CN112743431A - 一种飞机外表打磨机器人装置及打磨方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种飞机外表打磨机器人装置及打磨方法，装置包括：连接在行车上的机身修理平台和人机协作机器人，所述机身修理平台沿飞机的机身方向安装有一层平台导轨和二层平台导轨，还安装有能够沿所述第一层平台导轨移动、用于打磨飞机机身侧面的第一套人机协作机器人以及能够沿所述二层平台导轨移动的圆弧导轨，所述圆弧导轨与飞机机身顶部的外形适配，并安装用于打磨飞机机身背部的第二套人机协作机器人，所述飞机外表打磨机器人装置还包括可移动、可升降的行走车，所述行走车上安装用于打磨飞机机身腹部的第三套人机协作机器人。本发明实现了飞机机身的半自动打磨，降低了工作强度并提高了工作效率。

Description

一种飞机外表打磨机器人装置及打磨方法

技术领域

本发明涉及飞机维修技术领域，具体涉及一种飞机外表打磨机器人装置。

背景技术

飞机通常每六年就需要进行一次整机喷漆，以保障飞机自身的安全性、防腐性和美观性。喷漆前需要对原有油漆层进行打磨除漆。现在民航行业普遍的做法是由人力操作手提气动打磨工具去对整机进行打磨，因为客机的尺寸都较大，对飞机机身的侧面或背部进行打磨时困难较多，不仅工作效率低，而且质量不可控、劳动强度大，还具有职业健康危害，人工操作还存在人员和设备的安全风险。

公布号为CN111037415A的中国专利公开了《一种飞机修理复合材料柔性自动打磨装置及打磨方法》，包括移动平台、协作机器人、浮动力敏打磨头机构、吸尘装置以及控制组件，协作机器人包括六轴轻型机械臂、六维力传感器、机器人控制器和示教器。该设备实现了复合材料修复涉及的打磨、挖除、抛光等操作过程的半自动或自动化。但是面对一架庞大的飞机，尤其是飞机的侧面和背部，该设备也无法做到飞机全外表的打磨除漆。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种飞机外表打磨机器人装置，可用于整个飞机机身外表的自动或半自动打磨。

其采用的技术方案如下，

一种飞机外表打磨机器人装置，包括连接在行车上的机身修理平台和人机协作机器人，所述机身修理平台沿飞机的机身方向安装有一层平台导轨和二层平台导轨，还安装有能够沿所述第一层平台导轨移动、用于打磨飞机机身侧面的第一套人机协作机器人以及能够沿所述二层平台导轨移动的圆弧导轨，所述圆弧导轨与飞机机身顶部的外形适配，并安装用于打磨飞机机身背部的第二套人机协作机器人，所述飞机外表打磨机器人装置还包括可移动、可升降的行走车，所述行走车上安装用于打磨飞机机身腹部的第三套人机协作机器人。

本发明的装置，将行车、修理平台、人机协作机器人组合起来，一层平台导轨上安装的第一套人机协作机器人的打磨路径可以覆盖飞机机身的侧面，二层平台导轨上安装圆弧导轨，在圆弧导轨上安装第二套人机协作机器人，使其打磨路径可以覆盖飞机机身的背部，实现了机身侧面、背部打磨的半自动化作业。

所述机身修理平台对称设置于飞机的机身两侧，便于飞机机身左右两侧的打磨除漆。

所述一层平台导轨为沿飞机的机身方向固定设置在所述机身修理平台上的长形槽钢，所述长形槽钢的槽内安装有滑块，所述滑块通过法兰盘连接所述第一套人机协作机器人，所述长形槽钢上还开设有一排定位孔，所述法兰盘和所述定位孔之间安装可拆卸式的锁定部件，用于将第一套人机协作机器人的位置锁定，然后机器人按照预设路径完成当前工位的打磨。

