專利名稱：一種帶有姿態(tài)調(diào)整的航空制孔機器人末端執(zhí)行器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及自動制孔技術和姿態(tài)調(diào)整技術，尤其涉及一種適用于飛機蒙皮自動調(diào)整姿態(tài)和制孔的航空制孔機器人末端執(zhí)行器。
背景技術：
裝配是飛機研制過程的關鍵環(huán)節(jié)。目前飛機裝配工作量約占整個飛機制造工作量的30% 45%，其連接方式以鉆鉚(鉆孔)為主。然而，傳統(tǒng)的人工鉆孔存在諸多不足，其工作量大，鉆孔的效率低，孔的質量難以保證，并且批量化生產(chǎn)中人力和物力成本高。因此自動化制孔技術是現(xiàn)代飛機裝配中的一個重要應用和研究方向。機器人自動化制孔靈活性好，對工件的適應性高，保證了制孔質量，提高制孔效率和精度。機器人自動化制孔技術在國外已得到廣泛的研究和應用。目前國外軍、民用飛機生產(chǎn)過程中的自動制孔率分別達到了 17%和75%以上。美國是最早研究和應用自動化制孔技術的國家，另外，德國、法國、俄羅斯(前蘇聯(lián))等國家也對自動制孔技術進行了研究和應用。近年來，國內(nèi)航空企業(yè)在飛機裝配技術方面積累了一定的技術基礎，機器人制孔等技術有了較大的進步。但總體上看，國內(nèi)飛機裝配還大多停留在采用傳統(tǒng)型架的手工裝配階段，數(shù)字化鉆孔和裝配尚未貫通飛機整體裝配過程，部件對接自動裝配系統(tǒng)還屬空白，基于精益制造理念的移動生產(chǎn)線技術還處于探索階段。末端執(zhí)行器作為整個機器人制孔系統(tǒng)技術中含量最高的關鍵單元模塊之一，在一個盡量小的結構中實現(xiàn)模塊化、多功能的機械和控制系統(tǒng)具有巨大的挑戰(zhàn)性，為了實現(xiàn)現(xiàn)代飛機的高效率、高精度、自動化和綠色化制孔，自動制孔系統(tǒng)的末端執(zhí)行器成為了目前一個重要的研究對象。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術中的上述技術問題，本發(fā)明的目的是提供一種航空制孔機器人末端執(zhí)行器，該末端執(zhí)行器能夠實現(xiàn)快速的法線垂直度檢測、末端姿態(tài)的調(diào)整、實時的壓緊吸屑和高精度數(shù)字驅動鉆孔，且與爬壁機器人組成自動制孔系統(tǒng)實現(xiàn)對飛機蒙皮的自動鉆孔， 以達到高精度、高效率、自動化、綠色化和智能化的鉆孔目的。本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn)?！N適用于在工件上自動調(diào)整姿態(tài)和執(zhí)行加工的末端執(zhí)行器，其特征在于該末端執(zhí)行器包括絲杠進給模塊、二元角度調(diào)整機構、壓緊吸屑模塊、加工模塊和傳感器模塊。優(yōu)選地，所述絲杠進給模塊包括絲杠驅動電機、同步帶、帶輪、滾動軸承、導輪心軸、絲杠驅動固定架、軸承壓蓋、鎖緊螺母、滾動軸承、運動轉接板、絲杠螺母、滾珠絲杠和絲杠固定座；絲杠驅動電機固定在絲杠驅動固定架上，絲杠驅動電機的輸出軸與帶輪連接；第一滾動軸承和第二滾動軸承安裝在第一導輪心軸上；第三滾動軸承和第四滾動軸承安裝在第二導輪心軸上；第五滾動軸承和第六滾動軸承安裝在第三導輪心軸上；第七滾動軸承和第八滾動軸承安裝在第四導輪心軸上；第九滾動軸承和第十滾動軸承安裝在第五導