一种可伸入翼盒内的自动化装配机器人及其工作方法技术

本发明专利技术公开了一种可伸入翼盒内的自动化装配机器人及其工作方法。现有装配机器人难以在空间狭小的飞机翼盒中进行紧固件安装。该装配机器人包括基座、高度调节组件、横梁和机械臂。横梁的内端与基座构成沿竖直方向滑动的滑动副。横梁由高度调节组件驱动进行升降。机械臂包括大回转轴、第一驱动组件、大回转连杆、第二驱动组件、上臂连杆、第三驱动组件、下臂连杆、第四驱动组件、手部连杆、第五驱动组件和末端装配工具。本发明专利技术通过在机械臂的首端设置能够绕水平轴周转的大回转轴，使得机械臂既能够向下伸入工艺孔，又能够向上伸入工艺孔，且保持末端装配工具工作部位的朝向不变；进而在机器人位置不变的情况下实现工艺孔上方和下方的紧固件安装。的紧固件安装。的紧固件安装。

An automatic assembly robot that can reach into the wing box and its working method

【技术实现步骤摘要】
一种可伸入翼盒内的自动化装配机器人及其工作方法


[0001]本专利技术属于飞机翼盒生产设备
，具体涉及一种可伸入翼盒内的自动化装配机器人。

技术介绍

[0002]对于飞机翼盒部件，为了表面保持光滑平整，需要将螺母等紧固件安装在内部。沿翼展方向，通常在翼盒侧面每隔一段距离开设有工艺孔，便于工人的手臂伸入内部进行操作。由于翼盒内部空间狭小，此种装配作业目前主要采用人工方式完成。但是，飞机翼盒内紧固件装配作业工作量大，工作重复枯燥，人工消耗量大，效率不高，经济效益低，迫切需要实现自动化。采用机器人进行紧固装配无疑是一种优选方案，然而目前市场上的SCARA和6R串联工业机器人等，大臂小臂长度大，主要适用于外部装配操作作业，不适合狭窄的内部装配。正基于此，急需设计一种可伸入翼盒内部装配机器人及其方法。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种可伸入翼盒内的自动化装配机器人。
[0004]本专利技术一种可伸入翼盒内的自动化装配机器人，包括基座、高度调节组件、横梁和机械臂。横梁的内端与基座构成沿竖直方向滑动的滑动副。横梁由高度调节组件驱动进行升降。
[0005]所述的机械臂包括大回转轴、大回转连杆、第一驱动组件、上臂连杆、第二驱动组件、下臂连杆、第三驱动组件、手部连杆、第四驱动组件和末端装配工具。能够360
°
周转的大回转轴支承在横梁的外端。大回转轴的轴线水平设置。大回转轴的外端与大回转连杆固定。上臂连杆的内端与大回转连杆的外端构成第一转动副。下臂连杆的内端与上臂连杆的外端构成第二转动副。手部连杆的内端与下臂连杆的外端构成第三转动副。第一转动副、第二转动副和第三转动副的公共轴线相互平行，且垂直于大回转轴的轴线。末端装配工具安装在手部连杆上，用于进行紧固件的安装作业。大回转轴、大回转连杆、上臂连杆、下臂连杆、手部连杆均能够在动力元件的驱动下旋转，使得末端装配工具24能够通过工艺孔伸入到飞机翼盒的内部进行工作。上臂连杆、下臂连杆的转动半径均为100～150mm；工作状态下，大回转轴的轴线与飞机翼盒的工艺孔对齐，上臂连杆、下臂连杆和手部连杆均通过工艺孔伸入飞机翼盒内；在上臂连杆、下臂连杆与手部连杆朝向相反的状态下，大回转轴能够带动手部连杆在飞机翼盒内周转。
[0006]作为优选，所述的上臂连杆和下臂连杆的结构相同，包括一体成型的内端部块、中间倾斜部、外端部块。内端部块、外端部块的内端与中间倾斜部的两端分别连接。中间倾斜部使得内端部块与外端部块相互错开。中间倾斜部的一侧开设有电机安装槽，用于安装电机。中间倾斜部的另一侧开设有带传动组件安装槽，用于安装带传动组件。电机安装槽的两侧形成两块第一肋板。带传动组件安装槽的两侧形成两块第二肋板。上臂连杆上的外端部块位于内端部块靠近大回转连杆的那一侧。下臂连杆上的外端部块位于内端部块靠近上臂
连杆的那一侧。
