CN115533930A - 一种新型飞机舱内大型单体装配机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型飞机舱内大型单体装配机器人，包括支撑架，所述支撑架上设置有并联机构，所述并联机构与动平台连接板相连，并联机构对动平台连接板进行位姿调节，所述动平台连接板上端设置有串联机构，所述串联机构的执行端与碳纤维板相连，串联机构对碳纤维板进行两自由度驱动。本发明具有高精度高负载的特点，能够应用于飞机舱内大型单体的装配场景，以解放工人劳动力、大大缩减飞机舱内装配成本，实现了并混联机器人的应用场景的创新与突破。本发明的机器人能够实现工人与机器人的协同配合，使得机器人的精度、速度和可重复性与人的灵活性、认知得以充分结合。另外，考虑人机安全原则，本发明保证了人机协作过程的安全与可靠性。

Description

一种新型飞机舱内大型单体装配机器人

技术领域

本发明属于飞机舱内大型组件装配装置技术领域，具体涉及一种新型飞机舱内大型单体装配机器人。

背景技术

航空制造业属于系统高度集成、产业带动强、发展机遇巨大的高端装备行业。以飞机制造为代表的航空制造业是国家工业的尖端产业，纵观飞机的整个制造过程，装配环节的工作量和成本约占飞机生产全过程的40% ~ 50%，而飞机舱内的大型单体部件(如厨房等)的装配更是核心环节之一，其原因是飞机舱内装配环境具有软基地板承载能力有限、装配空间狭小封闭、组件体积重量大的特点，这样恶劣的装配环境给飞机舱内组件装配带来了巨大挑战。

目前国内外飞机舱内组件装配主要采用人工装配方式，装配人员劳动强度大、易疲劳，人工装配的方式也无法保证装配精度与一致性且影响整体的生产效率，

为提高装配质量与效率，需开展飞机舱内单体自动化装配设备的研制，并将人工装配替换为自动化装配。由此有效地降低成本、提高效率、缩短周期并保障飞机的装配质量。

近年国外逐渐出现了串联协作机器人用于飞机舱内装配，与人工装配相比，虽然在一定程度上提高了生产效率，减轻了装配人员的工作负担，且串联协作机器人在姿态调整方面功能更强且工作可达范围更大，但仍存在以下缺陷：

1）串联协作机器人负载能力不足，存在只能搬运轻薄的板材等问题。

2）若要提高串联机器人的承载能力，机器人尺寸就会变大，会带来超过整机重量限制的问题。

3）串联协作机器人存在累积误差，会降低装配精度。

针对上述现有人工装配带来的装配效率低，装配精度差以及串联协作机器人负载能力不足、尺寸大等问题，满足飞机舱内大型单体装配作业中机器人需要能实现大质量单体抬升动作、可以装配精确定位以及机器人本体要质量轻等需求，更有效地完成飞机舱内大型单体地装配过程，为此研究并设计一种具有高负载自重比、轻巧简便、结构紧凑、使用简单、灵活度高、可精准装配、控制硬件一体化集成，可实现舱体搬运、姿态调节、孔位对准、协作控制等功能的飞机舱内装配协作机器人已成为急需解决的重要问题。

发明内容

本发明为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种新型飞机舱内大型单体装配机器人。

本发明的技术方案是：一种新型飞机舱内大型单体装配机器人，包括支撑架，所述支撑架上设置有并联机构，所述并联机构与动平台连接板相连，并联机构对动平台连接板进行位姿调节，所述动平台连接板上端设置有串联机构，所述串联机构的执行端与碳纤维板相连，串联机构对碳纤维板进行两自由度驱动。

更进一步的，所述并联机构包括设置在支撑架上的A主动支链、B主动支链、C主动支链，所述A主动支链、B主动支链、C主动支链并联在动平台连接板、支撑架之间。

更进一步的，所述A主动支链包括两个平行的导轨座，两个导轨座之间设置有光轴，所述光轴上设置有沿其滑动的滑块，所述滑块上端设置有滑鞍。

更进一步的，所述滑鞍中设置有连接轴，所述连接轴上设置有支链转动副接头，所述支链转动副接头的自有端通过连接件与支链球副接头相连，所述支链球副接头的上端与球铰组件相连，所述球铰组件与动平台连接板相连。

