一种高锁螺栓智能装配系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种高锁螺栓智能装配系统及方法，其包括：插钉机器人包括第一机械臂、第一快换盘和视觉组件；所述第一机械臂的末端设置有所述第一快换盘，位于所述第一机械臂的末端侧部设置有所述视觉组件；锁紧机器人包括第二机械臂和第二快换盘；所述第二机械臂的末端设置有所述第二快换盘；插钉工具通过所述第一快换盘设置在所述第一机械臂的末端，通过所述插钉机器人带动进行插钉；锁紧工具通过所述第二快换盘设置在所述第二机械臂的末端，与所述插钉机器人配合，用于对待锁紧的工件进行锁紧。本发明专利技术既可以节省劳动力，又能提高整机制造效率，还能保证零件连接性能的一致性。还能保证零件连接性能的一致性。还能保证零件连接性能的一致性。

【技术实现步骤摘要】
一种高锁螺栓智能装配系统及方法


[0001]本专利技术涉及飞机制造业
，特别是关于一种高锁螺栓智能装配系统及方法。

技术介绍

[0002]机器人在飞机装配中的应用已成为未来航空制造业发展的必然趋势。在飞机蒙皮装配中，最具代表性的连接零部件就是高锁螺栓。在传统的飞机蒙皮装配工艺中，高锁螺栓主要是由人工钻铆来完成连接和装配的，而飞机蒙皮的铆钉数量之庞大，必然导致工人劳动强度高且装配效率低，由于人工的参与同时也导致了装配零部件性能一致性较差的问题。
[0003]目前，也有根据飞机蒙皮装配而开发的专用自动化设备，但是这些设备存在体积庞大、造价昂贵、用途单一、维护困难的问题。因此如何开发一种基于机器人的高锁螺栓智能装配设备成为目前亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种高锁螺栓智能装配系统及方法，其既可以节省劳动力，又能提高整机制造效率，还能保证零件连接性能的一致性。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种高锁螺栓智能装配系统，其包括：插钉机器人，其包括第一机械臂、第一快换盘和视觉组件；所述第一机械臂的末端设置有所述第一快换盘，位于所述第一机械臂的末端侧部设置有所述视觉组件；锁紧机器人，其包括第二机械臂和第二快换盘；所述第二机械臂的末端设置有所述第二快换盘；插钉工具，通过所述第一快换盘设置在所述第一机械臂的末端，通过所述插钉机器人带动进行插钉；锁紧工具，通过所述第二快换盘设置在所述第二机械臂的末端，与所述插钉机器人配合，用于对待锁紧的工件进行锁紧。
[0006]进一步，所述第一机械臂的末端与所述第一快换盘之间设置有第一六维力传感器；所述第二机械臂的末端与所述第二快换盘之间设置有第二六维力传感器。
[0007]进一步，所述锁紧工具包括连接板、伺服电机、行星齿轮减速器和齿轮箱；所述连接板的一端与所述锁紧机器人末端上的所述第二快换盘的母盘连接；所述伺服电机的输出轴与所述行星齿轮减速器连接，所述行星齿轮减速器的输出轴与所述齿轮箱的主动齿轮连接；所述齿轮箱设置在所述连接板的另一端。
[0008]进一步，所述锁紧工具还包括伺服电机编码器和扭矩传感器；所述伺服电机编码器设置在所述伺服电机上，用以测量所述伺服电机的转角及转速，所述扭矩传感器设置在所述行星齿轮减速器上，用于测量所述行星齿轮减速器的输出扭矩。
[0009]进一步，所述齿轮箱包括箱体、主动齿轮、箱盖、预紧螺母、固定帽、预紧弹簧、六角批头和从动齿轮；
[0010]所述箱体一端的侧壁安装在所述连接板上，所述箱体的底部设置有所述箱盖，所
