CN110202342A - 一种大部件对接装配模拟平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大部件对接装配模拟平台，属于大尺寸部件测量技术领域。模拟机身与组合式导向机构上方固定连接，组合式导向机构与模拟机身移动机架固定连接；模拟机翼与六自由度并联机器人固定连接，六自由度并联机器人与模拟机翼移动机架固定连接。本发明优点是结构新颖，装配周期短，成本低且能避免传统装配所带来的较大的装配误差，适合大部件的自动化测量装配。

Description

一种大部件对接装配模拟平台

技术领域

本发明涉及大尺寸测量技术领域，尤其涉及一种新型模拟机翼和模拟机身的对接装配模拟平台。

背景技术

目前，国外航空制造企业已经在机身对接装配中广泛应用自动对接技术，而国内航空制造企业受限于技术水平，还在沿用非自动的机身对接模式，对接面上孔销配合精度不高，常造成强行挤压装配，易产生应力，对疲劳强度影响大，在对接装配的协调问题上还是原始的模拟量传递模式，为了保证对接装配顺利可靠，常常在对接部位设计制造相应的巨大标准工装用于协调，导致工人劳动量大、装配效率低、装配质量和装配周期难以保证，而且暴露了模拟量传递方式的多种缺点。

因此，必须集成柔性工装、数字化测量、数控自动定位和装配仿真等先进制造技术，使得国内飞机大部件对接技术由模拟量协调、固定专用工装手工调姿装配向数字量协调、柔性化工装自动调姿装配方向发展，从而提高我国机身对接装配技术水平。同时，在实际装配过程中机身和机翼尺寸太过巨大，对于测量得到的庞大的数据量，现在的软件难以处理或处理过程太过繁杂，所得到的结果数据误差较大。

发明内容

本发明提供一种大部件对接装配模拟平台，目的是能够快速、高效率的实现模拟机身和模拟机翼全流程的精准测量与对接装配，同时，能够对测量所得到的数据进行更简单，更优化的处理。

本发明采用的技术方案是：包括模拟机身，组合式导向机构，模拟机身移动架，模拟机翼，六自由度并联机器人，模拟机翼移动架，其中模拟机身与组合式导向机构上方固定连接，组合式导向机构与模拟机身移动机架固定连接；模拟机翼与六自由度并联机器人固定连接，六自由度并联机器人与模拟机翼移动机架固定连接。

所述模拟机身包括龙骨筋板、支撑板一、轴向定位块、室内GPS一、J型支撑板、铰接板、标定靶球一、L型角座、铰接座、销孔一，其中三块龙骨筋板通过螺钉分别与支撑板一端面相连接，支撑板一内表面下部与两个J型支撑架固定连接，支撑板一上部通过螺钉与两个轴向定位块固定连接，各轴向定位块上装有室内GPS一，各龙骨筋板中间通过螺钉分别与两块铰接板固定连接，铰接板上留有通孔，铰接座与L型角座通过螺钉连在铰接板上，铰接座上留有对接装配的销孔一，龙骨筋板外边缘分别与标定靶球一通过磁性连接。

所述组合式导向机构包括底板、线性导向轴、T型轴承、导向轴支座、外壳体、组合式滑块、梯型丝杠、丝杠支座、滑轨、隔板，其中隔板与组合式滑块上表面通过螺钉连接，组合式滑块与固定在外壳体底部的两个滑轨滑动连接，壳体底部中间置有梯型丝杠，梯型丝杠通过丝杠支座固定在滑轨的中间位置，外壳体两边布置有两根线性导向轴，两个T型轴承安装在线性导向轴上，线性导向轴通过导向轴支座固定在底板上，隔板与模拟机身相连接，通过对梯形丝杠微调带动滑块运动。

所述模拟机身移动架包括矩形顶框、凸型材、立柱一、矩形底框、横梁一、脚轮一，其中矩形顶框中间连有四根带有凸台的凸型材，凸型材上带有通孔，矩形底框与矩形顶框一致，中间与横梁一连接，矩形顶框与矩形底框通过六根立柱一相连接，底框底部通过螺钉与四个脚轮一连接，该结构能够实现整个模拟机身的自由移动，测量过程中能随时对模拟机身进行调整。