更进一步的，所述动平台连接板下端连接有斜块，所述斜块下端倾斜，斜块下端与球铰组件相连。

更进一步的，所述球铰组件包括球铰座，所述球铰座与斜块相连，所述球铰座中设置有球铰内球，所述球铰内球与球杆的球头部滑动相连，球杆的连杆与支链球副接头相连。

更进一步的，所述支撑架上端形成安装斜面，两个导轨座平行的设置在安装斜面上，所述滑块平行安装斜面滑动。

更进一步的，所述导轨座之间设置有对滑块进行驱动的丝杠。

更进一步的，所述串联机构包括设置在动平台连接板上的y向平移驱动组件。

更进一步的，所述y向平移驱动组件的执行端处设置有x向平移驱动组件，所述x向平移驱动组件的执行端与碳纤维板相连。

本发明的有益效果如下：

本发明具有高精度高负载的特点，能够应用于飞机舱内大型单体的装配场景，以解放工人劳动力、大大缩减飞机舱内装配成本，实现了并混联机器人的应用场景的创新与突破。

本发明的机器人能够实现工人与机器人的协同配合，使得机器人的精度、速度和可重复性与人的灵活性、认知得以充分结合。另外，考虑人机安全原则，本发明保证了人机协作过程的安全与可靠性，且整体结构简单，人工操作难度低，有效提高装配人员的操作效率。

附图说明

图1 是本发明的整体结构示意图；

图2 是本发明中串联机构的结构示意图；

图3 是本发明中并联机构的结构示意图；

图4 是本发明中驻停装置的结构示意图；

图5 是本发明中三角形连接块的结构示意图；

图6 是本发明中球铰组件的装配示意图；

图7 是本发明的控制硬件示意图；

图8 是本发明中机器人位姿的控制流程图；

图9 是本发明中机器人上位机的控制框图；

图10 是本发明中非对称型碳纤维板支撑件的零件图；

图11 是本发明中对称型碳纤维板支撑件的零件图；

其中：

1 串联机构 2 并联机构

3 三角形连接块 4 驻停装置

5 碳纤维板 6 非对称型碳纤维板支撑件

7 y方向滑台 8 丝杠电机

9 滑台座 10 动平台连接板

11 电机座 12 丝杠螺母

13 x方向滑台 14 对称型碳纤维板支撑件

15 斜块 16 球铰组件

17 支链球副接头 18 碳纤维连杆

19 支链转动副接头 20 滑鞍

21 连接轴 22 滑块

23 光轴 24 丝杠

25 导轨座 26 联轴器

27 伺服电机座 28 伺服电机

29 C梯形架 30 A梯形架

31 B梯形架 32 B主动支链

33 C主动支链 34 脚轮连接块

35 驻停装置链接板 36 脚轮组件

37 长连杆 38 限位基座

39 绳索 40 U型槽轮

41 滑轨 42 短连杆

43 驻停装置滑块 44 刹车舌

45 弹簧 46 滚针球铰座

47 球铰座 48 球铰内球

49 球杆。

具体实施方式

以下，参照附图和实施例对本发明进行详细说明：

如图1至图11所示，一种新型飞机舱内大型单体装配机器人，包括支撑架，所述支撑架上设置有并联机构3，所述并联机构3与动平台连接板10相连，并联机构3对动平台连接板10进行位姿调节，所述动平台连接板10上端设置有串联机构3，所述串联机构3的执行端与碳纤维板5相连，串联机构3对碳纤维板5进行两自由度驱动。

所述并联机构3包括设置在支撑架上的A主动支链、B主动支链32、C主动支链33，所述A主动支链、B主动支链32、C主动支链33并联在动平台连接板10、支撑架之间。

所述A主动支链包括两个平行的导轨座25，两个导轨座25之间设置有光轴23，所述光轴23上设置有沿其滑动的滑块22，所述滑块22上端设置有滑鞍20。

所述滑鞍20中设置有连接轴21，所述连接轴21上设置有支链转动副接头19，所述支链转动副接头19的自有端通过连接件与支链球副接头17相连，所述支链球副接头17的上端与球铰组件16相连，所述球铰组件16与动平台连接板10相连。

所述动平台连接板10下端连接有斜块15，所述斜块15下端倾斜，斜块15下端与球铰组件16相连。

所述球铰组件16包括球铰座47，所述球铰座47与斜块15相连，所述球铰座47中设置有球铰内球48，所述球铰内球48与球杆49的球头部滑动相连，球杆49的连杆与支链球副接头17相连。

