CN206185880U - 一种新型机器人制孔末端执行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型机器人制孔末端执行器，主要包括进给单元、连接单元、检测单元、钻孔单元、压脚单元和吸屑单元；所述进给单元包括伺服电机、联轴器、电机托架、梯形垫块、丝杠后支座、丝杠、滑动支座、滑块和丝杠前支座；所述连接单元包括底座、底板、侧面连接板、后连接板、直角连接块、顶部连接板、工具侧快换法兰、气动模块和电流模块；所述检测单元包括非接触式位移传感器、非接触式位移传感器安装座、专用光源、工业相机、安装支架和支架导轨。该装置能够有效地提升制孔效率，改善制孔的质量，缩短装配生产周期，降低生产成本和工人劳动强度。

Description

一种新型机器人制孔末端执行器

技术领域

本实用新型属于航空制造、机械制造技术领域，具体涉及一种新型机器人制孔末端执行器，是一种自动制孔机械。

背景技术

机器人自动化制孔是飞机装配领域的前沿技术，制孔末端执行器是其最核心的关键技术之一，也是我国在该领域的主要技术瓶颈。据估算，飞机制造中铆接装配约占整个飞机制造劳动量的30%。传统飞机装配中的制孔主要以人工制孔为主，单单依靠传统人工制孔则存在工人劳动强度高，孔的质量差，制孔效率低，生产成本高以及影响飞机使用寿命和安全性等问题。工业机器人具有作业范围大，占有空间小，集成度高，经济效益高和柔性好等优点，将制孔末端执行器与工业机器人组合在一起，以此来代替传统人工制孔，这可以大大减少了人为因素造成的缺陷，有效地提高制孔效率，提高孔的质量，降低生产成本，缩短飞机装配生产周期。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种新型机器人制孔末端执行器，连接方式采用悬挂方式，具有吸附压紧、基准检测、法向检测、快拆换刀、排屑散热和快速制孔的功能，能够代替人工自动完成制孔工序。

本实用新型的技术方案是这样的，一种新型机器人制孔末端执行器，主要包括进给单元、连接单元、检测单元、钻孔单元、压脚单元和吸屑单元；

所述进给单元包括伺服电机、联轴器、电机托架、梯形垫块、丝杠后支座、丝杠、滑动支座、滑块和丝杠前支座，伺服电机安装在电机托架上，电机托架下固定一梯形垫块；丝杠前支座和丝杠后支座分别安装在滑动支座的前后方，丝杠前支座和丝杠后支座分别安装有轴承，丝杠穿装在两轴承中，滑块安装在丝杠上，两侧与滑动支座相接触；丝杠和伺服电机透过电机托架的空间与联轴器相连；

所述连接单元包括底座、底板、侧面连接板、后连接板、直角连接块、顶部连接板、工具侧快换法兰、气动模块和电流模块，底座分别安装在底板左右两侧，侧面连接板和后连接板都会与顶部连接板相连接，其中后连接板通过直角连接块过渡连接；气动模块和电流模块安装在工具侧快换法兰两侧，保证整体的刚度并且与工业机器人相连接；

所述检测单元包括非接触式位移传感器、非接触式位移传感器安装座、专用光源、工业相机、安装支架、支架导轨和滚花螺钉，非接触式位移传感器分别安装在位移感器安装座上，专用光源在工业相机正前方，通过螺钉安装在安装支架上，而安装支架通过螺栓固定支架导轨，实现压紧前待加工孔位置的基准检测和刀具垂直度的检测；

所述钻孔单元包括电主轴、电主轴安装座、刀柄和刀具，实现对孔的钻削加工；

所述压脚单元包括螺母、弹簧、塞杆、球头轴、吸盘固定座、扇形吸盘、球头约束端盖、橡胶塞、塞筒、弹性垫圈、压鼻、螺纹顶杆、球锁轴杆、圆环、圆球、连接盘、压力支座、接受套、压板、带导杆气缸和吸盘安装座，扇形吸盘固定在吸盘固定座上，球头约束端盖通过螺钉将球头轴固定在吸盘固定座另一面，塞杆有孔的一端旋入安装球头轴，另一端则连接橡胶塞并插入到塞筒，塞杆和塞筒之间套有弹簧，塞筒的后端设有小孔；塞筒外表面加工了螺纹，通过螺纹装有螺母，压鼻前端安装弹性垫圈，另一侧通过螺钉与连接盘固定连接，再通过球锁轴与压力支座相连接；球锁轴包括螺纹顶杆、球锁轴杆、圆环、圆球和接受套，接受套反向嵌入在压力支座阶梯孔内，压力支座通过螺栓固定在压板上，带导杆气缸的端部分别与压板的左右两边相连；

