CN110090913A - 一种自动锤铆装置及自动铆接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动锤铆装置，涉及装配制造领域，包括控制模块、关节机器人和末端执行器；末端执行器可拆卸地固定在关节机器人上；控制模块控制关节机器人运动以实现铆接位置定位，并控制末端执行器自动完成铆接；末端执行器包括气动锤铆铆枪、电磁阀、电气比例阀、动力执行机构以及支撑组件；气动锤铆铆枪滑动地设置在支撑组件上，并通过导气管依次与电磁阀、电气比例阀连接；动力执行机构设置在气动锤铆铆枪的一端；控制模块控制动力执行机构、电磁阀及电气比例阀，实现顶紧力、进气气压及打击次数的控制。本发明还提供了一种自动铆接方法。本发明能代替人工铆接，提高了工作效率和质量，还能模拟人工铆接过程，避免普通机器铆接的局限性。

Description

一种自动锤铆装置及自动铆接方法

技术领域

本发明涉及装配制造领域，尤其涉及一种自动锤铆装置及自动铆接方法。

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弧形铆接，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，无法保证铆接成型铆钉杆部的一致性。现有的机器铆接无法模拟人工铆接的初始和过渡阶段，成型铆钉质量有待提高。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种自动锤铆装置及自动铆接方法，自动锤铆装置代替人工铆接，提高了工作效率和工作质量；模拟人工铆接过程，避免普通机器铆接的局限性等问题。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何用一种自动锤铆装置代替人工铆接，提高了工作效率和工作质量；模拟人工铆接过程，避免普通机器铆接的局限性等问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种自动锤铆装置，包括控制模块、关节机器人和末端执行器；

所述控制模块与所述关节机器人、所述末端执行器连接，所述末端执行器可拆卸地固定在所述关节机器人的运动输出端；所述控制模块控制所述关节机器人运动，带动所述末端执行器定位至铆接位置；所述控制模块控制所述末端执行器自动完成铆接；

所述末端执行器包括气动锤铆铆枪、电磁阀、电气比例阀、动力执行机构以及支撑组件；所述气动锤铆铆枪滑动地设置在所述支撑组件上，并通过导气管依次与所述电磁阀、所述电气比例阀连接；所述动力执行机构设置在所述气动锤铆铆枪的一端；

所述控制模块控制所述动力执行机构，实现顶紧力的控制；所述控制模块控制所述电磁阀及所述电气比例阀，实现进气气压及打击次数的控制。

进一步地，所述支撑组件包括保护外壳和铆枪滑块，所述铆枪滑块包括固定滑块；所述固定滑块内设置有与所述气动锤铆铆枪外廓形状一致的凹槽，所述气动锤铆铆枪固定在所述凹槽内；所述固定滑块在所述保护外壳内的滑槽上滑动；所述电磁阀、所述电气比例阀、所述动力执行机构均固定在所述保护外壳内。

进一步地，所述保护外壳和所述固定滑块由对称两部分组成。

进一步地，所述末端执行器通过末端执行器连接件固定在所述关节机器人上。

进一步地，所述末端执行器连接件包括单钉铆接末端执行器连接件和弧形多钉铆接末端执行器连接件；所述单钉铆接末端执行器连接件上配置有一个所述末端执行器，所述弧形多钉铆接末端执行器连接件上配置有多个所述末端执行器。

进一步地，所述末端执行器还包括力传感器，所述力传感器设置所述动力执行机构与所述气动锤铆铆枪之间，且所述力传感器与所述气动锤铆铆枪的铆锤同轴。

进一步地，所述末端执行器还包括橡胶圈，所述橡胶圈置于所述力传感器与所述动力执行机构中间，所述橡胶圈、所述力传感器与所述动力执行机构同轴。

进一步地，所述动力执行机构为电动推杆或液压缸的一种。

进一步地，所述关节机器人固定在一可升降的平台上。

本发明还公开了一种自动锤铆方法，包括如下步骤：

配置自动锤铆装置：选择铆接类型为单钉铆接或弧形多钉铆接，并选择对应的末端执行器连接件，将末端执行器与关节机器人相连；

铆接位置定位：控制所述关节机器人的运动，调整所述关节机器人的位姿，确定铆接位置；

施加预顶紧力：控制动力执行机构，确定气动锤铆预顶紧力；

设定铆接参数：设定电气比例阀的通电电压和通电时间，设定铆接过程的顶紧力曲线以控制所述动力执行机构在铆接过程中的进给量；

完成铆接：通电通气，控制所述末端执行器进行连续冲击铆接，直至完成铆接，采集铆接冲击力信号；

监测铆接质量：铆接完成后，处理并分析采集到的所述铆接冲击力信号，监测铆接质量。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、将末端执行器、关节机器人和控制模块结合，实现机电一体化，代替人工铆接，利用控制模块有效控制铆接过程，实现动力执行机构进给量、铆接顶紧力、铆接时间、击打次数和输入气压的精准控制，通过控制模块采集的铆接力信号分析，能帮助对铆接质量进行更全面的监测和控制。