所述支撑架上端形成安装斜面，两个导轨座25平行的设置在安装斜面上，所述滑块22平行安装斜面滑动。

所述导轨座25之间设置有对滑块22进行驱动的丝杠24。

所述串联机构1包括设置在动平台连接板10上的y向平移驱动组件。

所述y向平移驱动组件的执行端处设置有x向平移驱动组件，所述x向平移驱动组件的执行端与碳纤维板5相连。

具体的，所述支链转动副接头19、支链球副接头17之间的连接件为碳纤维连杆18，所述纤维连杆18的内部中空。

具体的，所述支撑架为组合支撑架，包括C梯形架29、A梯形架30、B梯形架31，所述C梯形架29、A梯形架30、B梯形架31拼装固定，C梯形架29、A梯形架30、B梯形架31均为直角梯形状，C梯形架29、A梯形架30、B梯形架31的的斜面向上即为安装斜面。

具体的，三角形连接块3对C梯形架29、A梯形架30、B梯形架31进行固定，所述三角形连接块3的三个外侧壁分别与C梯形架29、A梯形架30、B梯形架31的背部进行固定。

优选的，所述三角形连接块3至少为两个，从而保证支撑架的稳定性。

具体的，所述C梯形架29、A梯形架30、B梯形架31的脚轮连接块34，所述脚轮连接块34中设置有驻停装置4，所述脚轮连接块34处设置有脚轮组件36。

具体的，所述丝杠24一端探出导轨座25，丝杠24的探出段通过联轴器26与伺服电机28的主轴相连，所述伺服电机28设置在伺服电机座27上。

具体的，所述伺服电机座27设置在C梯形架29、A梯形架30、B梯形架31上。

具体的，所述C梯形架29上设置有C主动支链33，所述A梯形架30上设置有A主动支链，所述B梯形架31上设置有B主动支链32。

所述A主动支链、B主动支链32、C主动支链33的结构相同。

优选的，所述动平台连接板10为与A主动支链、B主动支链32、C主动支链33布置相适应的三角形状。

又一实施例

一种新型飞机舱内大型单体装配机器人，包括支撑架，所述支撑架上设置有并联机构3，所述并联机构3与动平台连接板10相连，并联机构3对动平台连接板10进行位姿调节，所述动平台连接板10上端设置有串联机构3，所述串联机构3的执行端与碳纤维板5相连，串联机构3对碳纤维板5进行两自由度驱动。

所述并联机构3包括设置在支撑架上的A主动支链、B主动支链32、C主动支链33，所述A主动支链、B主动支链32、C主动支链33并联在动平台连接板10、支撑架之间。

所述A主动支链包括两个平行的导轨座25，两个导轨座25之间设置有光轴23，所述光轴23上设置有沿其滑动的滑块22，所述滑块22上端设置有滑鞍20。

所述滑鞍20中设置有连接轴21，所述连接轴21上设置有支链转动副接头19，所述支链转动副接头19的自有端通过连接件与支链球副接头17相连，所述支链球副接头17的上端与球铰组件16相连，所述球铰组件16与动平台连接板10相连。

所述动平台连接板10下端连接有斜块15，所述斜块15下端倾斜，斜块15下端与球铰组件16相连。

所述球铰组件16包括球铰座47，所述球铰座47与斜块15相连，所述球铰座47中设置有球铰内球48，所述球铰内球48与球杆49的球头部滑动相连，球杆49的连杆与支链球副接头17相连。

所述支撑架上端形成安装斜面，两个导轨座25平行的设置在安装斜面上，所述滑块22平行安装斜面滑动。

所述导轨座25之间设置有对滑块22进行驱动的丝杠24。

所述串联机构1包括设置在动平台连接板10上的y向平移驱动组件。

所述y向平移驱动组件的执行端处设置有x向平移驱动组件，所述x向平移驱动组件的执行端与碳纤维板5相连。

具体的，所述支链转动副接头19、支链球副接头17之间的连接件为碳纤维连杆18，所述纤维连杆18的内部中空。

具体的，所述支撑架为组合支撑架，包括C梯形架29、A梯形架30、B梯形架31，所述C梯形架29、A梯形架30、B梯形架31拼装固定，C梯形架29、A梯形架30、B梯形架31均为直角梯形状，C梯形架29、A梯形架30、B梯形架31的的斜面向上即为安装斜面。

