CN110125312A - 一种自动制孔铆接控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种自动制孔铆接控制系统及控制方法，通过机器人控制器控制机器人移动到飞机壁板待制孔位置；拍摄飞机壁板上的定位钉并确定坐标；基于坐标通过机器人控制器确定视觉相机获取的定位钉的坐标与预先设定的理论坐标的偏差；根据偏差通过机器人控制器控制机器人移动；通过激光传感器检测安装在机器人上的压力角单元到飞机壁板的距离；通过PLC控制器根据距离计算压力角单元法向与飞机壁板法向偏角；将偏角发送至机器人控制器；机器人控制器根据接收到的偏角调整机器人机器臂末端的角度，使压力单元的法向与飞机壁板垂直；通过机器人控制器控制机器人完成制孔和铆接。本发明中的上述方法及系统能够提高飞机壁板的自动化效率以及装配精度。

Description

一种自动制孔铆接控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及自动控制领域，特别是涉及一种自动制孔铆接控制系统及控制方法。

背景技术

飞机装配过程中需要对飞机壁板预制大量连接孔，目前我国飞机壁板装配大部分还采用人工制孔铆接的方式，虽然近年来引进了一部分国外的自动制孔设备，同时国内部分科研院所也研制了一批类似设备，但这些自动制孔设备主要由主轴和压力角两级执行模块组成，体积较大，功能也比较单一，仅能完成制孔作业，铆接依旧采用手工方式；而且目前自动制孔设备的传感器反馈仅限于主控制层，执行子模块缺少传感器反馈，因此自动控制大部分为半闭环或者仅有一个主系统闭环，没有实现单个执行子模块的闭环控制，一方面无法确保单个执行子模块的安全运行，另一方面无法保证装配精度。针对上述问题，如何实现飞机壁板自动装配过程中的制孔和铆接作业，提高飞机壁板装配的自动化效率，以及实现主系统和执行子模块的闭环控制是飞机壁板自动化装配领域中急待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种自动制孔铆接控制系统及控制方法，提高飞机壁板的自动化效率以及装配精度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种自动制孔铆接控制系统，所述控制系统包括：

机器人，用于完成制孔和铆接；

视觉相机，安装在所述机器人上，用于拍摄飞机壁板上的定位钉并确定所述定位钉的坐标；

机器人控制器，与所述机器人连接，用于控制所述机器人移动到飞机壁板待制孔位置；所述机器人控制器还与所述视觉相机连接，用于确定所述视觉相机获取的定位钉的坐标与预先设定的理论坐标的偏差，并根据所述偏差控制机器人移动；所述机器人控制器还用于控制所述机器人完成制孔和铆接；