所述模拟机翼包括翼型筋板、支撑板二、标定靶球二、铰接块、销孔二、J型支撑架、室内GPS二，其中翼型筋板与三块铰接块固定连接，铰接块上有销孔，三块翼型筋板内侧分别与支撑板两端通过螺钉连接，支撑板二分别与两个J型支撑架固定连接，每个J型支撑架上端面固定连接室内GPS二，每个翼型筋板外边缘与标定靶球二通过磁性连接，通过J型支撑架上的室内GPS二对模拟机翼上靶球二标定。

所述六自由度并联机器人包括上平台、伸缩杆、万向节、下平台，其中上平台下端面固定连接有六个万向节，伸缩杆一端与万向节通过铰接连接、另一端通过铰接与连接在下平台的万向节铰接。

所述模拟机翼移动架包括槽形板、顶框、立柱二、底框、横梁二、脚轮二，其中三块槽形板通过螺钉与顶框固定连接，顶框、底框分别由四根铝型材组合搭建，底框间连接有一横梁，顶框与底框通过四根立柱一相连接，底框通过螺钉与脚轮一连接。

本发明有如下优点：

1.通过组合式导向机构可以使得模拟机身做往复直线运动，实现了整个装配过程中模拟机身的自动调整。

2.采用六自由度并联机器人，能够实现整个装配过程中模拟机翼的自动旋转和移动，使得模拟机翼和模拟机身上的销孔对接更加精准。

3.模拟机身、模拟机翼刚性部件上粘有标定靶球，采用室内GPS测量系统对模拟机身和模拟机翼进行坐标标定，使得测量的三维坐标更精准，从而提高了对接装配的精度。

本发明结构新颖，装配周期短，成本低且能避免传统装配所带来的较大的装配误差，适合大部件的自动化测量装配。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明模拟机身的示意图

图3是本发明模拟机身的局部示意图；

图4是本发明组合式导向机构的结构示意图；

图5是本发明组合式导向机构的局部示意图；

图6是本发明模拟机身移动架的结构示意图；

图7是本发明模拟机翼的结构示意图；

图8是本发明六自由度并联机器人的结构示意图；

图9是本发明模拟机翼移动架的结构示意图；

图10本发明模拟机身和模拟机翼对接装配处的示意图。

具体实施方式

参照图1，包括模拟机身100，组合式导向机构200，模拟机身移动架300，模拟机翼400，六自由度并联机器人500，模拟机翼移动架600，其中模拟机身100与组合式导向机构200上方固定连接，组合式导向机构200与模拟机身移动机架300固定连接；模拟机翼400与六自由度并联机器人500固定连接，六自由度并联机器人500与模拟机翼移动机架600固定连接。

参照图2、3，所述模拟机身100包括龙骨筋板101、支撑板一103、轴向定位块102、室内GPS一104、J型支撑板106、铰接板105、标定靶球一107、L型角座108、铰接座110、销孔一109，其中三块龙骨筋板101通过螺钉分别与支撑板一103端面相连接，支撑板一103内表面下部与两个J型支撑架106固定连接，支撑板一103上部通过螺钉与两个轴向定位块102固定连接，各轴向定位块102上装有室内GPS一104，各龙骨筋板101中间通过螺钉分别与两块铰接板105固定连接，铰接板105上留有通孔，铰接座110与L型角座108通过螺钉连在铰接板105上，铰接座110上留有对接装配的销孔一109，龙骨筋板101外边缘分别与标定靶球一107通过磁性连接，其中，轴向定位块102上的GPS一104通过对标定靶球一107的标定能获得模拟机身100的三维坐标，进一步地得到模拟机100身上销孔109的三维坐标。

