一种自主爬行钻铆系统及其运行方法技术方案

本发明专利技术公开了一种自主爬行钻铆系统及其运行方法，包括机器人吸附行走装置、机器人基准检测装置、机器人法向检测与修正装置、集成控制装置以及钻铆装置；吸附行走装置包括内框架、内腿、外框架、外腿、X向电机以及Z向电机，基准检测装置包括设置在工件上的若干个不连成一条直线的基准孔以及设置在内框架中部的主架体，主架体下表面固定有一可转动的相机；集成控制装置包括控制器，控制器与X向电机、Z向电机以及真空发生器连接，并控制X向电机、Z向电机和真空发生器运作，控制器与相机以及激光位移传感器连接。本发明专利技术的机器人具有应用灵活性高；结构重量轻，装配质量稳定等优点，满足当前飞机先进装配技术的要求。

An autonomous crawling drilling riveting system and its operation method

The invention discloses a self creeping rivet system and its operation method, including adsorption robot walking device, detection device, robot robot base method to integrated control device detection and correction device and riveting device; adsorption walking device comprises an inner frame, the inner leg, an outer frame, an outer leg, X and Z to the motor to the motor base detecting device comprises a plurality of workpieces in a straight line without datum holes and set within the framework of central main frame, a main frame body is fixed on the bottom surface of a rotatable camera; integrated control device includes a controller, controller and X to Z motor, motor and generator connected to a vacuum. And to control X motor, Z motor and vacuum generator to operate, controller and camera and laser displacement sensor connection. The robot has the advantages of high flexibility, light weight, stable assembly quality and so on, and meets the requirements of the advanced assembly technology of the aircraft.

【技术实现步骤摘要】
一种自主爬行钻铆系统及其运行方法
本专利技术属于航空制造业自动化装配
，特别涉及一种以自主爬行钻铆系统为载体，通过真空吸盘将自身吸附在飞机蒙皮表面，从而对飞机机翼或机身框架进行自动钻孔、锪窝以及铆接的数字化装配技术，具体的说，涉及一种自主爬行钻铆系统及其运行方法。
技术介绍