2、使用关节机器人控制，空间自由度大，能够实现铆接定位更精确。选用不同的末端执行器连接件能够实现单钉铆接和弧形多钉铆接两种工况的操作，保证了铆接成型铆钉的一致性，提高曲面铆接质量，大幅提升铆接效率。

3、利用控制模块对铆接输入气压、击打次数和顶紧力曲线的控制，能够有效模拟人工铆接过程，提高成型铆钉的干涉量均匀性，避免普通机器铆接的局限性。

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是本发明一个较佳实施例的整体结构示意图；

图2是本发明一个较佳实施例的末端执行器结构示意图；

图3是本发明另一个较佳实施例的整体结构示意图。

其中，1为末端执行器，2为关节机器人，3为控制模块，4为弧形多钉铆接末端执行器连接件，5为保护外壳，6为固定滑块，7为气动锤铆铆枪，8为扳机固定弹簧，9为单钉铆接末端执行器连接件，10为电磁阀，11为电气比例阀，12为通线圆孔，13为电动推杆，14为保护外壳滑槽，15为橡胶圈，16为力传感器，17为连接件固定组件。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

实施例1

如图1所示，本实施例公开了一种用于单钉铆接的自动锤铆装置，包括一个末端执行器1，关节机器人2和控制模块3，末端执行器1与关节机器人2通过单钉铆接末端执行器连接件9固定连接。关节机器人2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2的高度并为其提供定位以及支撑。控制模块3用于控制关节机器人2的运动完成定位，并控制末端执行器1自动完成铆接动作，可以选用单片机、工控机等控制组件，本实施例中优选为工控机。

如图2所示，末端执行器1包括保护外壳5、铆枪滑块、连接件固定组件17、电磁阀10、电气比例阀11、电动推杆13、橡胶圈15和力传感器16。铆枪滑块包括固定滑块6、气动锤铆铆枪7和扳机固定弹簧8，固定滑块6内设置有与气动锤铆铆枪7外形轮廓一致的凹槽，用于固定气动锤铆铆枪7。动力执行机构有选为电动推杆13。

保护外壳5和固定滑块6由对称两部分组成，固定滑块6将气动锤铆铆枪7夹在固定滑块6的凹槽内，扳机固定弹簧8用于固定气动锤铆铆枪7的扳机，保持扳机常闭。保护外壳5用于固定铆枪滑块及电磁阀10、电气比例阀11、电动推杆13，铆枪滑块可在保护外壳5的保护外壳滑槽14内滑动。保护外壳5的底部设置有连接件固定组件17，用于将末端执行器1固定在单钉铆接末端执行器连接件9上，单钉铆接末端执行器连接件9固定在关节机器人2上。

力传感器16与铆枪滑块面接触，并和气动锤铆铆枪7的铆锤同轴。橡胶圈15置于电动推杆13与力传感器16中间，电动推杆13的丝杆、橡胶圈15与力传感器16同轴，电动推杆13、橡胶圈15与力传感器16均置于保护外壳5内。电磁阀10和电气比例阀11固定在保护外壳5内，可拆卸，电气比例阀11与气动锤铆铆枪7之间设置有电磁阀10，电磁阀10、电气比例阀11、气动锤铆铆枪7依次通过导气管连接。保护外壳5内需要引出的导气管和电线通过保护外壳5的通线圆孔12与控制模块3相连。

关节机器人2用于调整末端执行器1的角度和位置。

控制模块3内预设有顶紧力曲线以及电气比例阀11的通气气压和通电时间等参数，控制模块3根据顶紧力曲线来控制电动推杆13的进给量，从而实现末端执行器1的顶紧力的控制。

实施例2

本实施例是用于弧形多钉铆接的自动铆接装置，与实施例1的区别在于，本实施例中设置了多个末端执行器1。如图3所示，多个末端执行器1固定弧形多钉铆接末端执行器连接件4上，再通过弧形多钉铆接末端执行器连接件4固定在关节机器人2上。

在实施例1或实施例2中，通过更换末端执行器连接件，可以迅速在单钉铆接工况或弧形多钉铆接工况之间切换，提高了工作效率。

实施例3

本实施例是用于单钉铆接的自动铆接装置，与实施例1的区别在于，本实施例中将电动推杆13替换为液压缸。值得注意的是，电动推杆13或液压缸还可以使用其他提供伸缩动力的执行机构来代替。