激光传感器，用于检测安装在机器人上的压力角单元到飞机壁板的距离；

PLC控制器，与所述位移传感器连接和所述机器人控制器连接，用于根据所述距离计算压力角单元法向与飞机壁板法向偏角，并将所述偏角发送至所述机器人控制器；

所述机器人控制器还用于根据接收到的偏角调整机器人机器臂末端的角度，使所述压力单元的法向与飞机壁板垂直。

可选的，所述机器人具体包括：

第一伺服电机，用于带动所述压力板单元飞向飞机壁板；

第二伺服电机，用于通过丝杠带动电主轴支撑架进给，使制孔电主轴开始制孔；

第三伺服电机，用于通过丝杠带动转盘装置向抽钉拉铆作业工位转动；

压力传感器，用于检测压力角单元与飞机壁板之间的压力；

伺服驱动器与所述第一伺服电机、所述第二伺服电机以及所述第三伺服电机连接，用于驱动所述第一伺服电机、所述第二伺服电机以及所述第三伺服电机转动；

所述伺服驱动器还与所述PLC控制器连接，用于接收所述PLC控制器发出的驱动信号；

第一位移传感器，与伺服驱动器连接，用于检测电主轴支撑架的第一位移数值；

第二位移传感器，伺服驱动器连接，用于检测第一角位移数值。

可选的，所述系统还包括第一限位开关、第二限位开关以及第三限位开关。

本发明另外提供一种自动制孔铆接控制方法，所述控制方法包括：

通过机器人控制器控制机器人移动到飞机壁板待制孔位置；

通过视觉相机拍摄飞机壁板上的定位钉并确定所述定位钉的坐标；

基于所述定位钉的坐标通过机器人控制器确定所述视觉相机获取的定位钉的坐标与预先设定的理论坐标的偏差；

根据所述偏差通过机器人控制器控制机器人移动；

通过位移传感器检测安装在机器人上的压力角单元到飞机壁板的距离；

通过PLC控制器根据所述距离计算压力角单元法向与飞机壁板法向偏角；

将所述偏角发送至所述机器人控制器；

所述机器人控制器根据接收到的偏角调整机器人机器臂末端的角度，使所述压力单元的法向与飞机壁板垂直；

通过机器人控制器控制机器人完成制孔和铆接。

可选的，所述通过机器人控制器控制机器人完成制孔和铆接具体包括：

通过PLC控制器向伺服驱动器发送驱动信号；

通过伺服驱动器驱动第一伺服电机正转，使压力角单元飞向飞机壁板；

通过压力传感器检测压力角单元与飞机壁板之间的第一压力值；

当所述第一压力值大于预先设定的模拟量数值时，所述伺服驱动器控制第一伺服电机停止；

通过伺服驱动器控制第一伺服电机反转，使所述压力角单元后退；

通过压力传感器检测压力角单元与飞机壁板之间的第二压力值；

当所述第二压力值为零时，所述伺服驱动器控制第一伺服电机停止；

伺服驱动器驱动第二伺服电机正转，并通过丝杠带动电主轴支撑架进给，使制孔电主轴开始制孔；

通过第一位移传感器检测电主轴支撑架的第一位移数值；

当所述第一位移数值达到预设的位移数值时，由伺服驱动器控制第二伺服电机停止转动；

通过伺服驱动器驱动第二伺服电机反转，使电主轴支撑架后退；

通过第一位移传感器检测电主轴支撑架的第二位移数值，当所述第二位移数值为零时，由伺服驱动器控制第二伺服电机停止转动；

伺服驱动器驱动第三伺服电机正转，并通过丝杠带动转盘装置向抽钉拉铆作业工位转动；

通过第二位移传感器检测第一角位移数值；

当所述第一角位移数值等于预先设定的角位置数值时，伺服驱动器控制所述第三伺服电机停止转动；

通过PLC控制器向继电器发送电压信号，继电器由常开切换为常闭，抽钉拉铆装置完成铆接作业；

伺服驱动器驱动第三伺服电机反转，转盘装置向制孔作业工位转动；

通过第二位移传感器检测第二角位移数值，当所述第二角位移数值为零时，伺服驱动器控制所述第三伺服驱动电机停止。

可选的，所述方法在还包括当所述第二压力值为零时，所述伺服驱动器控制第一伺服电机停止之后，还包括：

当压力单元在运动过程中触发第一限位开关时，第一限位开关将数字量信号发送至伺服驱动器，由伺服驱动器控制第一伺服电机紧急制动。

可选的，所述方法在当所述第二位移数值为零时，由伺服驱动器控制第二伺服电机停止转动时之后，还包括：

当电主轴支撑架在运动过程中触发第二限位开关时，第二限位开关将数字量信号发送至伺服驱动器，由伺服驱动器控制第二伺服电机紧急制动。

可选的，所述方法在当所述第二角位移数值为零时，伺服驱动器控制所述第三伺服驱动电机停止之后，还包括：

当转盘装置在运动过程中触发第三限位开关时，第三限位开关将数字量信号发送至伺服驱动器，由伺服驱动器控制第三伺服电机紧急制动。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明中的上述系统和方法通过视觉相机拍摄飞机壁板上的定位钉并确定所述定位钉的坐标，将该坐标发送至机器人控制器，由机器人控制器控制机器人进行工作，再由位移传感器检测安装在机器人上的压力角单元到飞机壁板的距离，通过该距离计算压力角单元法向与飞机壁板法向偏角，并基于PLC控制器向机器人控制器发送控制信号，从而实现机器人自动完成制孔和铆接工作，大大提高了自动化率、飞机壁板自动装配的精度和质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例自动制孔铆接控制系统结构示意图；

图2为本发明实施例自动制孔铆接控制方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种自动制孔铆接控制系统及控制方法，提高飞机壁板的自动化效率以及装配精度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例自动制孔铆接控制系统结构示意图，如图1所示，所述系统包括：机器人、视觉相机2、机器人控制器3、激光传感器4以及PLC控制器5；

其中，所述机器人用于完成制孔和铆接；

所述视觉相机2安装在所述机器人上，用于拍摄飞机壁板上的定位钉并确定所述定位钉的坐标；

所述机器人控制器3与所述机器人连接，用于控制所述机器人移动到飞机壁板待制孔位置；所述机器人控制器还与所述视觉相机连接，用于确定所述视觉相机获取的定位钉的坐标与预先设定的理论坐标的偏差，并根据所述偏差控制机器人移动；所述机器人控制器还用于控制所述机器人完成制孔和铆接；