目前，装配领域多采用手工装配、半机械化与机械化装配相结合的传统装配方式，使用大量较复杂的专用型架定位和夹紧的非精益化装配方法，技术陈旧、落后，制孔精度、铆接质量、密封质量均靠工人经验保证。今后的产品正在进入构型多、批量少、更新换代快的时代，传统的装配模式与方法已不能满足要求，迫切需要引进一种灵活通用、快速适应、自动化程度高的新装配模式。目前飞机结构采用的主要连接方法是机械连接，一架大型飞机上大约有150万～200万个铆钉和螺栓。飞机零部件制孔数量多，制孔精度要求高，采用传统手工制孔铆接的方式无法满足精度要求。为了满足现代飞机高寿命、高强度、密封、抗疲劳的要求，首先要保证机械连接的安全性和可靠性，因此需要使用先进的自动钻铆设备来提高装配的质量和精度。手工制孔虽然设备成本小，加工适应范围较大；但是加工效率低，精度低，对工人的要求高，以及无法满足现代先进飞机的装配要求。自动钻铆设备成本高昂，适用面较窄，需要预铺行走导轨，设备体积较大，使用场所固定，对环境要求较高，大空间多坐标系变换导致位姿误差大，操作空间有限，往往需要多台设备联合作业，需配备专用的托架系统，增大了使用和操作的难度。大型自动化装配系统的缺点也比较明显：包括成本高昂，柔性差以及生产转型困难等。为了规避风险和降低成本，当前自动化钻铆设备正向柔性化、模块化、轻量化方向发展。轻型自动化装配系统是在效率、柔性和成本之间折中的一种方案。比较典型的轻型自动化装配系统主要有基于工业机器人自动化装配系统、柔性轨道自动化装配系统、自行走机器人自动化装配系统三种。基于工业机器人自动化装配系统是利用市场上通用的工业机器人（臂）为设备本体，配合相应的末端执行器组成的自动化装配系统，是当前应用最多的一种轻型自动化装配系统解决方案，工业机器人装配系统虽然柔性化程度好、精度及效率高、加工范围较广，但也存在关节刚度较低；绝对定位精度较低的缺点。柔性轨道系统是由波音公司提出（并申请专利）的轻型自动化装配系统解决方案。柔性轨道系统是在产品表面吸附有柔性轨道，在其上安装有移动小车。工作时，移动小车沿轨道滑动到相应位置，安装在小车上的末端执行器进行自动化制孔；自主移动式轻型自动制孔系统（爬行机器人）是由空客支持的轻型自动化装配系统解决方案，与柔性轨道系统功能类似但柔性更好，属于目前最新形式的轻型自动化装配系统。轻型自主移动式自动化装配系统属于轻型、柔性自动化装配系统，利用真空吸盘将自身吸附在工件上表面进行制孔，这也是与一般的大型数控自动化装配系统最大的不同。自主移动式装配系统具有一些重要的优点，比如设备安装简单，简化了安装工作及安装系统所用的工装，因此投入生产前的准备时间大大缩短，应用的灵活性也更高。轻型自主移动式自动化装配系统是一种自动化装配的轻量化解决方案，符合柔性化和模块化的发展方向，实现了几大目标：1)柔性好：可适应多种工件，用于多个项目；2)实施周期短：最少的安装和调整时间；3)成本较低：采购成本和运行成本低；4)无需专用工装：可在现有的装配型架上使用，对于型架的影响和改动实现最小化；5)结构重量轻。轻型自主移动式自动化装配系统的研制和应用提高了大飞机机身装配的自动化及柔性化水平，提高了连接孔的制造质量，保障了制孔的稳定性。自动爬行钻铆设备能满足飞机机体结构装配的自动制孔、铆接要求，符合当前飞机先进装配技术的发展方向。轻型自动化制孔系统作为装配效率、系统柔性和设备成本之间折衷的一种方案，已经受到国内外业界的普遍重视。目前国外对轻型自主移动自动化装配系统的研究已经有了工程化的应用。据调研，国内外仅有西班牙M.Torres公司自行走机器人的设计和生产比较成熟。自主移动式轻型装配系统的研制符合当前飞机先进装配技术的发展方向，对提升我国先进装配技术的研究和应用水平有着重要意义：自主移动式轻型装配系统的研制和应用将提升装配质量、提高效率、降低成本，从而获得巨大的经济效益。为满足以上需求，本专利技术提供了一种轻型自主移动式自动化装配系统的多足爬行钻铆系统，以满足轻型自主移动式自动化装配系统工作过程的钻孔和铆接功能。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种自主爬行钻铆系统及其运行方法。为实现上述技术目的，本专利技术采取的技术方案为：一种自主爬行钻铆系统，包括机器人吸附行走装置、机器人基准检测装置、机器人法向检测与修正装置、集成控制装置以及钻铆装置；其中，机器人吸附行走装置包括内框架、内腿、外框架、外腿、X向电机以及Z向电机,内腿固定在内框架的四角，内腿可伸缩，内腿下端设有内腿吸盘，外腿固定在外框架的四角，外腿可伸缩，外腿下端设有外腿吸盘，内腿和外腿上均设置有Z向电机，Z向电机带动内腿或外腿抬起或放下；内腿吸盘和外腿吸盘均连接各自的真空发生器，真空发生器固定在内框架或外框架上；真空发生器能对内腿吸盘和外腿吸盘抽真空，使得内腿吸盘和外腿吸盘吸附在工件上，内框架和外框架之间通过X向电机连接，X向电机能带动内框架相对于外框架前后移动；机器人基准检测装置包括设置在工件上的若干个不连成一条直线的基准孔以及设置在内框架中部的主架体，主架体下表面固定有一可转动的相机；机器人法向检测与修正装置安装在主架体上，机器人法向检测与修正装置包括若干个垂直朝下的激光位移传感器，激光位移传感器用于检测钻铆装置是否垂直于工件；集成控制装置包括控制器，控制器与X向电机、Z向电机以及真空发生器连接，并控制X向电机、Z向电机和真空发生器运作，控制器与相机以及激光位移传感器连接，接收并分析相机和激光位移传感器传来的信息。