本发明根据实施例1、实施例2或实施例3中的自动铆接装置，提供了一种自动铆接方法：

配置自动铆接装置：选择单钉铆接或弧形多钉铆接铆接类型，选择相应的末端执行器连接件如单钉铆接末端执行器连接件9或弧形多钉铆接末端执行器连接件4，将一个末端执行器1或多个末端执行器1与关节机器人2相连；

定位铆接位置：通过控制模块3控制关节机器人2的运动，调整关节机器人2的位姿，确定铆接位置；

施加预顶紧力：利用控制模块3控制动力执行机构，确定气动锤铆预顶紧力，保证气动锤铆铆枪7和铆钉接触；

设定铆接参数：利用控制模块3设定电气比例阀11的通电电压和通电时间，设定铆接过程的顶紧力曲线以控制动力执行机构；

完成铆接：通电通气，气动锤铆铆枪7进行连续冲击铆接，直至完成铆接，采集冲击力信号；

监测铆接质量：铆接完成后，控制模块3控制末端执行器1离开铆接件，控制模块3后台将采集到的铆接冲击力信号进行数字信号处理分析，监测铆接质量。

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 (10)

1.一种自动锤铆装置，其特征在于，包括控制模块、关节机器人和末端执行器；

所述控制模块与所述关节机器人、所述末端执行器连接，所述末端执行器可拆卸地固定在所述关节机器人的运动输出端；所述控制模块控制所述关节机器人运动，带动所述末端执行器定位至铆接位置；所述控制模块控制所述末端执行器自动完成铆接；

所述末端执行器包括气动锤铆铆枪、电磁阀、电气比例阀、动力执行机构以及支撑组件；所述气动锤铆铆枪滑动地设置在所述支撑组件上，并通过导气管依次与所述电磁阀、所述电气比例阀连接；所述动力执行机构设置在所述气动锤铆铆枪的一端；

所述控制模块控制所述动力执行机构，实现顶紧力的控制；所述控制模块控制所述电磁阀及所述电气比例阀，实现进气气压及打击次数的控制。

2.如权利要求1所述的自动锤铆装置，其特征在于，所述支撑组件包括保护外壳和铆枪滑块，所述铆枪滑块包括固定滑块；所述固定滑块内设置有与所述气动锤铆铆枪外廓形状一致的凹槽，所述气动锤铆铆枪固定在所述凹槽内；所述固定滑块在所述保护外壳内的滑槽上滑动；所述电磁阀、所述电气比例阀、所述动力执行机构均固定在所述保护外壳内。

3.如权利要求2所述的自动锤铆装置，其特征在于，所述保护外壳和所述固定滑块由对称两部分组成。

4.如权利要求1所述的自动锤铆装置，其特征在于，所述末端执行器通过末端执行器连接件固定在所述关节机器人上。

5.如权利要求4所述的自动锤铆装置，其特征在于，所述末端执行器连接件包括单钉铆接末端执行器连接件和弧形多钉铆接末端执行器连接件；所述单钉铆接末端执行器连接件上配置有一个所述末端执行器，所述弧形多钉铆接末端执行器连接件上配置有多个所述末端执行器。

6.如权利要求1所述的自动锤铆装置，其特征在于，所述末端执行器还包括力传感器，所述力传感器设置所述动力执行机构与所述气动锤铆铆枪之间，且所述力传感器与所述气动锤铆铆枪的铆锤同轴。

7.如权利要求6所述的自动锤铆装置，其特征在于，所述末端执行器还包括橡胶圈，所述橡胶圈置于所述力传感器与所述动力执行机构中间，所述橡胶圈、所述力传感器与所述动力执行机构同轴。

8.如权利要求1-7任一项所述的自动锤铆装置，其特征在于，所述动力执行机构为电动推杆或液压缸的一种。

9.如权利要求8所述的自动锤铆装置，其特征在于，所述关节机器人固定在一可升降的平台上。

10.一种自动锤铆方法，其特征在于，所述使用方法包括如下步骤：

配置自动锤铆装置：选择铆接类型为单钉铆接或弧形多钉铆接，并选择对应的末端执行器连接件，将末端执行器与关节机器人相连；

铆接位置定位：控制所述关节机器人的运动，调整所述关节机器人的位姿，确定铆接位置；

施加预顶紧力：控制动力执行机构，确定气动锤铆预顶紧力；

设定铆接参数：设定电气比例阀的通电电压和通电时间，设定铆接过程的顶紧力曲线以控制所述动力执行机构在铆接过程中的进给量；

完成铆接：通电通气，控制所述末端执行器进行连续冲击铆接，直至完成铆接，采集铆接冲击力信号；

监测铆接质量：铆接完成后，处理并分析采集到的所述铆接冲击力信号，监测铆接质量。