所述激光传感器4用于检测安装在机器人上的压力角单元到飞机壁板的距离；

所述PLC控制器5与所述激光传感器连接和所述机器人控制器连接，用于根据所述距离计算压力角单元法向与飞机壁板法向偏角，并将所述偏角发送至所述机器人控制器；

所述机器人控制器3还用于根据接收到的偏角调整机器人机器臂末端的角度，使所述压力单元的法向与飞机壁板垂直。

其中，所述机器人具体包括：

第一伺服电机101，用于带动所述压力板单元飞向飞机壁板；

第二伺服电机102，用于通过丝杠带动电主轴支撑架进给，使制孔电主轴开始制孔；

第三伺服电机103，用于通过丝杠带动转盘装置向抽钉拉铆作业工位转动；

压力传感器104，用于检测压力角单元与飞机壁板之间的压力；

伺服驱动器与所述第一伺服电机101、所述第二伺服电机102以及所述第三伺服电机103连接，用于驱动所述第一伺服电机101、所述第二伺服电机102以及所述第三伺服电机103转动；

所述伺服驱动器还与所述PLC控制器5连接，用于接收所述PLC控制器5发出的驱动信号；

具体的，所述伺服驱动器具体包括：第一伺服驱动器105、第二伺服驱动器106以及第三伺服驱动器107，所述第一伺服驱动器105与第一伺服电机连接101，所述第二伺服驱动器106与第二伺服电机102连接，所述第三伺服驱动器107与第三伺服电机103连接；