所述滑块包括设于滑块左右两端的垂直滚轮和设于滑块上下两端的水平滚轮，用于增强滑块与所述长形槽钢连接的稳定性以及滑动过程的平稳性。

所述圆弧导轨包括桁架梁，所述桁架梁的一端滑动连接在所述二层平台导轨上，所述桁架梁的底部为一根弧形槽钢，所述弧形槽钢内设置有齿条，所述第二套人机协作机器人通过齿轮配合连接所述的齿条，使所述第二套人机协作机器人能够沿所述圆弧导轨移动，所述齿轮连接有电机，控制所述齿轮转动，在人员很难到达的飞机背部，通过齿轮齿条运动可以远程精准控制第二套人机协作机器人的位置。

所述人机协作机器人包括相连接的机械臂、恒力柔性连接臂和打磨器。打磨器是打磨飞机表面的执行机构，机械臂用于控制打磨器按预设的路径移动，恒力柔性连接臂的作用是为打磨器提供一个恒定的垂直于机身表面的工作压力，避免因飞机表面不平整造成的过度打磨或打磨量不足的情况。

本发明的目的之二是提供一种飞机外表打磨方法，其采用以上所述的打磨机器人装置，包括以下步骤，

S1：将飞机停放至相应机位；

S2：通过行车将所述机身修理平台移动到飞机两侧，移动位置根据机身外形、人机协作机器人的工作空间确定；

S3：移动连接一层平台导轨上的第一套人机协作机器人至目标位置，锁定所述第一套人机协作机器人，通过锁定部件插入法兰盘的孔以及一层平台导轨上的定位孔内并固定，可锁止滑块，进而锁住第一套人机协作机器人的位置；

S4：移动连接二层平台导轨上的圆弧导轨至目标位置，锁定所述圆弧导轨，锁定方式与一层平台导轨上锁止滑块相同，然后通过电机控制齿轮相对齿条移动的方式调节第二套人机协作机器人至目标位置；

S5：移动行走车至目标位置，调节行走车至预定高度，锁定所述行走车；

S6：第一套协作机器人、第二套协作机器人、第三套协作机器人分别按照预设的打磨路径打磨飞机的机身表面；

S7：完成一个工位的打磨工作后，重复步骤S3或步骤S4或步骤S5，将第一套协作机器人或第二套协作机器人或第三套协作机器人移动到另一工位，按另一工位的预设打磨路径打磨飞机的机身表面。

本发明具有以下优点：

1.本发明的飞机外表打磨机器人实现了飞机机身表面的半自动打磨，尤其降低了飞机机身侧面及背部打磨的工作强度，操作者和人机协作机器人共享作业空间，提高了工作效率。

2.本发明的一层平台导轨为槽钢结构，滑块包括垂直滚轮和水平滚轮，保障了人机协作机器人与一层平台导轨之间连接稳固性和移动时的平稳性。

3.本发明在飞机机身的背部设置有圆弧导轨，圆弧导轨上通过齿条齿轮结构连接人机协作机器人，便于远程精准操控人机协作机器人的位置，所以不再需要操作者攀登至机身背部工作，也无需在机身背部搭建工作平台，既降低了劳动强度，也提升了工作效率。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：

图1为本发明一种飞机外表打磨机器人装置工作状态的正视图；

图2为本发明一种飞机外表打磨机器人装置工作状态的立体图，该图不含行车；

图3为图2中A部放大图；

图4为图2中B部放大图；

图5为本发明一层平台导轨与第一套人机协作机器人的安装结构图；

图6为本发明一层平台导轨与滑块的安装结构图；

图7为图6中滑块的立体图；

图8为第一套人机协作机器人的结构图；

图9为圆弧导轨与第二套人机协作机器人的安装结构图；

图10为圆弧导轨的立体图；

附图标记说明：

1、行车；2、机身修理平台；3、一层平台导轨；4、第一套人机协作机器人；41、机械臂；42、恒力柔性连接臂；43、打磨器；5、二层平台导轨；6、圆弧导轨；61、弧形槽钢；62、滑动座；7、第二套人机协作机器人；8、行走车；9、第三套人机协作机器人；10、滑块；10a、垂直滚轮；10b、水平滚轮；10c、固定板；11、法兰盘；11a、锁定部件；12、齿条；13、齿轮；14、电机。

