CN211708912U - 一种飞机修理复合材料柔性自动打磨装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种飞机修理复合材料柔性自动打磨装置，涉及复合材料打磨技术领域。本实用新型包括移动平台、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；浮动力敏打磨头机构包括浮动恒力装置、气控主轴、自动换刀刀具安装接口、带有砂轮砂纸的刀柄；吸尘装置包括吸尘主机以及安装于六轴轻型机械臂的末端的吸尘罩，吸尘罩采用伞状的透明塑料薄膜弹性结构，外表面均布开设有从外向内的单向导气孔，罩口边缘带有橡胶吸条。本实用新型实现了复合材料修复涉及的打磨、挖除、抛光等操作过程半自动或自动化，降低人工操作强度，减轻职业健康危害，提升修复品质。

Description

一种飞机修理复合材料柔性自动打磨装置

技术领域

本实用新型属于复合材料打磨技术领域，特别是涉及一种飞机修理复合材料柔性自动打磨装置。

背景技术

由于复合材料具有热稳定性好，比强度、比刚度高等诸多优点，因此在航空、航天等领域使用率逐步上升，例如在飞机机翼、机身、雷达罩等部位已大量应用，随之带来了相应的维护保障问题。

飞机在服役使用过程中，基于复合材料制成的机翼、机身、雷达罩等部件常常会出现损伤，影响飞机结构强度和飞行性能，因此必须进行修复。对这些部件进行修复时，首先是将损伤部位打磨挖除，形成待修补凹槽，同时打磨制备出与待修补凹槽贴合的修补片，然后通过热补仪等设备装置及辅助材料将修补片粘贴到待修补凹槽中，待固化后再对修复表面进行打磨抛光。目前修复过程中涉及的打磨、挖除、抛光等操作均是人工手动操作，打磨强度大、质量不可控，危害职业健康。

《科学技术与工程》2016年5月第16卷15期发表的《机器人打磨碳纤维复合材料工艺研究》公开了一种碳纤维复合材料自动打磨系统及相应打磨工艺参数，该系统硬件组成报告6轴KUKA工业机器人KR60-3、柔顺恒力控制器Pushcorp AFD71、英格兰索气动马达4800D及打磨头组成。该自动打磨系统工作稳定，克服了传统打磨系统质量不稳定、打磨环境差的缺点。该系统的缺点一是采用了工业机器人，需要增加额外的安全防护措施，系统的柔性和协作性不高；二是缺少除尘、吸尘等配套设施的描述。

中国专利申请号为CN201711495033.8公开了一种机器人打磨控制系统及方法，该系统包括：线激光传感器，扫描获取打磨工件的结构参数；三维模型构建模块，构建打磨工件的三维模型；打磨区域生成模块，基于CAD 模型获取打磨区域的三维模型；轨迹生成模块，生成打磨区域的打磨轨迹及对应轨迹点的打磨力；仿真模块，三维机器人基于打磨轨迹及对应轨迹点的打磨力进行打磨仿真；轨迹优化模块，对生成的打磨轨迹及对应轨迹点的打磨力进行优化，机器人控制器基于优化后打磨轨迹及对应轨迹点的打磨力来控制机器人打磨。基于自动获取的打磨区域模型来自动规划打磨轨迹，打磨轨迹的规划过程是基于力控制来修正机器人末端位置，能提高打磨精度，且能适用于复杂工件的打磨。该系统的缺点一是主要针对压铸件等金属零件的去毛刺领域，不适合复合材料挖补打磨过程；二是仅介绍了机器人打磨控制系统，未完整描述自动打磨装置整体结构及实现细节。