所述吸屑单元包括金属软管接头、耐高温软管和真空旁路，实现加工时排屑散热作用。

工业机器人搭载本新型实用末端执行器组成一套柔性制孔系统，它能够有效地提升制孔效率，改善制孔的质量，缩短飞机装配生产周期，降低生产成本和工人劳动强度。

本实用新型机器人制孔末端执行器具有以下有益效果：1、钻孔加工时，工件对刀具产生反作用力与压脚单元中的真空吸盘紧紧吸附在工件表面的力是对耦合力，末端执行器加工振动时，橡胶塞与塞缸内表面的摩擦力能有效的消减振动；2压脚单元中压鼻采用可拆除方式，压鼻与压力支座之间靠球锁轴连接，既保证了压鼻的轴线与主轴轴线的保持一致，同时也方便更换刀具；3、加工产生的钻屑通过压脚单元下的通孔排出，采用真空旁路能有效快速排出排切屑，散除加工产生的热量，保证加工的环境的洁净。4、工业相机安装在末端执行器主体上面，视力开阔并节省安装空间，安装座可与工件间距离可调，提升基准检测的检测准确度及灵活度。

附图说明：

图1为本实用新型整体左前侧结构视图。

图2为本实用新型整体右后侧结构视图。

图3为本实用新型主体内部结构视图。

图4为本实用新型压脚单元结构视图。

图5为本实用新型压脚单元中球锁轴结构示意图。

图6为本实用新型压脚单元中真空吸盘结构示意图。

在图中：1.进给单元 11.伺服电机 12.联轴器 13.电机托架 14.梯形垫块15.丝杠后支座 16.丝杠 17.滑动支座 18.滑块 19.丝杠前支座 2.连接单元 21.底座 22.底板 23.侧面连接板 24.后连接板 25.直角连接块 26.顶部连接板 27.工具侧快换法兰 28.气动模块 29.电流模块 3.检测单元 31.非接触式位移传感器 32.位移感器安装座 33.专用光源 34.工业相机 35.安装架 36.支架导轨 4.钻孔单元41.电主轴 42.电主轴安装座 43.刀柄 44.刀具 5.压脚单元 501.螺母A 502.螺母B 503.弹簧 504.塞杆 505.球头轴 506.吸盘固定座 507.扇形吸盘 508.球头约束端盖 509.橡胶塞 510.塞筒 511.弹性垫圈 512.压鼻 513.螺纹顶杆 514.球锁轴杆 515.圆环 516.圆球A 517.圆球B 518.圆球C 519.连接盘 520.压力支座 521.接受套 522.压板 523.带导杆气缸 524.吸盘安装座 6.吸屑单元 61.金属软管接头62.耐高温软管 63.真空旁路。

具体实施方式：

下面将结合附图对本实用新型机器人制孔末端执行器做进一步的详细说明。

参见图1所示，该机器人制孔末端执行器包括进给单元(1)、连接单元(2)、检测单元(3)、钻孔单元(4)、压脚单元(5)和吸屑单元(6)。在加工制孔之前，工业机器人将制孔末端执行器移动到工件前方，基准检测和法向检测之后，压脚的轴线与预加工孔的位置垂直且相交，压脚单元推进压紧并吸附在工件表面，进给单元快速反应并将钻孔单元向前推进，钻孔单元启动并实施钻削，钻屑完毕后进给单元立马反转退刀，压脚随后也释放缩回原位，由此完成一次加工过程。