参照图4、5，所述组合式导向机构200包括底板201、线性导向轴205、T型轴承203、导向轴支座202、外壳体206、组合式滑块208、梯型丝杠210、丝杠支座207、滑轨209、隔板204，其中隔板204与组合式滑块208上表面通过螺钉连接，组合式滑块208与固定在外壳体206底部的两个滑轨209滑动连接，壳体206底部中间置有梯型丝杠210，梯型丝杠210通过丝杠支座207固定在滑轨209的中间位置，外壳体206两边布置有两根线性导向轴205，两个T型轴承203安装在线性导向轴205上，线性导向轴205通过导向轴支座202固定在底板201上，隔板204与模拟机身100相连接，通过对梯形丝杠210微调带动滑块208运动，从而实现整个测量过程中模拟机身100高精度的往复直线运动。

参照图6，所述模拟机身移动架300包括矩形顶框301、凸型材302、立柱一303、矩形底框304、横梁一305、脚轮一306，其中矩形顶框301中间连有四根带有凸台的凸型材302，凸型材302上带有通孔，矩形底框304与矩形顶框301一致，中间与横梁一305连接，矩形顶框301与矩形底框304通过六根立柱一303相连接，底框304底部通过螺钉与四个脚轮一306连接，该结构能够实现整个模拟机身的自由移动，测量过程中能随时对模拟机身进行调整。

参照图7，所述模拟机翼400包括翼型筋板403、支撑板二404、标定靶球二406、铰接块402、销孔二401、J型支撑架407、室内GPS二405，其中翼型筋板403与三块铰接块402固定连接，铰接块402上有销孔401，三块翼型筋板403内侧分别与支撑板404两端通过螺钉连接，支撑板404分别与两个J型支撑架407固定连接，每个J型支撑架407上端面固定连接室内GPS二405，每个翼型筋板403外边缘与标定靶球二406通过磁性连接，通过J型支撑架407上的室内GPS二405对模拟机翼400上靶球二406标定，从而获得整个模拟机身的三维坐标，进一步地得到模拟机翼400上销孔401的三维坐标。

参照图8，所述六自由度并联机器人500包括上平台501、伸缩杆503、万向节502、下平台504，其中上平台501下端面固定连接有六个万向节502，伸缩杆503一端与万向节502通过铰接连接、另一端通过铰接与连接在下平台504的万向节502铰接，通过万向节502的转动，实现上平台501的平移、翻转，实现整个测量过程中对整个模拟机翼400的平移、翻转，使得模拟机身100和模拟机翼400能实现装配全流程的精准对接。

参照图9，所述模拟机翼移动架600包括槽形板601、顶框602、立柱二603、底框604、横梁二605、脚轮二606，其中三块槽形板601通过螺钉与顶框602固定连接，顶框602、底框604分别由四根铝型材组合搭建，底框604间连接有一横梁605，顶框602与底框604通过四根立柱一603相连接，底框604通过螺钉与脚轮一606连接，该结构能够实现整个模拟机翼400的自由移动，测量过程中能随时对模拟机翼400进行调整。

工作原理：

首先，搭建GPS测量模拟平台，通过测量公共基准点，以其中一个GPS坐标系为全局坐标系，将其他三个GPS的坐标统一到全局坐标系下，通过梯型丝杠210和组合式滑块208对模拟机身100做细微的调整，使得模拟机身100置于某个合适的位置空间。进一步地通过室内GPS一104对模拟机身100上的标定靶球一107进行标定，获得模拟机身100的三维空间坐标，进一步地得到铰接座110上销孔109的三维空间坐标；

其次，将模拟机翼400置于一个合适的空间位置，使得模拟机身100和模拟机翼400处于模拟机翼和模拟机身的对合保留量处，通过翻转、平移六自由度并联机器人500使得模拟机翼400上的铰接块402上的销孔401和铰接座110上的销孔109处于相交叉的空间位置，进一步地通过室内GPS二405对模拟机翼400上的标定靶球二406进行标定，获得模拟机翼400的三维空间坐标，进一步地得到铰接块402上的销孔401在同一个世界坐标系下的三维坐标；根据所测得的两个销孔的三维坐标，解算出两个销孔的相对位姿，进一步地，再次通过梯形丝杠210和滑块208以及六自由度机器人500对模拟机身100进行调整，进一步地再次测量两销孔的空间坐标，解算出两销孔的相对位位置，直至解算出的相对位姿能够满足装配所能达到的要求；