第一位移传感器108，与第二伺服驱动器106连接，用于检测电主轴支撑架的第一位移数值；

第二位移传感器109，与第三伺服驱动器107连接，用于检测第一角位移数值。所述第二位移传感器109为圆盘光栅尺传感器。

此外，为了防止机器人在工作过程中发生意外碰撞，本发明中的上述系统还包括第一限位开关6、第二限位开关7以及第三限位开关8。

如图2所示，图2为本发明实施例自动制孔铆接控制方法流程图，所述控制方法包括：

步骤101：通过机器人控制器控制机器人移动到飞机壁板待制孔位置。

具体的，将工艺参数输入后，开始飞机壁板的装配工作，由机器人控制器根据离线程序控制机器人移动到飞机壁板待制孔位置。

步骤102：通过视觉相机拍摄飞机壁板上的定位钉并确定所述定位钉的坐标。

步骤103；基于所述定位钉的坐标通过机器人控制器确定所述视觉相机获取的定位钉的坐标与预先设定的理论坐标的偏差。

具体的，是通过圆拟合的方式确定上述偏差。

步骤104：根据所述偏差通过机器人控制器控制机器人移动。

具体的，是将偏差代入离线程序中所有理论定位钉坐标中，使飞机壁板实际孔位于机器人离线程序理论孔位一致。

步骤105：通过位移传感器检测安装在机器人上的压力角单元到飞机壁板的距离。

步骤106：通过PLC控制器根据所述距离计算压力角单元法向与飞机壁板法向偏角。

步骤107：将所述偏角发送至所述机器人控制器。

具体的，是通过TCP/IP协议发送给机器人控制器。

步骤108：所述机器人控制器根据接收到的偏角调整机器人机器臂末端的角度，使所述压力单元的法向与飞机壁板垂直。

步骤109：通过机器人控制器控制机器人完成制孔和铆接。

具体的步骤109中，所述通过机器人控制器控制机器人完成制孔和铆接具体包括：

步骤1091：通过PLC控制器向伺服驱动器发送驱动信号。

具体的，上述伺服驱动器具体包括：第一伺服驱动器、第二伺服驱动器以及伺服驱动器。

步骤1092：通过伺服驱动器驱动第一伺服电机正转，使压力角单元飞向飞机壁板。

具体的，是通过第一伺服驱动器驱动第一伺服电机正转。

步骤1093:通过压力传感器检测压力角单元与飞机壁板之间的第一压力值。

步骤1094：当所述第一压力值大于预先设定的模拟量数值时，所述伺服驱动器控制第一伺服电机停止。

具体的，是所述第一伺服驱动器控制第一伺服电机停止。

步骤1095：通过伺服驱动器控制第一伺服电机反转，使所述压力角单元后退。

具体的，是所述第一伺服驱动器控制第一伺服电机反转。

步骤1096：通过压力传感器检测压力角单元与飞机壁板之间的第二压力值。

步骤1097：当所述第二压力值为零时，所述伺服驱动器控制第一伺服电机停止。

具体的，是第一伺服驱动器控制第一伺服电机停止。

至此，完成了制孔前压紧飞机壁板工作。

步骤1098：伺服驱动器驱动第二伺服电机正转，并通过丝杠带动电主轴支撑架进给，使制孔电主轴11开始制孔。

具体的，通过主轴变频器9与制孔电主轴11连接。

具体的，是第二伺服驱动器驱动第二伺服电机正转。

步骤1099：通过第一位移传感器检测电主轴支撑架的第一位移数值。

步骤10910：当所述第一位移数值达到预设的位移数值时，由伺服驱动器控制第二伺服电机停止转动。

具体的，是由第二伺服驱动器控制第二伺服电机停止转动。

步骤10911：通过伺服驱动器驱动第二伺服电机反转，使电主轴支撑架后退。

具体的，是由第二伺服驱动器驱动第二伺服电机反转。

步骤10912：通过第一位移传感器检测电主轴支撑架的第二位移数值，当所述第二位移数值为零时，由伺服驱动器控制第二伺服电机停止转动。

具体的，是由第二伺服驱动器控制第二伺服电机停止转动。

至此，完成了飞机壁板制孔作业。

步骤10913：伺服驱动器驱动第三伺服电机正转，并通过丝杠带动转盘装置向抽钉拉铆作业工位转动。

具体的，是第三伺服驱动器驱动第三伺服电机正转。

步骤10914：通过第二位移传感器检测第一角位移数值。

步骤10915：当所述第一角位移数值等于预先设定的角位置数值时，伺服驱动器控制所述第三伺服电机停止转动。

具体的，是第三伺服驱动器控制所述第三伺服电机停止转动。

步骤10916：通过PLC控制器向继电器10发送电压信号，继电器由常开切换为常闭，抽钉拉铆装置12完成铆接作业。

步骤10917：伺服驱动器驱动第三伺服电机反转，转盘装置向制孔作业工位转动。

具体的，是第三伺服驱动器驱动第三伺服电机反转。

步骤10918：通过第二位移传感器检测第二角位移数值，当所述第二角位移数值为零时，伺服驱动器控制所述第三伺服驱动电机停止。

具体的，是第三伺服驱动器控制所述第三伺服驱动电机停止。

为了防止机器人在工作过程中发生意外碰撞，所述方法在还包括当所述第二压力值为零时，所述伺服驱动器控制第一伺服电机停止之后，还包括：

当压力单元在运动过程中触发第一限位开关时，第一限位开关将数字量信号发送至伺服驱动器，由伺服驱动器控制第一伺服电机紧急制动。

所述方法在当所述第二位移数值为零时，由伺服驱动器控制第二伺服电机停止转动时之后，还包括：

当电主轴支撑架在运动过程中触发第二限位开关时，第二限位开关将数字量信号发送至伺服驱动器，由伺服驱动器控制第二伺服电机紧急制动。

所述方法在当所述第二角位移数值为零时，伺服驱动器控制所述第三伺服驱动电机停止之后，还包括：

当转盘装置在运动过程中触发第三限位开关时，第三限位开关将数字量信号发送至伺服驱动器，由伺服驱动器控制第三伺服电机紧急制动。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种自动制孔铆接控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：

机器人，用于完成制孔和铆接；

视觉相机，安装在所述机器人上，用于拍摄飞机壁板上的定位钉并确定所述定位钉的坐标；

机器人控制器，与所述机器人连接，用于控制所述机器人移动到飞机壁板待制孔位置；所述机器人控制器还与所述视觉相机连接，用于确定所述视觉相机获取的定位钉的坐标与预先设定的理论坐标的偏差，并根据所述偏差控制机器人移动；所述机器人控制器还用于控制所述机器人完成制孔和铆接；