具体实施方式

如图1至图4所示，一种飞机外表打磨机器人装置，包括连接在行车1上的机身修理平台2和人机协作机器人，机身修理平台2沿飞机的机身方向安装有一层平台导轨3和二层平台导轨5，还安装有能够沿第一层平台导轨3移动、用于打磨飞机机身侧面的第一套人机协作机器人4以及能够沿二层平台导轨5移动的圆弧导轨6，圆弧导轨6与飞机机身顶部的外形适配，并安装用于打磨飞机机身背部的第二套人机协作机器人7，飞机外表打磨机器人装置还包括可移动、可升降的行走车8，行走车8上安装用于打磨飞机机身腹部的第三套人机协作机器人9。

机身修理平台2对称设置于飞机的机身两侧，便于飞机机身左右两侧的打磨除漆。

如图5至图8所示，一层平台导轨3为沿飞机的机身方向固定设置在机身修理平台2上的长形槽钢，所述长形槽钢的槽内安装有滑块10，滑块10通过法兰盘11连接第一套人机协作机器人4，所述长形槽钢上还开设有一排定位孔，法兰盘11和所述定位孔之间安装可拆卸式的锁定部件11a，该锁定部件11a可以是螺栓紧固件，用于将第一套人机协作机器人4的位置锁定，然后机器人按照预设路径完成当前工位的打磨，第一套人机协作机器人4包括相连接的机械臂41、恒力柔性连接臂42和打磨器43。打磨器43是打磨飞机表面的执行机构，机械臂41用于控制打磨器43按预设的路径移动，恒力柔性连接臂42的作用是为打磨器43提供一个恒定的垂直于机身表面的工作压力，避免因飞机表面不平整造成的过度打磨或打磨量不足的情况。第二套人机协作机器人6、第三套人机协作机器人7的结构与第一套人机协作机器人4相同。人机协作机器人为现有技术内容，连接控制组件后可以按预设的工作路径移动打磨器并打磨工件表面，其工作原理及结构可以参见CN111037415A的中国专利《一种飞机修理复合材料柔性自动打磨装置及打磨方法》。

滑块10包括设于滑块左右两端的垂直滚轮10a、设于滑块上下两端的水平滚轮10b以及固定板10c，垂直滚轮10a、水平滚轮10c、法兰盘11都安装在该固定板10c上。垂直滚轮10a沿着长形槽钢滚动过程中，水平滚轮10b贴着长形槽钢的上下翼板滚动，可以增强滑块10与所述长形槽钢连接的稳定性以及滑动过程的平稳性。

如图9和图10所示，圆弧导轨6包括桁架梁，所述桁架梁的一端滑动连接在二层平台导轨5上，所述桁架梁的底部为一根弧形槽钢61，弧形槽钢61内设置有齿条12，第二套人机协作机器人7通过齿轮13配合连接齿条12，使第二套人机协作机器人7能够沿圆弧导轨6移动，齿轮13连接有电机14，控制所述齿轮13转动，在人员很难到达的飞机背部，通过齿轮齿条运动可以远程精准控制第二套人机协作机器人7的位置。

采用以上的打磨机器人装置进行飞机机身打磨的方法，包括以下步骤，

S1：将飞机停放至相应机位；

S2：通过行车1将机身修理平台2移动到飞机两侧，移动位置根据机身外形、人机协作机器人的工作空间确定；

S3：移动连接一层平台导轨3上的第一套人机协作机器人4至目标位置，锁定第一套人机协作机器人4，通过锁定部件11a插入法兰盘11的孔以及一层平台导轨3上的定位孔内并固定，可锁止滑块10，进而锁住第一套人机协作机器人4的位置；

S4：移动连接二层平台导轨5上的圆弧导轨6至目标位置，锁定所述圆弧导轨6，二层平台导轨5也为长形槽钢，圆弧导轨6通过滑动座62安装在二层平台导轨5上，滑动座62可与滑块10的结构相同，锁定方式与一层平台导轨上锁止滑块10相同，然后通过电机14控制齿轮13相对齿条移动的方式调节第二套人机协作机器人7至目标位置；