最后，完成模拟机身100和模拟机翼400的对接装配，参照图10。

为了判断测量结果是否可靠，采用最小二乘法对测量得到的数据进行精度的评估，同时采用协方差传播规律进行误差计算，使得精度评定的结果更加的准确。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种大部件对接装配模拟平台，其特征在于：模拟机身与组合式导向机构上方固定连接，组合式导向机构与模拟机身移动机架固定连接；模拟机翼与六自由度并联机器人固定连接，六自由度并联机器人与模拟机翼移动机架固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种大部件对接装配模拟平台，其特征在于：所述模拟机身包括龙骨筋板、支撑板一、轴向定位块、室内GPS一、J型支撑板、铰接板、标定靶球一、L型角座、铰接座、销孔一，其中三块龙骨筋板通过螺钉分别与支撑板一端面相连接，支撑板一内表面下部与两个J型支撑架固定连接，支撑板一上部通过螺钉与两个轴向定位块固定连接，各轴向定位块上装有室内GPS一，各龙骨筋板中间通过螺钉分别与两块铰接板固定连接，铰接板上留有通孔，铰接座与L型角座通过螺钉连在铰接板上，铰接座上留有对接装配的销孔一，龙骨筋板外边缘分别与标定靶球一通过磁性连接。

3.根据权利要求1所述的一种大部件对接装配模拟平台，其特征在于：所述组合式导向机构包括底板、线性导向轴、T型轴承、导向轴支座、外壳体、组合式滑块、梯型丝杠、丝杠支座、滑轨、隔板，其中隔板与组合式滑块上表面通过螺钉连接，组合式滑块与固定在外壳体底部的两个滑轨滑动连接，壳体底部中间置有梯型丝杠，梯型丝杠通过丝杠支座固定在滑轨的中间位置，外壳体两边布置有两根线性导向轴，两个T型轴承安装在线性导向轴上，线性导向轴通过导向轴支座固定在底板上，隔板与模拟机身相连接，通过对梯形丝杠微调带动滑块运动。

4.根据权利要求1所述的一种大部件对接装配模拟平台，其特征在于：所述模拟机身移动架包括矩形顶框、凸型材、立柱一、矩形底框、横梁一、脚轮一，其中矩形顶框中间连有四根带有凸台的凸型材，凸型材上带有通孔，矩形底框与矩形顶框一致，中间与横梁一连接，矩形顶框与矩形底框通过六根立柱一相连接，底框底部通过螺钉与四个脚轮一连接，该结构能够实现整个模拟机身的自由移动，测量过程中能随时对模拟机身进行调整。

5.根据权利要求1所述的一种大部件对接装配模拟平台，其特征在于：所述模拟机翼包括翼型筋板、支撑板二、标定靶球二、铰接块、销孔二、J型支撑架、室内GPS二，其中翼型筋板与三块铰接块固定连接，铰接块上有销孔，三块翼型筋板内侧分别与支撑板两端通过螺钉连接，支撑板二分别与两个J型支撑架固定连接，每个J型支撑架上端面固定连接室内GPS二，每个翼型筋板外边缘与标定靶球二通过磁性连接，通过J型支撑架上的室内GPS二对模拟机翼上靶球二标定。

6.根据权利要求1所述的一种大部件对接装配模拟平台，其特征在于：所述六自由度并联机器人包括上平台、伸缩杆、万向节、下平台，其中上平台下端面固定连接有六个万向节，伸缩杆一端与万向节通过铰接连接、另一端通过铰接与连接在下平台的万向节铰接。

7.根据权利要求1所述的一种大部件对接装配模拟平台，其特征在于：所述模拟机翼移动架包括槽形板、顶框、立柱二、底框、横梁二、脚轮二，其中三块槽形板通过螺钉与顶框固定连接，顶框、底框分别由四根铝型材组合搭建，底框间连接有一横梁，顶框与底框通过四根立柱一相连接，底框通过螺钉与脚轮一连接。