輪心軸上；第十一滾動軸承和第十二滾動軸承安裝在第六導輪心軸上，這些導輪心軸與軸承組合后安裝在絲杠驅動固定架上；第一滾珠絲杠穿過第一滾動軸承和第二滾動軸承，軸承的上面由第一鎖緊螺母鎖緊固定，絲杠和軸承利用第一軸承壓蓋和第二軸承壓蓋固定在絲杠驅動固定架上；同樣，第二滾珠絲杠穿過第三滾動軸承和第四滾動軸承，軸承的上面由第二鎖緊螺母鎖緊固定，絲杠和軸承利用第三軸承壓蓋和第四軸承壓蓋固定在絲杠驅動固定架上；第一滾珠絲杠和第二滾珠絲杠的上端分別與第一帶輪和第二帶輪連接；同步帶繞過帶輪和軸承，實現(xiàn)傳動作用，并且保證第一滾珠絲杠和第二滾珠絲杠的同步轉動；第一絲杠螺母和第二絲杠螺母分別與第一滾珠絲杠和第二滾珠絲杠平行配合，將旋轉運動轉換為直線運動；絲杠螺母上還固定有運動轉接板，使其帶動鉆孔模塊鉆孔；滾珠絲杠的下端通過第一絲杠固定座和第二絲杠固定座與二元角度調(diào)整機構的轉接固定蓋連接，實現(xiàn)末端姿態(tài)的調(diào)整。優(yōu)選地，所述二元角度調(diào)整機構包括轉接固定蓋、步進電機、傳動齒輪、楔形旋轉臺、機構底座、中心軸、滾動軸承、壓套、球鉸外殼、球鉸和球鉸鎖緊螺母；所述二元角度調(diào)整機構的中心軸外部套有一個球鉸，球鉸外面又套有一個球鉸外殼，它們一起安裝在機構底座上，球鉸通過一個球鉸鎖緊螺母達到固定的目的；壓套套在球鉸外殼外面，實現(xiàn)對鉸外殼的固定；在壓套外面安裝著第一軸承，在第一軸承的外面安裝著第一楔形旋轉臺；在第一楔形旋轉臺上面安裝著一個相同的且與其相配合的第二楔形旋轉臺；在第二楔形旋轉臺裝有第二軸承；轉接固定蓋在二元角度調(diào)整機構的最上面，固定整個機構，轉接固定蓋還和第一滾珠絲杠與第二滾珠絲杠連接，實現(xiàn)鉆頭的姿態(tài)調(diào)整；在轉接固定蓋的一端安裝著第一步進電機，第二步進電機安裝在機構底座上，它們分別與第一傳動齒輪和第二傳動齒輪連接，第一傳動齒輪和第二傳動齒輪分別與第一楔形旋轉臺和第二楔形旋轉臺嚙合。優(yōu)選地，所述壓緊吸屑模塊包括氣缸固定板、氣缸、氣缸連桿、下壓筒和壓緊頭；第一氣缸和第二氣缸固定在氣缸固定板上，兩個氣缸的下端分別連接第一氣缸連桿和第二氣缸連桿，兩個氣缸兩桿又和下壓筒的兩個下壓端連接，在下壓筒的底部安裝著壓緊頭，而在它的側部具有吸屑連接口 ；此外，在氣缸固定板上還安裝著激光測距傳感器。優(yōu)選地，所述加工模塊包括鉆孔伺服電機、軸承上擋環(huán)、聯(lián)軸器、滾動軸承、軸承下?lián)醐h(huán)、油封、鎖緊螺母、鉆孔器套筒、傳動軸、鉆卡頭和鉆頭；加工模塊的鉆孔伺服電機固定在運動轉接板上，通過聯(lián)軸器與傳動軸連接，由第一滾動軸承、第二滾動軸承和第三滾動軸承來支承傳動軸，滾動軸承通過軸承上擋環(huán)和軸承下?lián)醐h(huán)防止?jié)L動軸承竄動，在軸承下?lián)醐h(huán)的下部由鎖緊螺母實現(xiàn)位置的固定，軸承下?lián)醐h(huán)的外側裝有油封，其作用為防止泥沙、灰塵、水氣等自外侵入軸承中和限制軸承中的潤滑油漏出；在它們的外部套有鉆孔器套筒，鉆孔器套筒也固定在運動轉接板上；傳動軸的另一端與鉆卡頭連接，鉆卡頭上裝有鉆頭。優(yōu)選地，所述傳感器模塊包括激光測距傳感器和接近傳感器；所述激光測距傳感器安裝在氣缸固定板上，所述接近傳感器安裝在接近傳感器安裝板上。相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明的優(yōu)點在于