中国专利申请号为CN201910524443.3公开了一种基于六维力传感器的机器人柔性智能打磨系统，该系统包括示教器、机器人控制器、机器人本体、六维力传感器、抛磨装置等。其中六维力传感器安装在机器人本体末端，抛磨装置与六维力传感器另一端连接。在打磨之前，通过拖动示教的方式框定打磨的二维区域，通过慢速模拟的方式扫描三维打磨轨迹，打磨过程中通过力传感器实时反馈打磨装置和打磨曲面的相对位姿和打磨力，通过机器人控制器实现打磨装置位姿调整，从而完成打磨。本实用新型可实现在柔性打磨工作中，不需要离线编程、视觉系统和三维扫描系统等，通过实时力控的方式实现打磨工作现场全曲率覆盖，操作简单，维护方便。该系统的缺点一是仅利用拖动示教进行路径规划，路径的精确性存在不足；二是对于抛磨装置未详细阐述，在大曲率条件下操作复杂。因此针对以上问题，提供一种飞机修理复合材料柔性自动打磨装置具有重要意义

实用新型内容

本实用新型的一种飞机修理复合材料柔性自动打磨装置，实现了复合材料修复涉及的打磨、挖除、抛光等操作过程半自动或自动化，降低人工操作强度，减轻职业健康危害，提升修复品质。

为解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

本实用新型的一种飞机修理复合材料柔性自动打磨装置，包括框架式带有支撑板的移动平台、安装于移动平台上的协作机器人、安装于协作机器人一端的浮动力敏打磨头机构、安装于移动平台上的吸尘装置以及控制组件；

所述协作机器人包括安装于支撑板顶部的六轴轻型机械臂、安装于六轴轻型机械臂末端的六维力传感器、安装于移动平台底部支撑板上的机器人控制器和示教器；

所述浮动力敏打磨头机构安装于六维力传感器上，包括浮动恒力装置、气控主轴、自动换刀刀具安装接口、安装于自动换刀刀具安装接口底部且带有砂轮砂纸的刀柄；

所述吸尘装置包括安装于移动平台底板上部的吸尘主机以及通过固定于六轴轻型机械臂上的吸尘管与吸尘主机相连通的吸尘罩，所述吸尘罩安装于六轴轻型机械臂的末端，包裹着浮动力敏打磨头机构；

所述吸尘罩采用伞状的透明塑料薄膜弹性结构，外表面均布开设有从外向内的单向导气孔，罩口边缘带有橡胶吸条，顶部开设有带束口设计的浮动力敏打磨头机构安装孔，外部贯通设置有与吸尘管相连接的吸尘管路连接端；

所述控制组件包括上位机以及由屏幕、键盘、鼠标及其总控面板构成的人机操作界面，所述上位机与机器人控制器、浮动力敏打磨头机构、吸尘主机实现通讯控制。

进一步地，所述六维力传感器上安装有与上位机通讯控制的线激光传感器。

进一步地，所述移动平台侧部设置有把手、底部设置有脚轮和可调支撑脚。

本实用新型与现有技术相比的有益效果包括：

1、本实用新型的打磨执行机械结构采用了协作机器人，使整套装置的安全性、协作性及易用性大大提高，高效实现复合材料修复涉及的打磨、挖除、抛光等操作过程半自动或自动化，降低人工操作强度。

2、本实用新型的打磨头部结合了拖动示教功能快速实现打磨区域及机械臂空间姿态的粗调，利用线激光传感器快速获取打磨工件的曲面模型，生成精确的打磨路径，满足了复合材料快速、精确、差异的修复打磨需求。

3、本实用新型的吸尘罩结构采用带侧边开合封条、罩体为透明塑料薄膜、罩体布满从外而内的单向导气孔、边缘带有橡胶吸条的伞状结构，对加工打磨过程中的废屑、粉尘、杂质气流高效吸收，有效防止打磨杂质粉尘的散溢和污染。

4、本实用新型的移动平台采用带有可调支撑脚、脚轮、把手的便捷移动结构，便于移动且在工作时，安全稳定性高。

5、本实用新型的整套打磨装置集成了吸尘、除尘装置及移动平台，既便于维修现场部署调整，又降低了职业健康危害。

当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的一种飞机修理复合材料柔性自动打磨装置不包括吸尘罩的结构示意图；