参见图1、图2、图3所示，连接单元(2)包括有底座（21）、底板（22）、侧面连接板（23）、后连接板（24）、直角连接块（25）、顶部连接板(26）、工具侧快换法兰（27）、气动模块（28）和电流模块（29）；底座（21）分别安装在底板（22）左右两侧，侧面连接板（23）和后连接板（24）都会与顶部连接板(26）相连接，其中后连接板（24）通过直角连接块（25）过渡连接；气动模块（28）和电流模块（29）安装在工具侧快换法兰（27）两侧，结合安装侧快换装置相关部件给末端执行器提供电力和气源。

参见图3所示，进给单元(1)包括有伺服电机(11)、联轴器（12）、电机托架（13）、梯形垫块（14）、丝杠后支座（15）、丝杠（16）、滑动支座（17）、滑块（18）和丝杠前支座（19）；伺服电机(11)安装在电机托架（13）上，电机托架（13）下固定一梯形垫块（14），提供支撑力；丝杠前支座（19）和丝杠后支座（15）分别安装在滑动支座（17）的前后方，它们各自都安装有轴承，丝杠（16）则穿装在两轴承中，滑块（18）则安装在丝杠（16）上，两侧与滑动支座（17）相接触；丝杠（16）和伺服电机(11)则透过电机托架（13）的空间与联轴器（12）共同相连，传递旋转运动。

参见图1和图2所示，检测单元(3)包括有非接触式位移传感器（31）、位移感器安装座（32）、专用光源（33）、工业相机(34)、安装支架（35）和支架导轨；非接触式位移传感器（31）分别安装在位移感器安装座（32）上，安装面与主轴轴心成一固定角度，并呈“X”形式分布，传感器发射的激光在主轴轴线上某一点交汇，它们用于法向检测，调整机器人制孔姿态，使得制孔方向与工件法向一致；专用光源（33）在工业相机(34)正前方，都是通过四个螺钉安装在安装支架（35）上，而安装支架（35）被两个螺栓固定支架导轨（36），限制安装支架（35）的前后滑动，因此可以调节工业相机(34)与专用光源（33）与工件的距离。

参见图1和图3所示,吸屑单元(6)包括有金属软管接头（61）、耐高温软管(62)和真空旁路(63)；金属软管接头（61）固定在压鼻（512）的通孔中，另一金属软管接头（61）则与真空旁路(63)相连，它们之间套有耐高温软管(62)，真空旁路(63)是个三通管，它由两个螺钉安装在底板（22）左底边，真空旁路(63)的侧管口通入的高压气流然后由后管口流出，前管由此产生的负压能将压鼻（512）中的钻屑快速吸出，并通过耐高温软管(62)的后管口最终随气流排出后侧。

参见图1和图3所示，钻孔单元(4)包括有电主轴(41)、电主轴安装座（42）、刀柄(43)和刀具(44)；刀具(44)被装夹在刀柄(43）上，刀柄(43）则安装固定在电主轴(41)上，电主轴(41)驱动时，刀柄(43）和刀具(44)一起做高速旋转运动，三者形成一体并通过安装座（42）安装固定在滑块（18）上方，进给运动时随滑块（18）一起进给或后退。

参见图4、图5、图6所示压脚单元(5)包括有螺母A（501）、螺母(502B)、弹簧（503）、塞杆（504）、球头轴（505）、吸盘固定座（506）、扇形吸盘（507）、球头约束端盖（508）、橡胶塞（509）、塞筒（510）、弹性垫圈(511)、压鼻（512）、螺纹顶杆（513）、球锁轴杆（514）、圆环（515）、圆球A（516）、圆球B（517）、圆球C（518）、连接盘（519）、压力支座（520）、接受套（521）、压板（522）、带导杆气缸(523)和吸盘安装座(524)；压脚单元(5)的最前端是四个扇形吸盘（507），它们通过内部的通孔被三个螺钉安装固定在吸盘固定座（506）上，球头约束端盖（508）通过另三个螺钉将球头轴（505）固定在吸盘固定座（506）另一面，球头轴（505）保持一定的角度范围内可以在吸盘固定座（506）内任意方向的摆动，其为“可摆动”；塞杆（504）有孔的一端旋入安装球头轴（505），另一端则连接橡胶塞（509）并插入到塞筒（510），塞杆（504）和塞筒（510）之间套有弹簧（503），塞筒（510）的后端通有小孔用于通气，因此塞杆（504）在塞筒（510）做往复运动时，橡胶塞（509）与塞筒（510）接触面之间有较大摩擦力，而且由于塞筒（510）出气口较小，因此往复运动的比较缓慢，其原理类似与“注射器”，塞杆（504）不受压时，弹簧（503）能保持塞杆（504）与塞筒（510）最大距离；塞筒（510）外表面加工了螺纹，用于旋入螺母（501）和螺母(502)，这能够将整个可摆动风琴形真空吸盘稳固在吸盘安装座(524)上。