(1)輕量化。為了提高末端執(zhí)行器的輕量化，末端執(zhí)行器采用薄壁復雜結構，以取代傳統(tǒng)的裝配部件結構。(2)模塊化。各模塊標準化設計，采用模塊化接口，可自由更換不同部件，適應各種航空制造。(3)智能化。采用激光測距傳感器進行鉆孔點的法線垂直度檢測，并利用兩個步進電機對執(zhí)行器的末端進行自動的姿態(tài)調(diào)整，提高了制孔的效率。(4)綠色化。在滿足基本性能設計需求的前提下，充分考慮無毛刺制孔工藝，采用激光測量和綠色制造技術，減少冷卻液環(huán)境污染，提高了鉆孔的綠色化。(5)高質量和高效率。本發(fā)明采用氣動壓緊與吸屑技術、激光測量技術、二元角度自動調(diào)節(jié)技術，保證了制孔的質量和精度，還提高了制孔的效率。本發(fā)明融合了機器人鉆孔的法向垂直度檢測與補償技術、機器人鉆孔加工工藝技術、末端執(zhí)行器輕量化設計技術、綠色加工工藝技術(無冷卻液加工實現(xiàn)節(jié)能潔凈制孔)、 機器人多傳感器檢測集成技術、高精度數(shù)字伺服驅動技術、機器人自主移動避障技術，實現(xiàn)了航空制孔的高精度、高效率、自動化、綠色化和智能化。


圖IA是本發(fā)明末端執(zhí)行器的整體結構圖。圖IB是本發(fā)明末端執(zhí)行器的另一角度結構視圖。圖2A是本發(fā)明末端執(zhí)行器中絲杠進給模塊的結構圖。圖2B是本發(fā)明末端執(zhí)行器中絲杠進給模塊的分解3A是本發(fā)明末端執(zhí)行器中二元角度調(diào)整機構的結構圖。圖;3B是本發(fā)明末端執(zhí)行器中二元角度調(diào)整機構的分解圖。圖3C是本發(fā)明二元角度調(diào)整機構中的楔形旋轉臺的結構圖。圖4A是本發(fā)明末端執(zhí)行器中壓緊吸屑模塊的結構圖。圖4B是本發(fā)明末端執(zhí)行器中壓緊吸屑模塊的分解圖。圖4C是本發(fā)明壓緊吸屑模塊中下壓筒與壓緊頭的結構圖。圖5A是本發(fā)明末端執(zhí)行器中鉆孔模塊的結構圖。圖5B是本發(fā)明末端執(zhí)行器中鉆孔模塊的的分解圖。圖中1.絲杠進給模塊 101.絲杠驅動電機 102.同步帶103A C.帶輪 104A L.滾動軸承 105A F.導輪心軸 106.絲杠驅動固定架107A D.軸承壓蓋 110.運動轉接板IllA B.絲杠螺母2. 二元角度調(diào)節(jié)機構 202A B.步進電機204A B.楔形旋轉臺208.壓套3.壓緊吸屑模塊
108A B.鎖緊螺母 109A D.滾動軸承
112A B.滾珠絲杠 113A B.絲杠固定座 201.轉接固定蓋 203A B.傳動齒輪 205.機構底座 206.中心軸 209.球鉸外殼 210.球鉸
207A B.滾動軸承 211.球鉸鎖緊螺母
301.氣缸固定板 302A B.氣缸303A B.氣缸連桿304.下壓筒305.壓緊頭4.鉆孔模塊401.鉆孔伺服電機404A C.滾動軸承405.軸承下?lián)醐h(huán)408.鉆孔器套筒409.傳動軸5IA C.激光測距傳感器61.安裝板62A B.側擋板
402.軸承擋環(huán) 403.聯(lián)軸器 406.油封407.鎖緊螺母
410.鉆卡頭 411.鉆頭 52A B.接近傳感器 63.接近傳感器安裝板