为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：上述的钻铆装置安装在主架体上，钻铆装置包括钻头和钻头电机，钻头位于主架体下表面，钻头能在钻头电机的带动下上下移动，在工件上打孔，控制器与钻头电机连接并控制钻头电机运作。上述的X向电机固定在内框架上，X向电机的转动轴与一丝杠连接，丝杠与外框架咬合配合，X向电机通过转动丝杠使内框架和外框架相对移动。外框架内侧设置有滑轨，内框架的外侧面插入滑轨中与外框架滑动配合。控制器包括上位机和下位机，上位机与下位机信号连接，上位机与相机以及激光位移传感器信号连接，用于分析相机以及激光位移传感器传来的数据并将相应指令发送至下位机，下位机与X向电机、Z向电机、真空发生器以及钻头电机连接，并控制X向电机、Z向电机、真空发生器以及钻头电机的运作。上述的上位机为工业控制计算机，下位机为PLC。一种自主爬行钻铆系统的运行方法，其特征是：包括以下步骤：步骤A，机器人吸附行走步骤：1）将自主爬行钻铆系统安放在工件表面，自主爬行钻铆系统依靠内腿吸盘和外腿吸盘吸附于工件表面；2）移动时，内腿吸盘和外腿吸盘交替松开，X向电机带动内框架和外框架交替运动，实现沿X向的前进；具体步骤如下：第一步，控制器控制内腿吸盘解除负压，使内腿吸盘脱落，并同步控制内腿的Z向电机，使内腿抬起；第二步，同步控制X向电机，使内本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自主爬行钻铆系统，其特征是：包括机器人吸附行走装置(1)、机器人基准检测装置(2)、机器人法向检测与修正装置(3)、集成控制装置以及钻铆装置(4)；其中，所述的机器人吸附行走装置(1)包括内框架(11)、内腿(12)、外框架(13)、外腿(14)、X向电机(15)以及Z向电机(16),所述的内腿(12)固定在内框架(11)的四角，所述的内腿(12)可伸缩，内腿(12)下端设有内腿吸盘(12a)，所述的外腿(14)固定在外框架(13)的四角，所述的外腿(14)可伸缩，外腿(14)下端设有外腿吸盘(14a)，所述的内腿(12)和外腿(14)上均设置有Z向电机(16)，所述的Z向电机(16)带动内腿(12)或外腿(14)抬起或放下；所述的内腿吸盘(12a)和外腿吸盘(14a)均连接各自的真空发生器(17)，所述的真空发生器(17)固定在内框架(11)或外框架(13)上；所述的真空发生器(17)能对内腿吸盘(12a)和外腿吸盘(14a)抽真空，使得内腿吸盘(12a)和外腿吸盘(14a)吸附在工件上，所述的内框架(11)和外框架(13)之间通过X向电机(15)连接，所述的X向电机(15)能带动内框架(11)相对于外框架(13)前后移动；所述的机器人基准检测装置(2)包括设置在工件上的若干个不连成一条直线的基准孔以及设置在内框架(11)中部的主架体(21)，所述的主架体(21)下表面固定有一可转动的相机(22)；所述的机器人法向检测与修正装置(3)安装在主架体(21)上，机器人法向检测与修正装置(3)包括若干个垂直朝下的激光位移传感器(31)，所述的激光位移传感器(31)用于检测钻铆装置(4)是否垂直于工件；所述的集成控制装置包括控制器，所述的控制器与X向电机(15)、Z向电机(16)以及真空发生器(17)连接，并控制X向电机(15)、Z向电机(16)和真空发生器(17)运作，所述的控制器与相机(22)以及激光位移传感器(31)连接，接收并分析相机(22)和激光位移传感器(31)传来的信息；所述的钻铆装置(4)安装在主架体(21)上，所述的钻铆装置(4)包括钻头(41)和钻头电机(42)，所述的钻头(41)位于主架体(21)下表面，钻头(41)能在钻头电机(42)的带动下上下移动，在工件上打孔，所述的控制器与钻头电机(42)连接并控制钻头电机(42)运作。...