具体的，三角形连接块3对C梯形架29、A梯形架30、B梯形架31进行固定，所述三角形连接块3的三个外侧壁分别与C梯形架29、A梯形架30、B梯形架31的背部进行固定。

优选的，所述三角形连接块3至少为两个，从而保证支撑架的稳定性。

具体的，所述C梯形架29、A梯形架30、B梯形架31的脚轮连接块34，所述脚轮连接块34中设置有驻停装置4，所述脚轮连接块34处设置有脚轮组件36。

具体的，所述丝杠24一端探出导轨座25，丝杠24的探出段通过联轴器26与伺服电机28的主轴相连，所述伺服电机28设置在伺服电机座27上。

具体的，所述伺服电机座27设置在C梯形架29、A梯形架30、B梯形架31上。

具体的，所述C梯形架29上设置有C主动支链33，所述A梯形架30上设置有A主动支链，所述B梯形架31上设置有B主动支链32。

所述A主动支链、B主动支链32、C主动支链33的结构相同。

优选的，所述动平台连接板10为与A主动支链、B主动支链32、C主动支链33布置相适应的三角形状。

具体的，所述串联机构1的y向平移驱动组件包括设置在动平台连接板10上的y方向滑台7，所述y方向滑台7上设置有沿其滑动的滑台座9，所述滑台座9沿着y方向滑台7在y向上滑动。

具体的，所述滑台座9侧壁处形成下翼板，所述下翼板中设置有丝杠螺母12，所述动平台连接板10上设置有电机座11，所述电机座11中设置有y向电机，所述y向电机对丝杠螺母12中的y向丝杠进行驱动，从而带动滑台座9在y向上滑动。

具体的，所述x向平移驱动组件包括滑台座9，所述上设置有沿其滑动的x方向滑台13，所述x方向滑台13沿着滑台座9进行x向滑动。

具体的，所述x方向滑台13侧壁处设置有侧翼板，所述侧翼板、丝杠电机8之间通过丝杠、丝母进行驱动，从而带动x方向滑台13在x向滑动。

具体的，所述丝杠电机8设置在滑台座9上。

所述x方向滑台13处设置有非对称型碳纤维板支撑件6、对称型碳纤维板支撑件14，所述非对称型碳纤维板支撑件6、对称型碳纤维板支撑件14与碳纤维板5相连。

具体的，非对称型碳纤维板支撑件6包括安装部，所述安装部与滑台座9上端相固定，所述非对称型碳纤维板支撑件6一侧设置有左连接部，非对称型碳纤维板支撑件6的另一侧设置有右连接部，所述左连接部、右连接部非对称。

具体的，对称型碳纤维板支撑件14包括H型安装部，所述H型安装部与滑台座9上端相固定，所述对称型碳纤维板支撑件14包括左L臂和右L臂，所述左L臂、右L臂对称。

再一实施例

一种新型飞机舱内大型单体装配机器人，包括支撑架，所述支撑架上设置有并联机构3，所述并联机构3与动平台连接板10相连，并联机构3对动平台连接板10进行位姿调节，所述动平台连接板10上端设置有串联机构3，所述串联机构3的执行端与碳纤维板5相连，串联机构3对碳纤维板5进行两自由度驱动。

所述并联机构3包括设置在支撑架上的A主动支链、B主动支链32、C主动支链33，所述A主动支链、B主动支链32、C主动支链33并联在动平台连接板10、支撑架之间。

所述A主动支链包括两个平行的导轨座25，两个导轨座25之间设置有光轴23，所述光轴23上设置有沿其滑动的滑块22，所述滑块22上端设置有滑鞍20。

所述滑鞍20中设置有连接轴21，所述连接轴21上设置有支链转动副接头19，所述支链转动副接头19的自有端通过连接件与支链球副接头17相连，所述支链球副接头17的上端与球铰组件16相连，所述球铰组件16与动平台连接板10相连。

所述动平台连接板10下端设置有斜块15，所述斜块15下端倾斜，斜块15下端与球铰组件16相连。

所述球铰组件16包括球铰座47，所述球铰座47与斜块15相连，所述球铰座47中设置有球铰内球48，所述球铰内球48与球杆49的球头部滑动相连，球杆49的连杆与支链球副接头17相连。

