本发明专利技术提供了一种适用于飞机蒙皮钻孔并能自动调整姿态的航空制孔机器人末端执行器，该末端执行器包括丝杠进给模块、二元角度调整机构、压紧吸屑模块、钻孔模块和传感器模块。丝杠进给模块主要包括丝杠驱动电机、同步传动组件和双滚珠丝杠，实现钻孔的进给运动；二元角度调整机构主要包括步进电机、传动齿轮、楔形旋转台和球铰，实现末端姿态的自动调整；压紧吸屑模块主要包括气缸、下压筒、气缸连杆和压紧头，实现蒙皮的压紧和金属钻屑的吸收；钻孔模块主要包括钻孔伺服电机，传动轴，钻卡头和钻头，实现高精度钻孔；传感器模块包括接近传感器和激光测距传感器，实现主轴运动的寻零与限位和钻孔点法线的测量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及自动制孔技术和姿态调整技术，尤其涉及一种适用于飞机蒙皮自动调整姿态和制孔的航空制孔机器人末端执行器。
技术介绍
装配是飞机研制过程的关键环节。目前飞机装配工作量约占整个飞机制造工作量的30% 45%，其连接方式以钻铆(钻孔)为主。然而，传统的人工钻孔存在诸多不足，其工作量大，钻孔的效率低，孔的质量难以保证，并且批量化生产中人力和物力成本高。因此自动化制孔技术是现代飞机装配中的一个重要应用和研究方向。机器人自动化制孔灵活性好，对工件的适应性高，保证了制孔质量，提高制孔效率和精度。机器人自动化制孔技术在国外已得到广泛的研究和应用。目前国外军、民用飞机生产过程中的自动制孔率分别达到了 17%和75%以上。美国是最早研究和应用自动化制孔技术的国家，另外，德国、法国、俄罗斯(前苏联)等国家也对自动制孔技术进行了研究和应用。近年来，国内航空企业在飞机装配技术方面积累了一定的技术基础，机器人制孔等技术有了较大的进步。但总体上看，国内飞机装配还大多停留在采用传统型架的手工装配阶段，数字化钻孔和装配尚未贯通飞机整体装配过程，部件对接自动装配系统还属空白，基于精益制造理念的移动生产线技术还处于探索阶段。末端执行器作为整个机器人制孔系统技术中含量最高的关键单元模块之一，在一个尽量小的结构中实现模块化、多功能的机械和控制系统具有巨大的挑战性，为了实现现代飞机的高效率、高精度、自动化和绿色化制孔，自动制孔系统的末端执行器成为了目前一个重要的研究对象。
技术实现思路
针对现有技术中的上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种航空制孔机器人末端执行器，该末端执行器能够实现快速的法线垂直度检测、末端姿态的调整、实时的压紧吸屑和高精度数字驱动钻孔，且与爬壁机器人组成自动制孔系统实现对飞机蒙皮的自动钻孔， 以达到高精度、高效率、自动化、绿色化和智能化的钻孔目的。本专利技术通过以下技术方案实现。—种适用于在工件上自动调整姿态和执行加工的末端执行器，其特征在于该末端执行器包括丝杠进给模块、二元角度调整机构、压紧吸屑模块、加工模块和传感器模块。优选地，所述丝杠进给模块包括丝杠驱动电机、同步带、带轮、滚动轴承、导轮心轴、丝杠驱动固定架、轴承压盖、锁紧螺母、滚动轴承、运动转接板、丝杠螺母、滚珠丝杠和丝杠固定座；丝杠驱动电机固定在丝杠驱动固定架上，丝杠驱动电机的输出轴与带轮连接；第一滚动轴承和第二滚动轴承安装在第一导轮心轴上；第三滚动轴承和第四滚动轴承安装在第二导轮心轴上；第五滚动轴承和第六滚动轴承安装在第三导轮心轴上；第七滚动轴承和第八滚动轴承安装在第四导轮心轴上；第九滚动轴承和第十滚动轴承安装在第五导轮心轴上；第十一滚动轴承和第十二滚动轴承安装在第六导轮心轴上，这些导轮心轴与轴承组合后安装在丝杠驱动固定架上；第一滚珠丝杠穿过第一滚动轴承和第二滚动轴承，轴承的上面由第一锁紧螺母锁紧固定，丝杠和轴承利用第一轴承压盖和第二轴承压盖固定在丝杠驱动固定架上；同样，第二滚珠丝杠穿过第三滚动轴承和第四滚动轴承，轴承的上面由第二锁紧螺母锁紧固定，丝杠和轴承利用第三轴承压盖和第四轴承压盖固定在丝杠驱动固定架上；第一滚珠丝杠和第二滚珠丝杠的上端分别与第一带轮和第二带轮连接；同步带绕过带轮和轴承，实现传动作用，并且保证第一滚珠丝杠和第二滚珠丝杠的同步转动；第一丝杠螺母和第二丝杠螺母分别与第一滚珠丝杠和第二滚珠丝杠平行配合，将旋转运动转换为直线运动；丝杠螺母上还固定有运动转接板，使其带动钻孔模块钻孔；滚珠丝杠的下端通过第一丝杠固定座和第二丝杠固定座与二元角度调整机构的转接固定盖连接，实现末端姿态的调整。