令球窝(2)沿Z轴方向运动，直至球头(1)进入到球窝(2)中；

步骤S2.2：获取三向力传感器(44)测量的球窝(2)在各个方向上的应力值信息，根据应力值信息调整球窝(2)位置，直至球窝(2)在X轴方向与Y轴方向上的应力相同。

4.根据权利要求3所述的球头对接自适应入位方法，其特征在于，步骤S1.0中，球窝(2)按以下任一种或任多种方式运行至与球头(1)在X轴方向与Y轴方向上距离在设定值内的位置上：

--直线运动；

--螺旋运动；

--无规则运动。

5.一种球头对接自适应入位装置，采用权利要求1所述的球头对接自适应入位方法进行自适应入位，其特征在于，包含锁紧机构(40)、传感机构以及控制器；所述锁紧机构(40)包含承载结构与球窝(2)，球窝(2)安装在承载结构上，所述球窝(2)内部设置有容物槽，容物槽内部形成对接空间；

所述传感机构包含以下任一个或任多个结构：

--超声波传感器(41)，所述超声波传感器(41)安装在承载结构上；

--摄像头，所述摄像头安装在球窝(2)上设置的拍摄孔(46)中；

--力传感器，所述力传感器安装在承载结构上；

控制器与传感机构相连。

6.根据权利要求5所述的球头对接自适应入位装置，其特征在于，所述拍摄孔(46)位于容物槽的槽底面中心处；球窝(2)或承载结构上紧固连接有一摄像头固定件(43)；

所述摄像头包含针筒摄像头(42)，针筒摄像头(42)固定安装在摄像头固定件(43)上，针筒摄像头(42)的镜头位于拍摄孔(46)中。

7.根据权利要求6所述的球头对接自适应入位装置，其特征在于，所述承载结构包含紧固连接的支撑台(6)与球窝保护套(4)；

力传感器包含三向力传感器(44)，所述承载结构与三向力传感器(44)紧固连接；

球窝保护套(4)上设置有超声安装部，所述超声波传感器(41)安装在超声安装部上。

8.根据权利要求7所述的球头对接自适应入位装置，其特征在于，还包含连接件(45)与定位器；所述连接件(45)上设置有第一连接孔(47)与第二连接孔(48)；

连接件(45)通过设置的穿设在第一连接孔(47)的紧固件与三向力传感器(44)相连；

连接件(45)通过设置的穿设在第二连接孔(48)的紧固件与定位器相连；

所述定位器连接到控制器上。

9.根据权利要求8所述的球头对接自适应入位装置，其特征在于，所述控制器包含对接模块：接收来自传感机构的传感信息，根据传感信息生成定位器运行指令。

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