述箱体内设置有相互啮合的所述主动齿轮和所述从动齿轮，所述主动齿轮与所述行星齿轮减速器的输出轴同轴连接；与所述从动齿轮连接的转轴采用中空轴，所述中空轴的一端延伸至所述箱盖的外部形成延伸部；所述六角批头穿设在所述中空轴内，所述六角批头的大端位于所述箱体顶部外侧，所述六角批头的小端穿过所述套筒位于所述中空轴外；所述固定帽的底部安装在所述箱体顶部外侧，所述六角批头的大端位于所述固定帽内；所述固定帽的顶部设置有所述预紧螺母，位于所述预紧螺母与所述六角批头的端部之间设置有所述紧预紧弹簧。
[0011]进一步，位于所述中空轴的侧壁周向设置有一圈凹槽，并在所述箱盖上设置有与所述凹槽连通的通孔，沿所述中空轴长度方向在中空轴侧壁内设置有与所述凹槽连通的气道，所述通孔、所述凹槽和所述气道构成第一负压气道；位于所述延伸部端部的气道端口形成螺母适配孔，通过所述第一负压气道和所述螺母适配孔进行螺母拾取。
[0012]进一步，所述中空轴延伸部的端部为内六方孔。
[0013]进一步，所述固定帽的内部为六方孔，用于限制所述六角批头的大端旋转；所述六角批头的大端和小端均为外六方结构。
[0014]进一步，所述插钉工具包括安装圆板、连接杆和螺钉吸头；所述安装圆板通过螺钉安装在所述插钉机器人的所述第一快换盘上，所述连接杆的第一端与所述安装圆板的中部通过螺纹连接，所述连接杆的第二端通过螺纹与所述螺钉吸头固定连接；
[0015]所述螺钉吸头的侧部开设有第二负压气道，所述螺钉吸头的端部设置有与所述第二负压气道连通的螺栓适配孔。
[0016]一种基于上述装配系统实现的高锁螺栓智能装配方法，其包括以下步骤：
[0017]1)插钉机器人移动至工具托盘的插钉工具放置位，第一快换盘安装插钉工具；
[0018]2)插钉机器人移动到螺钉托盘上方，视觉组件拍照识别螺钉位置后移动到相应的拾取位置，此时插钉工具中的第二负压气道开始吸气，插钉机器人拾取螺钉后移动到过渡点位置；
[0019]3)插钉机器人移动到螺母托盘上方经视觉组件拍照识别螺母位置后移动到过渡点位置等待；
[0020]4)锁紧机器人移动到相应的拾取位置，此时伺服电机启动，带动行星齿轮减速器转动，进而带动主动齿轮和从动齿轮转动，同时齿轮箱的第一负压气道开始吸气，螺母被从动齿轮末端螺母适配孔拾取并认帽成功；
[0021]5)锁紧机器人移动到指定的过渡点等待，插钉机器人移动到指定的孔位，在视觉组件拍照并识别后插钉机器人将螺钉插入对应的孔位；
[0022]6)在指定孔位被识别后，锁紧机器人带动末端锁紧工具到达指定孔位并将高锁螺母与高锁螺栓对准；伺服电机先慢速转动直到六角批头的小端插入高锁螺栓端面内孔后才高速转动进而带动从动齿轮高速转动将螺栓旋转至与工件贴合，再让伺服电机根据设定的低速带动从动齿轮低速旋转，根据扭矩传感器反馈锁紧力矩的变化趋势监测到螺母的螺帽断开后,锁紧机器人停止锁紧并带动末端锁紧工具将断开的螺帽丢人废料盘后回到初始位置，完成一个装配周期。
[0023]本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
[0024]1、本专利技术的智能锁紧工具实现了螺母旋钮运动与螺栓返扭不动这两种运动状态
的分离。
[0025]2、本专利技术的高锁螺栓智能装配机器人实现了高锁螺栓的自动拾取、柔性认帽、螺栓溯源、以及自动锁紧，有效地提高了高锁螺栓的装配精度和效率。