所述支撑架上端形成安装斜面，两个导轨座25平行的设置在安装斜面上，所述滑块22平行安装斜面滑动。

所述导轨座25之间设置有对滑块22进行驱动的丝杠24。

所述串联机构1包括设置在动平台连接板10上的y向平移驱动组件。

所述y向平移驱动组件的执行端处设置有x向平移驱动组件，所述x向平移驱动组件的执行端与碳纤维板5相连。

具体的，所述支链转动副接头19、支链球副接头17之间的连接件为碳纤维连杆18，所述纤维连杆18的内部中空。

具体的，所述支撑架为组合支撑架，包括C梯形架29、A梯形架30、B梯形架31，所述C梯形架29、A梯形架30、B梯形架31拼装固定，C梯形架29、A梯形架30、B梯形架31均为直角梯形状，C梯形架29、A梯形架30、B梯形架31的的斜面向上即为安装斜面。

具体的，三角形连接块3对C梯形架29、A梯形架30、B梯形架31进行固定，所述三角形连接块3的三个外侧壁分别与C梯形架29、A梯形架30、B梯形架31的背部进行固定。

优选的，所述三角形连接块3至少为两个，从而保证支撑架的稳定性。

具体的，所述C梯形架29、A梯形架30、B梯形架31的脚轮连接块34，所述脚轮连接块34中设置有驻停装置4，所述脚轮连接块34处设置有脚轮组件36。

具体的，所述丝杠24一端探出导轨座25，丝杠24的探出段通过联轴器26与伺服电机28的主轴相连，所述伺服电机28设置在伺服电机座27上。

具体的，所述伺服电机座27设置在C梯形架29、A梯形架30、B梯形架31上。

具体的，所述C梯形架29上设置有C主动支链33，所述A梯形架30上设置有A主动支链，所述B梯形架31上设置有B主动支链32。

所述A主动支链、B主动支链32、C主动支链33的结构相同。

优选的，所述动平台连接板10为与A主动支链、B主动支链32、C主动支链33布置相适应的三角形状。

所述C梯形架29、A梯形架30、B梯形架31下端通过脚轮连接块34与脚轮组件36相连。

具体的，所述C梯形架29、A梯形架30、B梯形架31下端还设置有驻停装置链接板35。

具体的，所述驻停装置4包括设置在脚轮连接块34下端的装配槽，所述装配槽中容纳有脚轮的刹车舌44，所述刹车舌44与绳索39相连，所述绳索39还与沿着装配槽滑动的滚针球铰座46相连，所述滚针球铰座46与装配槽之间设置有弹簧45。

具体的，所述驻停装置链接板35下端形成滑轨41，所述滑轨41中设置有沿其滑动的驻停装置滑块43。

所述驻停装置滑块43呈L形，两根绳索39通过U型槽轮40后与驻停装置滑块43的背部相连，另外一根绳索39绕过定滑轮后与驻停装置滑块43的L端相连，通过上述结构保证驻停装置滑块43在向一侧滑动时对三个刹车舌44进行同松同紧的驱动。

具体的，所述驻停装置链接板35下端设置有对驻停装置滑块43进行驱动的驱动结构。

所述驱动结构包括与驻停装置滑块43相连的短连杆42，所述驻停装置滑块43、短连杆42、长连杆37组成曲柄摇杆滑块结构。

所述驻停装置链接板35下端设置有限位基座38，所述长连杆37在限位基座38上滑动，同时进行拨动位置的限位。

作为具体说明，如附图1所示，所述串联机构1与并联机构2通过动平台连接板10连接，并联机构2与驻停装置4通过脚轮连接块34连接，静平台的C梯形架29、A梯形架30、B梯形架31通过所述三角形连接块3连接。

如附图2所示，串联机构1中碳纤维板5呈正方形且中心对称，正方形的设计主要是为了在尽量减小质量的情况下增大与飞机厨房的接触面积，碳纤维板5上中间位置设有2个销孔，当碳纤维板5与对称型碳纤维板支撑件14、非对称型碳纤维板支撑件6连接时起到定位的作用，碳纤维板5四周位置上设有4个通孔，为了在进行实验时安装磁座。

所述对称型碳纤维板支撑件14上设置有2个沉孔、2个螺纹孔以及1个销孔，沉孔的作用是为了实现对称型碳纤维板支撑件14和x滑台13的连接，螺纹孔的作用是为了实现所述对称型碳纤维板支撑件14和所述碳纤维板5的连接，销孔的作用是为了实现碳纤维板5的定位。