【技术特征摘要】
1.一种自主爬行钻铆系统，其特征是：包括机器人吸附行走装置(1)、机器人基准检测装置(2)、机器人法向检测与修正装置(3)、集成控制装置以及钻铆装置(4)；其中，所述的机器人吸附行走装置(1)包括内框架(11)、内腿(12)、外框架(13)、外腿(14)、X向电机(15)以及Z向电机(16),所述的内腿(12)固定在内框架(11)的四角，所述的内腿(12)可伸缩，内腿(12)下端设有内腿吸盘(12a)，所述的外腿(14)固定在外框架(13)的四角，所述的外腿(14)可伸缩，外腿(14)下端设有外腿吸盘(14a)，所述的内腿(12)和外腿(14)上均设置有Z向电机(16)，所述的Z向电机(16)带动内腿(12)或外腿(14)抬起或放下；所述的内腿吸盘(12a)和外腿吸盘(14a)均连接各自的真空发生器(17)，所述的真空发生器(17)固定在内框架(11)或外框架(13)上；所述的真空发生器(17)能对内腿吸盘(12a)和外腿吸盘(14a)抽真空，使得内腿吸盘(12a)和外腿吸盘(14a)吸附在工件上，所述的内框架(11)和外框架(13)之间通过X向电机(15)连接，所述的X向电机(15)能带动内框架(11)相对于外框架(13)前后移动；所述的机器人基准检测装置(2)包括设置在工件上的若干个不连成一条直线的基准孔以及设置在内框架(11)中部的主架体(21)，所述的主架体(21)下表面固定有一可转动的相机(22)；所述的机器人法向检测与修正装置(3)安装在主架体(21)上，机器人法向检测与修正装置(3)包括若干个垂直朝下的激光位移传感器(31)，所述的激光位移传感器(31)用于检测钻铆装置(4)是否垂直于工件；所述的集成控制装置包括控制器，所述的控制器与X向电机(15)、Z向电机(16)以及真空发生器(17)连接，并控制X向电机(15)、Z向电机(16)和真空发生器(17)运作，所述的控制器与相机(22)以及激光位移传感器(31)连接，接收并分析相机(22)和激光位移传感器(31)传来的信息；所述的钻铆装置(4)安装在主架体(21)上，所述的钻铆装置(4)包括钻头(41)和钻头电机(42)，所述的钻头(41)位于主架体(21)下表面，钻头(41)能在钻头电机(42)的带动下上下移动，在工件上打孔，所述的控制器与钻头电机(42)连接并控制钻头电机(42)运作。2.根据权利要求1所述的一种自主爬行钻铆系统，其特征是：所述的X向电机(15)固定在内框架(11)上，所述的X向电机(15)的转动轴与一丝杠连接，所述的丝杠与外框架(13)咬合配合，所述的X向电机(15)通过转动丝杠使内框架(11)和外框架(13)相对移动。3.根据权利要求1所述的一种自主爬行钻铆系统，其特征是：所述的外框架(13)内侧设置有滑轨(13a)，所述的内框架(11)的外侧面插入滑轨(13a)中与外框架(13)滑动配合。4.根据权利要求1所述的一种自主爬行钻铆系统，其特征是：所述的控制器包括上位机和下位机，所述的上位机与下位机信号连接，所述的上位机与相机(22)以及激光位移传感器(31)信号连接，用于分析相机(22)以及激光位移传感器(31)传来的数据并将相应指令发送至下位机，所述的下位机与X向电机(15)、Z向电机(16)、真空发生器(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：田威，肖亮，廖文和，周敏，张霖，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32