[0007]作为优选，所述的大回转轴由第一驱动组件驱动旋转。第一驱动组件包括第二带传动组件和第二电机。第二带传动组件包括第二带轮和第二同步带。其中一个第二带轮固定在大回转轴上，另一个第二带轮支承在横梁的外端并由第二电机驱动。两个第二带轮通过第二同步带连接。上臂连杆由第二驱动组件驱动旋转。第二驱动组件包括第三带传动组件和第三电机。第三带传动组件包括第三带轮和第三同步带。其中一个第三带轮固定在上臂连杆的内端，另一个第三带轮支承在大回转连杆上并由第三电机驱动。两个第三带轮通过第三同步带连接。第三电机固定在大回转连杆上。下臂连杆由第三驱动组件驱动旋转。第三驱动组件包括第四带传动组件和第四电机。第四带传动组件包括第四带轮和第四同步带。其中一个第四带轮固定在下臂连杆的内端，另一个第四带轮支承在上臂连杆上并由第四电机驱动。两个第四带轮通过第四同步带连接。第四电机固定在上臂连杆上。手部连杆由第四驱动组件驱动旋转。第四驱动组件包括第五带传动组件和第五电机。第五带传动组件包括第五带轮和第五同步带。其中一个第五带轮固定在手部连杆的内端，另一个第五带轮支承在下臂连杆上并由第五电机驱动。两个第五带轮通过第五同步带连接。第五电机固定在上臂连杆上。
[0008]作为优选，所述的基座包括脚轮、底盘、立框、加强框和导轨。底盘的底部安装有多个脚轮。脚轮中的一个或多个为万向轮。竖直设置的立框的底端与底盘顶部的尾端固定。两个加强框分别安装在底盘顶部的两侧。加强框的两端与底盘、立框分别固定。立框的内侧固定有竖直设置的两根导轨。横梁的内端通过两个滑块与两根导轨分别滑动连接。
[0009]作为优选，所述的高度调节组件包括第一电机和第一带传动组件。第一带传动组件包括第一带轮和第一同步带。两个第一带轮分别支承在立框的顶部、底部，并通过第一同步带连接。下方的第一带轮由第一电机驱动旋转。第一同步带与横梁的内端固定。
[0010]作为优选，所述横梁的外端与底盘的头端对齐。横梁包括内梁板、第一侧梁板、第二侧梁板、中间隔板、端面板、第一耳块和第二耳块。间隔设置且相互平行的第一侧梁板和第二侧梁板均与内梁板的外侧面焊接固定。中间隔板的两侧均一体成型有第一耳块。两个第一耳块分别嵌入第一侧梁板、第二侧梁板上的第一卡接槽。端面板的两侧均一体成型有第二耳块。两个第二耳块分别嵌入第一侧梁板、第二侧梁板上的第二卡接槽。中间隔板位于内梁板与端面板之间。滑块安装在内梁板上。大回转轴安装在中间隔板与端面板之间。第一驱动组件安装在中间隔板上。
[0011]作为优选，一种可伸入翼盒内的自动化装配机器人还包括测量模块。所述的测量模块包括测量支架、超声波传感器和相机。测量支架固定在横梁的外端，且与大回转连杆并排设置。相机和多个超声波传感器均安装在测量支架的外端。
[0012]该可伸入翼盒内的自动化装配机器人的工作方法，包括以下步骤：
[0013]步骤一、大回转轴、上臂连杆、下臂连杆和手部连杆转动，使得手部连杆呈现竖直或倾斜朝向下方的姿态，且末端装配工具的工作部位朝向靠近横梁的一侧；
[0014]步骤二、高度调节组件带动横梁升降，使得末端装配工具的外端与飞机翼盒上的工艺孔对齐；之后，通过上臂连杆、下臂连杆和手部连杆的转动，使得末端装配工具斜向穿过工艺孔，伸入飞机翼盒的内部；
[0015]步骤三、通过横梁的升降，大回转轴、上臂连杆、下臂连杆和手部连杆的转动，使得
末端装配工具的工作部位由下至上依次移动到工艺孔下方的各个需要安装的紧固件位置，并装上紧固件；
[0016]步骤四、通过上臂连杆、下臂连杆和手部连杆的转动，使得上臂连杆、下臂连杆的外端均倾斜或竖直朝上，而手部连杆的外端倾斜或竖直朝下；
[0017]步骤五、大回转轴转动，使得手部连杆的外端由朝向下方变化为朝向上方。
[0018]步骤六、通过横梁的升降，大回转轴、上臂连杆、下臂连杆和手部连杆的转动，使得末端装配工具的工作部位由下至上依次移动到工艺孔上方的各个需要安装的紧固件位置，并装上紧固件。