所述非对称型碳纤维板支撑件6上同样设计有沉孔、螺纹孔、销孔，起到的作用与对称型碳纤维板支撑件14一致，同时设计有与丝杠螺母12相配合的部分；x、y滑台通过所述滑台座9连接，所述滑台座9同时与y滑台丝杠螺母12配合。

如附图2所示，所述并联机构中支链i与梯形架i（i=A，B，C）通过导轨座25连接，对于每条支链中移动副与支链转动副通过滑鞍21与滑块22连接，并联机构2中转动副与球副通过支链球副接头17、碳纤维连杆18连接，并联机构2中球副16与动平台连接板10通过斜块15连接。并联机构2中动平台连接板10设计有3组沉孔，呈120°分布，沉孔为与斜块15连接的安装孔，同时设计有与y滑台7连接的4个螺纹孔，为了加强所述动平台连接板的强度，加入了筋的设计；所述斜块15设置为有倾斜角度，可以增大动平台连接板的工作空间；由于球副中轴线与碳纤维杆组成的连杆件的中轴线共线，因此有利于力的传递，可以提高整机的刚度；每条支链的碳纤维杆18为空心圆柱，其长度、外径、内径均相同，碳纤维杆18呈均布分布；每条支链的转动副设计一样，所述移动副的行程一致，所述移动副中所述光轴23、所述丝杠24、所述导轨座25、联轴器26、伺服电机25、电机座27型号一致。

所述静平台是本发明机器人的主要承载部分，所述3个梯形架（i= A，B，C）通过3个三棱柱连接块3连接。所述梯形架（i= A，B，C）中与导轨座25连接的部分倾斜角度一致，且均设计有销孔，起到与所述三棱柱连接块3连接时的定位作用。为了减重设计，3个梯形架设计有众多尺寸较大孔，所述A梯形架为了安装控制系统硬件设计，其大孔的设计与所述B梯形架、C梯形架的不一样，B梯形架为了安装急停按钮等控制硬件设计有对应的安装孔；3个三角形连接块厚度一致。

如附图4所示，所述长连杆37、所述短连杆42、所述驻停装置滑块43构成曲柄滑块机构，所述长连杆37与限位基座38通过销钉连接；脚轮连接块34上设置有与3个梯形架连接以及与脚轮组件36连接的安装孔，脚轮连接块34上还连接有导轨41，刹车舌44可在导轨41上运动；绳索39系绑在刹车舌44上，并绕过U型槽轮40与刹车舌44连接；弹簧45套在滚针46上，滚针46则安装于脚轮连接块34上；

串联机构1部分的运动可表述为带动非对称型碳纤维板支撑件14运动，进而带动所述碳纤维板5运动，可实现沿x、y方向平动的二自由度运动。

并联机构2部分的运动可表述为3条支链中的伺服电机驱动丝杠，带动滑块运动，进而带动转动副与球副的运动，通过电机驱动并联机构部分的3个移动副即可改变所述动平台连接板1的位姿，可实现沿z方向平动以及绕x、y转动的三自由度运动；整机运动可表述为控制器分别独立驱动5个所述移动副，实现末端所述碳纤维板的5自由度运动，即沿x、y、z方向平动以及绕x、y转动，由此来实现舱体姿态调节、孔位对准装配作业。对于末端位姿可由逆解分析来实现。

驻停装置的运动可表述为操作人员拉动长连杆37，带动短连杆42运动进而带动驻停装置滑块43在滑轨41上运动，驻停装置滑块43运动会带动系绑在刹车舌44上的绳索运动，绳索39则会拉动刹车舌44运动，当刹车舌44与脚轮组件36接触时，促使脚轮组件中的刹车球与脚轮接触，即可锁紧脚轮。

为了完成整机高负载质量比的设计，即整机在质量小的同时还要有高的承载能力，所述碳纤维板5、碳纤维杆18均采用轻质碳纤维材料加工制造，静平台、动平台连接板10、三角形连接板3等均采用6061材料加工制造。

为完成飞机内部装配工作，机器人不仅性能指标要满足设计要求，其运动控制过程必须具有稳定性和可靠性。

本发明以下介绍机器人控制部分。

如附图7所示，是本发明的飞机舱内厨房装配机器人控制系统的硬件构成图，主要由PC上位机模块（主控计算机、主控触摸屏）、通讯模块（有线、无线wifi）、集成控制板模块、伺服驱动器伺服电机、步进电机、编码器、混联装配机器人等组成。