优选地，所述二元角度调整机构包括转接固定盖、步进电机、传动齿轮、楔形旋转台、机构底座、中心轴、滚动轴承、压套、球铰外壳、球铰和球铰锁紧螺母；所述二元角度调整机构的中心轴外部套有一个球铰，球铰外面又套有一个球铰外壳，它们一起安装在机构底座上，球铰通过一个球铰锁紧螺母达到固定的目的；压套套在球铰外壳外面，实现对铰外壳的固定；在压套外面安装着第一轴承，在第一轴承的外面安装着第一楔形旋转台；在第一楔形旋转台上面安装着一个相同的且与其相配合的第二楔形旋转台；在第二楔形旋转台装有第二轴承；转接固定盖在二元角度调整机构的最上面，固定整个机构，转接固定盖还和第一滚珠丝杠与第二滚珠丝杠连接，实现钻头的姿态调整；在转接固定盖的一端安装着第一步进电机，第二步进电机安装在机构底座上，它们分别与第一传动齿轮和第二传动齿轮连接，第一传动齿轮和第二传动齿轮分别与第一楔形旋转台和第二楔形旋转台啮合。优选地，所述压紧吸屑模块包括气缸固定板、气缸、气缸连杆、下压筒和压紧头；第一气缸和第二气缸固定在气缸固定板上，两个气缸的下端分别连接第一气缸连杆和第二气缸连杆，两个气缸两杆又和下压筒的两个下压端连接，在下压筒的底部安装着压紧头，而在它的侧部具有吸屑连接口 ；此外，在气缸固定板上还安装着激光测距传感器。优选地，所述加工模块包括钻孔伺服电机、轴承上挡环、联轴器、滚动轴承、轴承下挡环、油封、锁紧螺母、钻孔器套筒、传动轴、钻卡头和钻头；加工模块的钻孔伺服电机固定在运动转接板上，通过联轴器与传动轴连接，由第一滚动轴承、第二滚动轴承和第三滚动轴承来支承传动轴，滚动轴承通过轴承上挡环和轴承下挡环防止滚动轴承窜动，在轴承下挡环的下部由锁紧螺母实现位置的固定，轴承下挡环的外侧装有油封，其作用为防止泥沙、灰尘、水气等自外侵入轴承中和限制轴承中的润滑油漏出；在它们的外部套有钻孔器套筒，钻孔器套筒也固定在运动转接板上；传动轴的另一端与钻卡头连接，钻卡头上装有钻头。优选地，所述传感器模块包括激光测距传感器和接近传感器；所述激光测距传感器安装在气缸固定板上，所述接近传感器安装在接近传感器安装板上。相对于现有技术，本专利技术的优点在于(1)轻量化。为了提高末端执行器的轻量化，末端执行器采用薄壁复杂结构，以取代传统的装配部件结构。(2)模块化。各模块标准化设计，采用模块化接口，可自由更换不同部件，适应各种航空制造。(3)智能化。采用激光测距传感器进行钻孔点的法线垂直度检测，并利用两个步进电机对执行器的末端进行自动的姿态调整，提高了制孔的效率。(4)绿色化。在满足基本性能设计需求的前提下，充分考虑无毛刺制孔工艺，采用激光测量和绿色制造技术，减少冷却液环境污染，提高了钻孔的绿色化。(5)高质量和高效率。本专利技术采用气动压紧与吸屑技术、激光测量技术、二元角度自动调节技术，保证了制孔的质量和精度，还提高了制孔的效率。本专利技术融合了机器人钻孔的法向垂直度检测与补偿技术、机器人钻孔加工工艺技术、末端执行器轻量化设计技术、绿色加工工艺技术(无冷却液加工实现节能洁净制孔)、 机器人多传感器检测集成技术、高精度数字伺服驱动技术、机器人自主移动避障技术，实现了航空制孔的高精度、高效率、自动化、绿色化和智能化。附图说明图IA是本专利技术末端执行器的整体结构图。图IB是本专利技术末端执行器的另一角度结构视图。图2A是本专利技术末端执行器中丝杠进给模块的结构图。图2B是本专利技术末端执行器中丝杠进给模块的分解3A是本专利技术末端执行器中二元角度调整机构的结构图。图;3B是本专利技术末端执行器中二元角度调整机构的分解图。图3C是本专利技术二元角度调整机构中的楔形旋转台的结构图。图4A是本发本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：袁培江，王田苗，公茂震，刘钦，张睿，马福存，
申请(专利权)人：袁培江，
类型：发明
国别省市：
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