图2为本实用新型的一种飞机修理复合材料柔性自动打磨装置中吸尘罩的结构示意图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-可调支撑脚，2-脚轮，3-移动平台，4-示教器，5-机器人控制器， 6-把手，7-上位机，8-鼠标，9-键盘，10-屏幕，11-总控面板，12-六轴轻型机械臂，13-六维力传感器，14-线激光传感器，15-浮动恒力装置，16- 气控主轴，17-自动换刀刀具安装接口，18-带有砂轮砂纸的刀柄，19-吸尘主机，20-吸尘罩，21-浮动力敏打磨头机构安装孔，22-吸尘管路连接端，23-橡胶吸条，24-单向导气孔。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“一端”、“顶部”、“底部”、“末端”、“从外向内”、“外表面”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

请参阅图1-2所示，本实用新型的一种飞机修理复合材料柔性自动打磨装置，包括框架式带有支撑板的移动平台3、安装于移动平台3上的协作机器人、安装于协作机器人一端的浮动力敏打磨头机构、安装于移动平台3 上的吸尘装置以及控制组件，协作机器人包括安装于支撑板顶部的六轴轻型机械臂12、安装于六轴轻型机械臂12末端的六维力传感器13、安装于移动平台3底部支撑板上的机器人控制器5和示教器4；六维力传感器13 用于实现六轴轻型机械臂12末端的拖动示教及碰撞检测，提升打磨装置的易用性、协作性和安全性；机器人控制器5及示教器4为协作机器人所配套的控制器及示教器；

浮动力敏打磨头机构安装于六维力传感器13上，包括浮动恒力装置15、气控主轴16、自动换刀刀具安装接口17、安装于自动换刀刀具安装接口17 底部且带有砂轮砂纸的刀柄18，以适应不同工艺参数的打磨需求；浮动恒力装置15可实现打磨头的轴向或径向顺随恒力浮动，确保打磨精细精确；气动主轴16采用气动驱动，可通过调节气压调节打磨功率；

吸尘装置包括安装于移动平台3底板上部的吸尘主机19以及通过固定于六轴轻型机械臂12上的吸尘管与吸尘主机19相连通的吸尘罩20，吸尘罩20安装于六轴轻型机械臂12的末端，包裹着浮动力敏打磨头机构，吸尘管一端连接吸尘主机19，另一端连接吸尘罩20，本身固定在轻型机械臂 12上，用于实现打磨粉尘的输送和归集；

吸尘罩20采用伞状的透明塑料薄膜弹性结构，便于观察内部打磨工况，外表面均布开设有从外向内的单向导气孔24，便于实现对打磨粉尘的气流吸收，罩口边缘带有橡胶吸条23，橡胶吸条23为开合封条，可吸附在打磨工件表面，形成封闭空间，防止打磨粉尘散逸，便于安装于拆卸，顶部开设有带束口设计的浮动力敏打磨头机构安装孔21，外部贯通设置有与吸尘管相连接的吸尘管路连接端22；

控制组件包括上位机7以及由屏幕10、键盘9、鼠标8及其总控面板 11构成的人机操作界面，用于实现操作人员对整套打磨装置的集成控制，上位机7与机器人控制器5、浮动力敏打磨头机构、吸尘主机19实现通讯控制。

其中，六维力传感器13上安装有与上位机7通讯控制的线激光传感器 14，用于对打磨工件进行扫描，获取打磨工件的曲面模型。

其中，移动平台3侧部设置有把手6、底部设置有脚轮2和可调支撑脚 1，吸尘主机19集成在移动平台3上，便于与整套打磨装置一起移动，满足工位变换的需求；在工位变换时，调节支撑脚1收起，松开脚轮2，通过把手6转移整套装置；实施作业时，调节支撑脚1顶起移动平台3，确保整套打磨装置的稳定放置。