所述上位机软件1基于QT和Visio Studio 2017开发，通过读取机器人机构运动学正逆解，控制机器人运动至要求的末端位姿。

如附图8所示，机器人位姿控制流程如下：

步骤一：操作人员使用时，首先需进入平板的控制面板，上位机界面输入位置控制指令；

步骤二：上位机根据机构逆解得到驱动副行程；

步骤三：将驱动副行程传入至伺服驱动器模块，根据控制指令调整并联机构从当前位姿运动到期望位置，或者将驱动副行程换算出对应的脉冲值，根据控制指令调整串联机构从当前位姿运动到期望位置。

如附图9所示，本发明的飞机舱内厨房装配机器人上位机软件的结构主要包括操作人员层、工艺人员层、以及管理人员层三个方面。

所述操作人员层用于实际工况操作人员控制机器人装配作业，该控制面板层具有基础的权限；所述工艺人员层用于工艺人员根据实际装配需求调整工艺方案细节，该控制面板层具有较高的权限，且需要密码进入该层级；所述管理人员层用于该系统的开发管理人员调试整体控制系统，该控制面板层具有最高的权限，且需要密码进入该层级。

所述操作人员层包含单双机工作模式切换功能模块（该模块可实现单机1/单机2/双机共三种工作模式）、速度模式切换功能模块（慢速模式、快速模式）、增量倍率选择功能模块（共设置四个档位供操作人员选择，实际运动控制结果为设定的步长数值乘以所选的增量倍率，可满足实际工况较多要求）、运动控制模式切换功能模块（点动运动模式、连续运动模式）、运动急停功能模块（通过软件开发实现逻辑优先级较高的急停功能，在必要时可使机器人停止运动并自锁固定）；所述工艺人员层包含密码管理功能模块（修改密码、重置密码），运动参数设定功能模块（速度参数设定、步长参数设定）；所述管理人员层包含电机独立驱动控制功能模块（可用于操纵控制五个电机、单轴独立运动，以实现复位等功能需求）、空间特定位置运动功能模块（可输入空间五个自由度方向的位置参数，实现机器人运动至空间特定位置）。

所述操作人员层在具体使用时，操作步骤如下：

步骤一：首先根据装配任务进行单机1、单机2、双机的选择，从而单独操控某台机器人或者同时操控两台机器人。

步骤二：其次选择单机1、单机2、双机模式后，可在运动控制部分操控对应按键实现单体设备的前后左右（水平方向，即机器人沿着X、Y方向）运动、上下（竖直方向，即机器人沿着z方向）运动以及分别绕着X轴、Y轴旋转一定角度。在操控样机的时候，可以在速度控制部分进行速度设置，速度调节有“快”、“慢”两种选择；在倍率控制部分进行移动副距离的设置，可拖动倍率进度条，选择不同倍率，线步长与角步长由工艺人员在工艺人员界面设置，步长与倍率乘积即为移动副移动距离。

步骤三：当样机完成装配作业后需要回零时，操控回零按键，使机器人回到初始状态。

本发明针对飞机舱内大型单体多为人工装配以及现有飞机舱内大型单体装配机器人存在的技术不足问题，提供一种电动驱动、灵活度高、轻巧简便、结构紧凑、使用简单、经济性好、具有高负载自重比、轻巧简便、结构紧凑、使用简单、灵活度高、可精准装配、控制硬件一体化集成，可实现舱体搬运、姿态调节、孔位对准、协作控制等功能的混联装配机器人。

为了能够使舱内厨房等大型设备在飞机内更加精确安装到指定位置，装配机器人需要有x、y、z轴三个方向的移动以及绕x、y轴小幅度转动的能力。因此，本发明的装配机构是拥有五个自由度的灵活的工作组件，通过三个移动自由度可以将需要安装的设备运送至指定安装位置处，再通过两个转动自由度来实现精准定位，使单体设备实现精确装配。

本发明提出高负载/质量比的优化设计方法，解决了装配机器人高刚度与轻质量的矛盾问题，为飞机舱内装配机器人的制造与实践提供理论基础。该方法将负载能力与质量的比值作为一个独立的优化目标，即希望机器人在自重较轻的情况下尽可能承载大质量的装配件，实现了轻质高刚的机构设计，另外通过对机械零件选用合适的材料，达到整机质量小，刚度大的目的。