具體實施例方式下面將結合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明。參見圖1A、圖IB本發(fā)明由絲杠進給模塊1、二元角度調(diào)整機構2、壓緊吸屑模塊3、 鉆孔模塊4、傳感器模塊5五個模塊組成。在實施鉆孔前系統(tǒng)需要先回零；然后傳感器模塊 5中的激光測距傳感器對制孔點進行法線垂直測量；二元角度調(diào)節(jié)機構2調(diào)整執(zhí)行器末端的姿態(tài)；壓緊吸屑模塊3壓緊飛機蒙皮，吸屑裝置開啟；絲杠進給模塊1帶動鉆孔模塊4對飛機蒙皮實施制孔。(一 )絲杠進給模塊參見圖2A和圖2B所示，絲杠進給模塊1包括絲杠驅動電機101、同步帶102、帶輪 103A C、滾動軸承104A L、導輪心軸105A F、絲杠驅動固定架106、軸承壓蓋107A D、鎖緊螺母108A B、滾動軸承109A D、運動轉接板110、絲杠螺母IllA B、滾珠絲杠 112A B、絲杠固定座113A B。絲杠驅動電機101固定在絲杠驅動固定架106上，絲杠驅動電機101的輸出軸與帶輪103C連接。滾動軸承104A和滾動軸承104B安裝在導輪心軸105A上；滾動軸承104C 和滾動軸承104D安裝在導輪心軸105B上；滾動軸承104E和滾動軸承104F安裝在導輪心軸 105C上；滾動軸承104G和滾動軸承104H安裝在導輪心軸105D上；滾動軸承1041和滾動軸承104J安裝在導輪心軸105E上；滾動軸承104K和滾動軸承104L安裝在導輪心軸105F 上，這些導輪心軸與軸承組合后安裝在絲杠驅動固定架106上。滾珠絲杠112A穿過滾動軸承109A和滾動軸承109B，軸承的上面由鎖緊螺母108A鎖緊固定，絲杠和軸承利用軸承壓蓋107A和軸承壓蓋107B固定在絲杠驅動固定架106上。同樣，滾珠絲杠112B穿過滾動軸承109C和滾動軸承109D，軸承的上面由鎖緊螺母108B鎖緊固定，絲杠和軸承利用軸承壓蓋107C和軸承壓蓋107D固定在絲杠驅動固定架106上。滾珠絲杠112A和滾珠絲杠112B 的上端分別與帶輪103A和帶輪10 連接。同步帶102繞過帶輪103A C和軸承104A L，實現(xiàn)傳動作用，并且保證滾珠絲杠112A和滾珠絲杠112B的同步轉動。絲杠螺母11IA和絲杠螺母IllB分別與滾珠絲杠112A和滾珠絲杠112B平行配合，將旋轉運動轉換為直線運動。絲杠螺母上還固定有運動轉接板110，使其帶動鉆孔模塊鉆孔。滾珠絲杠的下端通過絲杠固定座113A和絲杠固定座11 與二元角度調(diào)整機構的轉接固定蓋連接，實現(xiàn)末端姿態(tài)的調(diào)整。在鉆孔過程中，絲杠驅動電機101工作，通過同步帶102使?jié)L珠絲杠112A和滾珠絲杠112B同時轉動。絲杠螺母IllA和絲杠螺母IllB將滾珠絲杠的旋轉運動轉變?yōu)榻z杠螺母直線運動，帶動固定有鉆孔模塊的運動轉接板110上下移動。
在絲杠進給模塊1中，絲杠驅動電機采用奧地利貝加萊公司的型號為8LSA34的交流伺服電機，其額定功率為440W，轉速為2200r/min，額定轉速下扭矩達到1. 5Nm的轉矩；滾動軸承104A L選用標準件GB276-94的滾動軸承628，其尺寸為外直徑24mm內(nèi)直徑8mm厚度8mm ；滾動軸承109A D選用標準件GB^2_94的滾動軸承S7002，其尺寸為外直徑32mm 內(nèi)直徑15mm厚度9mm ；滾珠絲杠112A B采用臺灣HIWIN的型號為R20-5T3-FSI-393-0. 05 的滾珠絲桿，外徑為20mm，導程為5mm，全長為393mm，精度為0. 05mm ；與滾珠絲杠配套的絲杠螺母 IllA B 型號為 R20-5T3-FSI-0. 