S5：移动行走车8至目标位置，调节行走车8至预定高度，锁定行走车8；

S6：第一套协作机器人4、第二套协作机器人7、第三套协作机器人9分别按照预设的打磨路径打磨飞机的机身表面；

S7：完成一个工位的打磨工作后，重复步骤S3或步骤S4或步骤S5，将第一套协作机器人4或第二套协作机器人7或第三套协作机器人9移动到另一工位，按另一工位的预设打磨路径打磨飞机的机身表面。

本发明的装置，将行车1、修理平台2、人机协作机器人组合起来，一层平台导轨3上安装的第一套人机协作机器人4的打磨路径可以覆盖飞机机身的侧面，二层平台导轨5上安装圆弧导轨6，在圆弧导轨6上安装第二套人机协作机器人7，使其打磨路径可以覆盖飞机机身的背部，实现了机身侧面、背部打磨的半自动化作业。

本发明的上述实施例并不是对本发明保护范围的限定，本发明的实施方式不限于此，凡此种种根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，对本发明上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种飞机外表打磨机器人装置，包括连接在行车上的机身修理平台和人机协作机器人，其特征在于，所述机身修理平台沿飞机的机身方向安装有一层平台导轨和二层平台导轨，还安装有能够沿所述第一层平台导轨移动、用于打磨飞机机身侧面的第一套人机协作机器人以及能够沿所述二层平台导轨移动的圆弧导轨，所述圆弧导轨与飞机机身顶部的外形适配，并安装用于打磨飞机机身背部的第二套人机协作机器人，所述飞机外表打磨机器人装置还包括可移动、可升降的行走车，所述行走车上安装用于打磨飞机机身腹部的第三套人机协作机器人。

2.根据权利要求1所述飞机外表打磨机器人装置，其特征在于：所述机身修理平台对称设置于飞机的机身两侧。

3.根据权利要求2所述飞机外表打磨机器人装置，其特征在于：所述一层平台导轨为沿飞机的机身方向固定设置在所述机身修理平台上的长形槽钢，所述长形槽钢的槽内安装有滑块，所述滑块通过法兰盘连接所述第一套人机协作机器人，所述长形槽钢上还开设有一排定位孔，所述法兰盘和所述定位孔之间安装可拆卸式的锁定部件。

4.根据权利要求3所述飞机外表打磨机器人装置，其特征在于：所述滑块还包括设于滑块左右两端的垂直滚轮和设于滑块上下两端的水平滚轮。

5.根据权利要求2所述飞机外表打磨机器人装置，其特征在于：所述圆弧导轨包括桁架梁，所述桁架梁的一端滑动连接在所述二层平台导轨上，所述桁架梁的底部为一根弧形槽钢，所述弧形槽钢内设置有齿条，所述第二套人机协作机器人通过齿轮配合连接所述的齿条，使所述第二套人机协作机器人能够沿所述圆弧导轨移动，所述齿轮连接有电机，控制所述齿轮转动。

6.根据权利要求1～5任意一项所述飞机外表打磨机器人装置，其特征在于：所述人机协作机器人包括相连接的机械臂、恒力柔性连接臂和打磨器。

7.一种飞机外表打磨方法，其特征在于：所述打磨方法采用权利要求1～6任意一项的飞机外表打磨机器人装置，包括以下步骤，

S1：将飞机停放至相应机位；

S2：通过行车将所述机身修理平台移动到飞机两侧；

S3：移动连接一层平台导轨上的第一套人机协作机器人至目标位置，锁定所述第一套人机协作机器人；

S4：移动连接二层平台导轨上的圆弧导轨至目标位置，锁定所述圆弧导轨，调节第二套人机协作机器人至目标位置；

S5：移动行走车至目标位置，调节行走车至预定高度，锁定所述行走车；

S6：第一套协作机器人、第二套协作机器人、第三套协作机器人分别按照预设的打磨路径打磨飞机的机身表面；

S7：完成一个工位的打磨工作后，重复步骤S3或步骤S4或步骤S5，将第一套协作机器人或第二套协作机器人或第三套协作机器人移动到另一工位，按另一工位的预设打磨路径打磨飞机的机身表面。

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