本发明对于舱内组件的装配，因其软基地板承载能力有限、装配空间狭小封闭、组件体积重量大，当前主要采用的是人工装配方式，普通工业机器人难以胜任飞机舱内装配场景。本项目研制的机器人具有高精度高负载的特点，能够应用于飞机舱内大型单体的装配场景，以解放工人劳动力、大大缩减飞机舱内装配成本，因此，本项目实现了并混联机器人的应用场景的创新与突破；

本发明由于飞机机舱舱内装配空间狭窄，人与机器人的工作空间严重重叠，工人需要与机器人进行物理交互。本发明研制的机器人能够实现工人与机器人的协同配合，通过直观的图形用户界面，基于以人为中心的设计和认知工程原则的人机界面，减少脑力劳动并提高可靠性，使得机器人的精度、速度和可重复性与人的灵活性、认知和软技能得以充分结合。另外，考虑人机安全原则，本发明研制的机器人设计了急停按钮，并且在信息反馈设计上使得必要的系统和过程性能数据以清晰可读的方式呈现，保证了人机协作过程的安全与可靠性，且整体结构简单，人工操作难度低，有效提高装配人员的操作效率。

Claims (10)

1.一种新型飞机舱内大型单体装配机器人，包括支撑架，其特征在于：所述支撑架上设置有并联机构（3），所述并联机构（3）与动平台连接板（10）相连，并联机构（3）对动平台连接板（10）进行位姿调节，所述动平台连接板（10）上端设置有串联机构（3），所述串联机构（3）的执行端与碳纤维板（5）相连，串联机构（3）对碳纤维板（5）进行两自由度驱动。

2.根据权利要求1所述的一种新型飞机舱内大型单体装配机器人，其特征在于：所述并联机构（3）包括设置在支撑架上的A主动支链、B主动支链（32）、C主动支链（33），所述A主动支链、B主动支链（32）、C主动支链（33）并联在动平台连接板（10）、支撑架之间。

3.根据权利要求2所述的一种新型飞机舱内大型单体装配机器人，其特征在于：所述A主动支链包括两个平行的导轨座（25），两个导轨座（25）之间设置有光轴（23），所述光轴（23）上设置有沿其滑动的滑块（22），所述滑块（22）上端设置有滑鞍（20）。

4.根据权利要求3所述的一种新型飞机舱内大型单体装配机器人，其特征在于：所述滑鞍（20）中设置有连接轴（21），所述连接轴（21）上设置有支链转动副接头（19），所述支链转动副接头（19）的自有端通过连接件与支链球副接头（17）相连，所述支链球副接头（17）的上端与球铰组件（16）相连，所述球铰组件（16）与动平台连接板（10）相连。

5.根据权利要求4所述的一种新型飞机舱内大型单体装配机器人，其特征在于：所述动平台连接板（10）下端连接有斜块（15），所述斜块（15）下端倾斜，斜块（15）下端与球铰组件（16）相连。

6.根据权利要求5所述的一种新型飞机舱内大型单体装配机器人，其特征在于：所述球铰组件（16）包括球铰座（47），所述球铰座（47）与斜块（15）相连，所述球铰座（47）中设置有球铰内球（48），所述球铰内球（48）与球杆（49）的球头部滑动相连，球杆（49）的连杆与支链球副接头（17）相连。

7.根据权利要求3所述的一种新型飞机舱内大型单体装配机器人，其特征在于：所述支撑架上端形成安装斜面，两个导轨座（25）平行的设置在安装斜面上，所述滑块（22）平行安装斜面滑动。

8.根据权利要求6所述的一种新型飞机舱内大型单体装配机器人，其特征在于：所述导轨座（25）之间设置有对滑块（22）进行驱动的丝杠（24）。

9.根据权利要求1所述的一种新型飞机舱内大型单体装配机器人，其特征在于：所述串联机构（1）包括设置在动平台连接板（10）上的y向平移驱动组件（7）。

10.根据权利要求9所述的一种新型飞机舱内大型单体装配机器人，其特征在于：所述y向平移驱动组件（7）的执行端处设置有x向平移驱动组件（13），所述x向平移驱动组件（13）的执行端与碳纤维板（5）相连。

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