05。( 二 ) 二元角度調(diào)整機構參見圖3A和圖;3B所示，二元角度調(diào)整機構2包括轉接固定蓋201、步進電機 202A B、傳動齒輪203A B、楔形旋轉臺204A B、機構底座205、中心軸206、滾動軸承 207A B、壓套208、球鉸外殼209、球鉸210、球鉸鎖緊螺母211。206為二元角度調(diào)節(jié)機構的中心軸，其外部套有一個球鉸210，球鉸210外面又套有一個球鉸外殼209，它們一起安裝在機構底座205上，球鉸210通過一個球鉸鎖緊螺母 211達到固定的目的。壓套208套在球鉸外殼209外面，實現(xiàn)對鉸外殼209的固定。在壓套 208外面安裝著滾動軸承207A，在軸承207A的外面安裝著楔形旋轉臺204A。在楔形旋轉臺 204A上面安裝著一個相同的且與其相配合的楔形旋轉臺204B。在楔形旋轉臺204B裝有滾動軸承207B。轉接固定蓋201在二元角度調(diào)整機構2的最上面，固定整個機構，不僅如此， 轉接固定蓋201還和滾珠絲杠112A與滾珠絲杠112B連接，實現(xiàn)鉆頭的姿態(tài)調(diào)整。在轉接固定蓋201的一端安裝著步進電機202A，另一個步進電機202B安裝在機構底座205上，它們分別與傳動齒輪203A和傳動齒輪20 連接，傳動齒輪203A和傳動齒輪20!3B分別與楔形旋轉臺204A和楔形旋轉臺204B(參見圖3C，其傾斜角為α)嚙合，起傳動的作用。在執(zhí)行器末端姿態(tài)調(diào)整過程中，步進電機202Α和步進電機202Β根據(jù)激光測距傳感器反饋的對鉆孔點法向量的測量信息，通過傳動齒輪203Α和傳動齒輪20 使楔形旋轉臺204A和楔形旋轉臺204B分別旋轉，利用它們的高度差可以使鉆孔部件整體按照設定角度整體偏轉，從而使末端執(zhí)行器的鉆頭圍繞固定中心線實現(xiàn)三維空間運動，即實現(xiàn)一個圓錐運動，從而達到定角度的調(diào)節(jié)目的。二元角度調(diào)整機構2可以帶動鉆銷機構作2α度的角度偏轉，只要楔形旋轉臺204Α和楔形旋轉臺204Β分別旋轉適當?shù)慕嵌缺憧蓪崿F(xiàn)鉆頭法向角度的調(diào)整。在二元角度調(diào)整機構2中，步進電機202Α和步進電機202Β采用奧地利貝加萊公司的型號為80MPD5的步進電機，步距角為1. 8° ；滾動軸承207Α B采用德國FAG型號為 71821-?、堑臐L動軸承，其尺寸為外直徑130mm內(nèi)直徑105mm厚度13mm ；球鉸210的內(nèi)徑為50mm ；傳動齒輪203A B的分度圓半徑為17mm，楔形旋轉臺204A B的分度圓半徑為 170mm，它們的傳動比為1 10，楔形旋轉臺204A B的楔形傾角為2°，因此鉆頭的可調(diào)節(jié)角度為4°。(三)壓緊吸屑模塊參見圖4A和圖4B所示，壓緊吸屑模塊3包括氣缸固定板301、氣缸302A B、氣缸連桿303A B、下壓筒304、壓緊頭305。氣缸302A和氣缸302B固定在氣缸固定板301上，兩個氣缸的下端分別連接氣缸連桿303A和氣缸連桿30;3B，兩個氣缸兩桿又和下壓筒304的兩個下壓端連接，在下壓筒