本实用新型的一种飞机修理复合材料柔性自动打磨装置工作原理如下：将调节支撑脚1收起，松开脚轮2，通过把手6转移整套装置至待打磨工位；通过调节支撑脚1顶起移动平台3，确保整套装置稳定放置；连接上外部的供电和供气线路，通过人机操作界面启动协作机器人及上位机7；利用协作机器人的拖动示教功能完成打磨区域及六轴轻型机械臂12空间姿态的初步确认；利用线激光传感器14对打磨工件进行扫描，获取打磨工件的曲面模型，在上位机7中基于曲面模型生成准确的打磨路径；设置浮动力敏打磨头机构的各项力控参数，完成各项打磨程序的设置；将吸尘罩20安装在协作机器人的末端，包裹着浮动力敏打磨头，罩口边缘带有橡胶吸条 23吸附在打磨工件表面，形成封闭空间，防止打磨粉尘散逸；启动吸尘主机19、浮动力敏打磨头机构及协作机器人按生成的打磨路径执行打磨工序；打磨路径执行完毕后，关闭协作机器人、浮动力敏打磨头机构及吸尘主机 19；取下吸尘罩20，检测打磨效果。

本实用新型与现有技术相比的有益效果包括：

1、本实用新型的打磨执行机械结构采用了协作机器人，使整套装置的安全性、协作性及易用性大大提高，高效实现复合材料修复涉及的打磨、挖除、抛光等操作过程半自动或自动化，降低人工操作强度。

2、本实用新型的打磨头部结合了拖动示教功能快速实现打磨区域及机械臂空间姿态的粗调，利用线激光传感器快速获取打磨工件的曲面模型，生成精确的打磨路径，满足了复合材料快速、精确、差异的修复打磨需求。

3、本实用新型的吸尘罩结构采用带侧边开合封条、罩体为透明塑料薄膜、罩体布满从外而内的单向导气孔、边缘带有橡胶吸条的伞状结构，对加工打磨过程中的废屑、粉尘、杂质气流高效吸收，有效防止打磨杂质粉尘的散溢和污染。

4、本实用新型的移动平台采用带有可调支撑脚、脚轮、把手的便捷移动结构，便于移动且在工作时，安全稳定性高。

5、本实用新型的整套打磨装置集成了吸尘、除尘装置及移动平台，既便于维修现场部署调整，又降低了职业健康危害。

以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (3)

1.一种飞机修理复合材料柔性自动打磨装置，包括框架式带有支撑板的移动平台(3)、安装于移动平台(3)上的协作机器人、安装于协作机器人一端的浮动力敏打磨头机构、安装于移动平台(3)上的吸尘装置以及控制组件，其特征在于：

所述协作机器人包括安装于支撑板顶部的六轴轻型机械臂(12)、安装于六轴轻型机械臂(12)末端的六维力传感器(13)、安装于移动平台(3)底部支撑板上的机器人控制器(5)和示教器(4)；

所述浮动力敏打磨头机构安装于六维力传感器(13)上，包括浮动恒力装置(15)、气控主轴(16)、自动换刀刀具安装接口(17)、安装于自动换刀刀具安装接口(17)底部且带有砂轮砂纸的刀柄(18)；

所述吸尘装置包括安装于移动平台(3)底板上部的吸尘主机(19)以及通过固定于六轴轻型机械臂(12)上的吸尘管与吸尘主机(19)相连通的吸尘罩(20)，所述吸尘罩(20)安装于六轴轻型机械臂(12)的末端，包裹着浮动力敏打磨头机构；

所述吸尘罩(20)采用伞状的透明塑料薄膜弹性结构，外表面均布开设有从外向内的单向导气孔(24)，罩口边缘带有橡胶吸条(23)，顶部开设有带束口设计的浮动力敏打磨头机构安装孔(21)，外部贯通设置有与吸尘管相连接的吸尘管路连接端(22)；

所述控制组件包括上位机(7)以及由屏幕(10)、键盘(9)、鼠标(8)及其总控面板(11)构成的人机操作界面，所述上位机(7)与机器人控制器(5)、浮动力敏打磨头机构、吸尘主机(19)实现通讯控制。

2.根据权利要求1所述的一种飞机修理复合材料柔性自动打磨装置，其特征在于，所述六维力传感器(13)上安装有与上位机(7)通讯控制的线激光传感器(14)。

3.根据权利要求1所述的一种飞机修理复合材料柔性自动打磨装置，其特征在于，所述移动平台(3)侧部设置有把手(6)、底部设置有脚轮(2)和可调支撑脚(1)。

Images