[0026]3、本专利技术的高锁螺栓智能装配机器人及其末端装配工具可以将拧紧过程参数记录、保存并上传云端，为后续飞机制造过程的数字孪生、飞机服役性能及健康监测、全生命周期管理等工作提供数据基础和可追溯手段。此外，本专利技术还可以为高锁螺栓国产化的性能一致性方面提供数据基础。
[0027]4、本专利技术能够实现高锁螺栓装配过程中螺母与螺钉的无序拾取、自主插入、智能装配以及参数记录。在视觉系统的引导下，机器人可以识别螺母与螺钉在料盘的位置，并在末端工具的负压作用下将其拾取。在视觉系统和力传感器的引导下，机器人可以将螺栓插入既定孔位。锁紧机器人持拧紧工具将高锁螺母锁紧于螺栓上并扭断套环。智能伺服拧紧机和力传感器实时测量并存储高锁螺栓的拧紧过程参数，如锁紧力矩、锁紧角度、锁紧转速、断裂峰值扭矩等数据。
[0028]综上，本专利技术为飞机蒙皮钻铆装配提供了智能工具，为高锁螺栓连接性能参数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高锁螺栓智能装配系统，其特征在于，包括：插钉机器人，其包括第一机械臂、第一快换盘和视觉组件；所述第一机械臂的末端设置有所述第一快换盘，位于所述第一机械臂的末端侧部设置有所述视觉组件；锁紧机器人，其包括第二机械臂和第二快换盘；所述第二机械臂的末端设置有所述第二快换盘；插钉工具，通过所述第一快换盘设置在所述第一机械臂的末端，通过所述插钉机器人带动进行插钉；锁紧工具，通过所述第二快换盘设置在所述第二机械臂的末端，与所述插钉机器人配合，用于对待锁紧的工件进行锁紧。2.如权利要求1所述高锁螺栓智能装配系统，其特征在于，所述第一机械臂的末端与所述第一快换盘之间设置有第一六维力传感器；所述第二机械臂的末端与所述第二快换盘之间设置有第二六维力传感器。3.如权利要求1所述高锁螺栓智能装配系统，其特征在于，所述锁紧工具包括连接板、伺服电机、行星齿轮减速器和齿轮箱；所述连接板的一端与所述锁紧机器人末端上的所述第二快换盘的母盘连接；所述伺服电机的输出轴与所述行星齿轮减速器连接，所述行星齿轮减速器的输出轴与所述齿轮箱的主动齿轮连接；所述齿轮箱设置在所述连接板的另一端。4.如权利要求3所述高锁螺栓智能装配系统，其特征在于，所述锁紧工具还包括伺服电机编码器和扭矩传感器；所述伺服电机编码器设置在所述伺服电机上，用以测量所述伺服电机的转角及转速，所述扭矩传感器设置在所述行星齿轮减速器上，用于测量所述行星齿轮减速器的输出扭矩。5.如权利要求3所述高锁螺栓智能装配系统，其特征在于，所述齿轮箱包括箱体、主动齿轮、箱盖、预紧螺母、固定帽、预紧弹簧、六角批头和从动齿轮；所述箱体一端的侧壁安装在所述连接板上，所述箱体的底部设置有所述箱盖，所述箱体内设置有相互啮合的所述主动齿轮和所述从动齿轮，所述主动齿轮与所述行星齿轮减速器的输出轴同轴连接；与所述从动齿轮连接的转轴采用中空轴，所述中空轴的一端延伸至所述箱盖的外部形成延伸部；所述六角批头穿设在所述中空轴内，所述六角批头的大端位于所述箱体顶部外侧，所述六角批头的小端穿过所述套筒位于所述中空轴外；所述固定帽的底部安装在所述箱体顶部外侧，所述六角批头的大端位于所述固定帽内；所述固定帽的顶部设置有所述预紧螺母，位于所述预紧螺母与所述六角批头的端部之间设置有所述紧预紧弹簧。6.如权利要求5所述高锁螺栓智能装配系统，其特征在于，位于所述中空轴的侧壁周向设置有一圈凹槽...

【专利技术属性】
技术研发人员：张胜伦，程鹏志，苏鹏，谢亚苏，赵烈华，
申请(专利权)人：航宇智造北京工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：