9304的底部安裝著壓緊頭305，而在它的側部具有吸屑連接口。此外，在氣缸固定板301上還安裝著三個激光測距傳感器51A C。在開始鉆孔之前氣缸303A和30 同時上氣，在氣壓的作用下氣缸連桿303A與氣缸連桿3(X3B同時受迫下運動，使裝有壓緊頭305的下壓筒304下運動，實現(xiàn)壓緊頭305對飛機蒙皮的壓緊，下壓筒304和壓緊頭305的結構參見圖4C。完成壓緊后吸屑裝置啟動，通過吸屑連接口吸收產(chǎn)生的金屬屑。在壓緊吸屑模塊中使用的氣缸選用亞德客(AIRTAC)型號為SC40X75-S的四拉桿氣缸，使用壓力為l-9bar。壓緊頭305的材料選用紫銅，質軟，不易損傷飛機蒙皮表面。(四)鉆孔模塊參見圖5A和圖5B所示，鉆孔模塊4包括鉆孔伺服電機401、軸承上擋環(huán)402、聯(lián)軸器403、滾動軸承404A C、軸承下?lián)醐h(huán)405、油封406、鎖緊螺母407、鉆孔器套筒408、傳動軸409、鉆卡頭410、鉆頭411。鉆孔模塊4的鉆孔伺服電機401固定在運動轉接板110上，通過聯(lián)軸器403與傳動軸409連接，由滾動軸承404A、滾動軸承404B和滾動軸承404C來支承傳動軸409，滾動軸承通過軸承上擋環(huán)402和軸承下?lián)醐h(huán)405防止?jié)L動軸承竄動，在軸承下?lián)醐h(huán)405的下部由鎖緊螺母407實現(xiàn)位置的固定，軸承下?lián)醐h(huán)405的外側裝有油封406，其作用為防止泥沙、 灰塵、水氣等自外侵入軸承中和限制軸承中的潤滑油漏出。在它們的外部套有鉆孔器套筒 408，鉆孔器套筒408也固定在運動轉接板110上。傳動軸409的另一端與鉆卡頭410連接， 鉆卡頭410上裝有鉆頭411。在鉆孔時由鉆孔伺服電機401提供動力，通過傳動軸409帶動裝有鉆頭411的鉆卡頭410旋轉，在進給運動的配合下實現(xiàn)對飛機蒙皮的鉆孔。在鉆孔模塊中鉆孔伺服電機401選用奧地利貝加萊公司的型號為8LSA36的交流伺服電機，其額定功率為750W，轉速為6000r/min，額定轉速下扭矩達到3Nm的轉矩；聯(lián)軸器采用型號為LK8-C14S的夾緊螺絲固定型聯(lián)軸器；軸承選用標準件GB^2-94的滾動軸承 S7024，其尺寸為外直徑47mm內(nèi)直徑20mm厚度14mm ；鉆卡頭選用型號為HSK32-WTE08 ；鉆頭根據(jù)鉆孔要求而定。(五)傳感器模塊參見圖IA和圖IB所示，傳感器模塊5包括激光測距傳感器51A C和接近傳感器52A B。三個激光測距傳感器51A C安裝在氣缸固定板301上，兩個接近傳感器52A B安裝在接近傳感器安裝板63上。三個激光測距傳感器51A C，具有測量鉆孔點法向量的作用，其測量信息反饋給二元角度調(diào)節(jié)機構2使用。接近傳感器52A作為零位開關，在鉆孔時作為絲杠進給模塊1 的零位，。而接近傳感器52B作為限位開關，它起限制絲杠進給模塊1的運動的作用，避免發(fā)生碰撞。在傳感器模塊5中激光測距傳感器51A C采用德國SICK公司的型號為 0D2-P85W2010的激光測距傳感器，測量范圍是75mm 105mm，測量精度為士 100 μ m ；接近傳感器52A B選用奧托尼克(Autonics)電子有限公司生產(chǎn)的型號為PRL18-5DN的高頻振蕩型接近傳感器，傳感距離為2mm。