激光传感器，用于检测安装在机器人上的压力角单元到飞机壁板的距离；

PLC控制器，与所述激光传感器连接和所述机器人控制器连接，用于根据所述距离计算压力角单元法向与飞机壁板法向偏角，并将所述偏角发送至所述机器人控制器；

所述机器人控制器还用于根据接收到的偏角调整机器人机器臂末端的角度，使所述压力单元的法向与飞机壁板垂直。

2.根据权利要求1所述的自动制孔铆接控制系统，其特征在于，所述机器人具体包括：

第一伺服电机，用于带动所述压力板单元飞向飞机壁板；

第二伺服电机，用于通过丝杠带动电主轴支撑架进给，使制孔电主轴开始制孔；

第三伺服电机，用于通过丝杠带动转盘装置向抽钉拉铆作业工位转动；

压力传感器，用于检测压力角单元与飞机壁板之间的压力；

伺服驱动器与所述第一伺服电机、所述第二伺服电机以及所述第三伺服电机连接，用于驱动所述第一伺服电机、所述第二伺服电机以及所述第三伺服电机转动；

所述伺服驱动器还与所述PLC控制器连接，用于接收所述PLC控制器发出的驱动信号；

第一位移传感器，与伺服驱动器连接，用于检测电主轴支撑架的第一位移数值；

第二位移传感器，伺服驱动器连接，用于检测第一角位移数值。

3.根据权利要求1所述的自动制孔铆接控制系统，其特征在于，所述系统还包括第一限位开关、第二限位开关以及第三限位开关。

4.一种自动制孔铆接控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

通过机器人控制器控制机器人移动到飞机壁板待制孔位置；

通过视觉相机拍摄飞机壁板上的定位钉并确定所述定位钉的坐标；

基于所述定位钉的坐标通过机器人控制器确定所述视觉相机获取的定位钉的坐标与预先设定的理论坐标的偏差；

根据所述偏差通过机器人控制器控制机器人移动；

通过激光传感器检测安装在机器人上的压力角单元到飞机壁板的距离；

通过PLC控制器根据所述距离计算压力角单元法向与飞机壁板法向偏角；

将所述偏角发送至所述机器人控制器；

所述机器人控制器根据接收到的偏角调整机器人机器臂末端的角度，使所述压力单元的法向与飞机壁板垂直；

通过机器人控制器控制机器人完成制孔和铆接。

5.根据权利要求4所述的自动制孔铆接控制方法，其特征在于，所述通过机器人控制器控制机器人完成制孔和铆接具体包括：

通过PLC控制器向伺服驱动器发送驱动信号；

通过伺服驱动器驱动第一伺服电机正转，使压力角单元飞向飞机壁板；

通过压力传感器检测压力角单元与飞机壁板之间的第一压力值；

当所述第一压力值大于预先设定的模拟量数值时，所述伺服驱动器控制第一伺服电机停止；

通过伺服驱动器控制第一伺服电机反转，使所述压力角单元后退；

通过压力传感器检测压力角单元与飞机壁板之间的第二压力值；

当所述第二压力值为零时，所述伺服驱动器控制第一伺服电机停止；

伺服驱动器驱动第二伺服电机正转，并通过丝杠带动电主轴支撑架进给，使制孔电主轴开始制孔；

通过第一位移传感器检测电主轴支撑架的第一位移数值；

当所述第一位移数值达到预设的位移数值时，由伺服驱动器控制第二伺服电机停止转动；

通过伺服驱动器驱动第二伺服电机反转，使电主轴支撑架后退；

通过第一位移传感器检测电主轴支撑架的第二位移数值，当所述第二位移数值为零时，由伺服驱动器控制第二伺服电机停止转动；

伺服驱动器驱动第三伺服电机正转，并通过丝杠带动转盘装置向抽钉拉铆作业工位转动；

通过第二位移传感器检测第一角位移数值；

当所述第一角位移数值等于预先设定的角位置数值时，伺服驱动器控制所述第三伺服电机停止转动；

通过PLC控制器向继电器发送电压信号，继电器由常开切换为常闭，抽钉拉铆装置完成铆接作业；

伺服驱动器驱动第三伺服电机反转，转盘装置向制孔作业工位转动；

通过第二位移传感器检测第二角位移数值，当所述第二角位移数值为零时，伺服驱动器控制所述第三伺服驱动电机停止。

6.根据权利要求5所述的自动制孔铆接控制方法，其特征在于，所述方法在还包括当所述第二压力值为零时，所述伺服驱动器控制第一伺服电机停止之后，还包括：

当压力单元在运动过程中触发第一限位开关时，第一限位开关将数字量信号发送至伺服驱动器，由伺服驱动器控制第一伺服电机紧急制动。

7.根据权利要求5所述的自动制孔铆接控制方法，其特征在于，所述方法在当所述第二位移数值为零时，由伺服驱动器控制第二伺服电机停止转动时之后，还包括：

当电主轴支撑架在运动过程中触发第二限位开关时，第二限位开关将数字量信号发送至伺服驱动器，由伺服驱动器控制第二伺服电机紧急制动。

8.根据权利要求5所述的自动制孔铆接控制方法，其特征在于，所述方法在当所述第二角位移数值为零时，伺服驱动器控制所述第三伺服驱动电机停止之后，还包括：

当转盘装置在运动过程中触发第三限位开关时，第三限位开关将数字量信号发送至伺服驱动器，由伺服驱动器控制第三伺服电机紧急制动。