[0019]步骤七、通过横梁升降运动、上臂连杆、下臂连杆和手部连杆的转动，机械臂从工艺孔退出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可伸入翼盒内的自动化装配机器人，包括基座、高度调节组件、横梁(8)和机械臂；其特征在于：所述横梁(8)的内端与基座构成沿竖直方向滑动的滑动副；横梁(8)由高度调节组件驱动进行升降；所述的机械臂包括大回转轴(11)、大回转连杆(14)、上臂连杆(17)、下臂连杆(20)、手部连杆(23)和末端装配工具(24)；能够360
°
周转的大回转轴(11)支承在横梁(8)的外端；大回转轴(11)的轴线水平设置；大回转轴(11)的外端与大回转连杆(14)固定；上臂连杆(17)的内端与大回转连杆(14)的外端构成第一转动副；下臂连杆(20)的内端与上臂连杆(17)的外端构成第二转动副；手部连杆(23)的内端与下臂连杆(20)的外端构成第三转动副；第一转动副、第二转动副和第三转动副的公共轴线相互平行，且垂直于大回转轴(11)的轴线；末端装配工具(24)安装在手部连杆(23)上，用于进行紧固件的安装作业；大回转轴(11)、上臂连杆(17)、下臂连杆(20)、手部连杆(23)均能够在动力元件的驱动下旋转，使得末端装配工具24能够通过工艺孔伸入到飞机翼盒(25)的内部进行工作；上臂连杆(17)、下臂连杆(20)的转动半径均为100～150mm；工作状态下，大回转轴(11)的轴线与飞机翼盒(25)的工艺孔对齐，上臂连杆(17)、下臂连杆(20)和手部连杆(23)均通过工艺孔伸入飞机翼盒(25)内；在上臂连杆(17)、下臂连杆(20)与手部连杆(23)朝向相反的状态下，大回转轴(11)能够带动手部连杆(23)在飞机翼盒(25)内周转。2.根据权利要求1所述的一种可伸入翼盒内的自动化装配机器人，其特征在于：所述的上臂连杆和下臂连杆的结构相同，包括一体成型的内端部块(171)、中间倾斜部、外端部块(174)；内端部块(171)、外端部块(174)的内端与中间倾斜部的两端分别连接；中间倾斜部使得内端部块(171)与外端部块(174)相互错开；中间倾斜部的一侧开设有电机安装槽(173)，用于安装电机；中间倾斜部的另一侧开设有带传动组件安装槽(176)，用于安装带传动组件；电机安装槽(173)的两侧形成两块第一肋板(172)；带传动组件安装槽(176)的两侧形成两块第二肋板(175)；上臂连杆上的外端部块(174)位于内端部块(171)靠近大回转连杆(14)的那一侧；下臂连杆上的外端部块(174)位于内端部块(171)靠近上臂连杆的那一侧。3.根据权利要求1或2所述的一种可伸入翼盒内的自动化装配机器人，其特征在于：所述的大回转轴(11)由第一驱动组件驱动旋转；第一驱动组件包括第二带传动组件(9)和第二电机(10)；第二带传动组件包括第二带轮和第二同步带；其中一个第二带轮固定在大回转轴(11)上，另一个第二带轮支承在横梁(8)的外端并由第二电机(10)驱动；两个第二带轮通过第二同步带连接；上臂连杆(17)由第二驱动组件驱动旋转；第二驱动组件包括第三带传动组件(16)和第三电机(15)；第三带传动组件包括第三带轮和第三同步带；其中一个第三带轮固定在上臂连杆(17)的内端，另一个第三带轮支承在大回转连杆(14)上并由第三电机(15)驱动；两个第三带轮通过第三同步带连接；第三电机(15)固定在大回转连杆(14)上；下臂连杆(20)由第三驱动组件驱动旋转；第三驱动组件包括第四带传动组件(19)和第四电机(18)；第四带传动组件包括第四带轮和第四同步带；其中一个第四带轮固定在下臂连杆(20)的内端，另一个第四带轮支承在上臂连杆(17)上并由第四电机(18)驱动；两个第四带轮通过第四同步带连接；第四电机(18)固定在上臂连杆(17)上；手部连杆(23)由第四驱动组件驱动旋转；第四驱动组件包括第五带传动组件(22)和第五电机(21)；第五带传动组件包括第五带轮和第五同步带；其中一个第五带轮固定在手部连杆(23)的内端，另一个第五
带轮支承在下臂连杆(20)上并由第五电机(21)驱动...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜杰凤，
申请(专利权)人：杭州师范大学，
类型：发明
国别省市：