压脚单元(5)中的压鼻（512）前端安装弹性垫圈(511)，另一侧则通过六个螺钉与连接盘（519）固连，然后再通过三个球锁轴与压力支座（520）相连接；球锁轴包括螺纹顶杆（513）、球锁轴杆（514）、圆环（515）、圆球（516）、圆球（517）、圆球（518）和接受套（521），螺纹顶杆（513）旋入球锁轴杆（514）并同时顶推三个圆球（516）、圆球（517）和圆球（518）相外弹出，由此顶入接受套（521），而接受套（521）反向嵌入在压力支座（520）三个阶梯孔内，连接盘（519）故与压力支座（520）固定相连接在一起，另外连接盘（519）和压力支座（520）连接面加工成相对应的两个凹凸块方便准确安装，拆除时旋出锁轴杆（514）即可；压力支座（520）通过留个螺栓固定在压板（522）上，两个带导杆气缸(523)的端部分别与压板（522）的左右两边相连，它给整个压脚单元(5)提供稳定的推进和缩回的动力。

Claims (1)

1.一种新型机器人制孔末端执行器，主要包括进给单元、连接单元、检测单元、钻孔单元、压脚单元和吸屑单元；

所述进给单元包括伺服电机、联轴器、电机托架、梯形垫块、丝杠后支座、丝杠、滑动支座、滑块和丝杠前支座，伺服电机安装在电机托架上，电机托架下固定一梯形垫块；丝杠前支座和丝杠后支座分别安装在滑动支座的前后方，丝杠前支座和丝杠后支座分别安装有轴承，丝杠穿装在两轴承中，滑块安装在丝杠上，两侧与滑动支座相接触；丝杠和伺服电机透过电机托架的空间与联轴器相连；

所述连接单元包括底座、底板、侧面连接板、后连接板、直角连接块、顶部连接板、工具侧快换法兰、气动模块和电流模块，底座分别安装在底板左右两侧，侧面连接板和后连接板都会与顶部连接板相连接，其中后连接板通过直角连接块过渡连接；气动模块和电流模块安装在工具侧快换法兰两侧；

所述检测单元包括非接触式位移传感器、非接触式位移传感器安装座、专用光源、工业相机、安装支架和支架导轨滚花螺钉，非接触式位移传感器分别安装在位移感器安装座上，专用光源在工业相机正前方，通过螺钉安装在安装支架上，安装支架通过螺栓固定支架导轨；

所述钻孔单元包括电主轴、电主轴安装座、刀柄和刀具；

所述压脚单元包括螺母、弹簧、塞杆、球头轴、吸盘固定座、扇形吸盘、球头约束端盖、橡胶塞、塞筒、弹性垫圈、压鼻、螺纹顶杆、球锁轴杆、圆环、圆球、连接盘、压力支座、接受套、压板、带导杆气缸和吸盘安装座，扇形吸盘固定在吸盘固定座上，球头约束端盖通过螺钉将球头轴固定在吸盘固定座另一面，塞杆有孔的一端旋入安装球头轴，另一端则连接橡胶塞并插入到塞筒，塞杆和塞筒之间套有弹簧，塞筒的后端设有小孔；塞筒外表面加工了螺纹，通过螺纹装有螺母，压鼻前端安装弹性垫圈，另一侧通过螺钉与连接盘固定连接，再通过球锁轴与压力支座相连接；球锁轴包括螺纹顶杆、球锁轴杆、圆环、圆球和接受套，接受套反向嵌入在压力支座阶梯孔内，压力支座通过螺栓固定在压板上，带导杆气缸的端部分别与压板的左右两边相连；

所述吸屑单元包括金属软管接头、耐高温软管和真空旁路。