除此之外，在機構底座205上還安裝有安裝板61和側擋板62A B，安裝板61起和爬壁機器人連接的，側擋板62A B具有保護二元角度調(diào)整機構2的作用；在絲杠驅動固定架106上安裝有接近傳感器安裝板63，它的作用是固定接近傳感器52A B。以上所述僅為本發(fā)明的幾種具體實施例，以上實施例僅用于對本發(fā)明的技術方案和發(fā)明構思做說明而非限制本發(fā)明的權利要求范圍。凡本技術領域中技術人員在本專利的發(fā)明構思基礎上結合現(xiàn)有技術，通過邏輯分析、推理或有限實驗可以得到的其他技術方案， 也應該被認為落在本發(fā)明的權利要求保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種適用于在工件上自動調(diào)整姿態(tài)和執(zhí)行加工的末端執(zhí)行器，其特征在于該末端執(zhí)行器包括絲杠進給模塊(1)、二元角度調(diào)整機構O)、壓緊吸屑模塊(3)、加工模塊(4) 和傳感器模塊(5)。
2.根據(jù)權利要求1所述的末端執(zhí)行器，其特征在于，所述絲杠進給模塊(1)包括絲杠驅動電機(101)、同步帶(102)、帶輪(103A C)、滾動軸承(104A L)、導輪心軸(105A F)、絲杠驅動固定架(106)、軸承壓蓋(107A D)、鎖緊螺母(108A B)、滾動軸承(109A D)、運動轉接板(110)、絲杠螺母(111A B)、滾珠絲杠(112A B)和絲杠固定座(113A B)；絲杠驅動電機(101)固定在絲杠驅動固定架(106)上，絲杠驅動電機(101)的輸出軸與帶輪(103C)連接；第一滾動軸承(104A)和第二滾動軸承(104B)安裝在第一導輪心軸(105A)上；第三滾動軸承(104C)和第四滾動軸承(104D)安裝在第二導輪心軸(105B) 上；第五滾動軸承(104E)和第六滾動軸承(104F)安裝在第三導輪心軸(105C)上；第七滾動軸承(104G)和第八滾動軸承(104H)安裝在第四導輪心軸(105D)上；第九滾動軸承 (1041)和第十滾動軸承(104J)安裝在第五導輪心軸(105E)上；第i^一滾動軸承(104K) 和第十二滾動軸承(104L)安裝在第六導輪心軸(105F)上，這些導輪心軸與軸承組合后安裝在絲杠驅動固定架(106)上；第一滾珠絲杠(112A)穿過第一滾動軸承(109A)和第二滾動軸承(109B)，軸承的上面由第一鎖緊螺母(108A)鎖緊固定，絲杠和軸承利用第一軸承壓蓋(107A)和第二軸承壓蓋(107B)固定在絲杠驅動固定架(106)上；同樣，第二滾珠絲杠(112B)穿過第三滾動軸承(109C)和第四滾動軸承(109D)，軸承的上面由第二鎖緊螺母 (108B)鎖緊固定，絲杠和軸承利用第三軸承壓蓋(107C)和第四軸承壓蓋(107D)固定在絲杠驅動固定架(106)上；第一滾珠絲杠(112A)和第二滾珠絲杠(112B)的上端分別與第一帶輪(103A)和第二帶輪(103B)連接；同步帶(102)繞過帶輪(103A C)和軸承(104A L)，實現(xiàn)傳動作用，并且保證第一滾珠絲杠(112A)和第二滾珠絲杠(112B)的同步轉動；第一絲杠螺母(IllA)和第二絲杠螺母(IllB)分別與第一滾珠絲杠(112A)和第二滾珠絲杠 (112B)平行配合，將旋轉運動轉換為直線運動；絲杠螺母上還固定有運動轉接板(110)， 使其帶動鉆孔模塊鉆孔；滾珠絲杠的下端通過第一絲杠固定座(113A)和第二絲杠固定座 (113B)與二元角度調(diào)整機構的轉接固定蓋連接，實現(xiàn)末端姿態(tài)的調(diào)整。
3.根據(jù)權利要求1所述的末端執(zhí)行器，其特征在于，所述二元角度調(diào)整機構(2)包括 轉接固定蓋(201)、步進電機(202A B)、傳動齒輪(203A B)、楔形旋轉臺(204A B)、機構底座(205)、中心軸(206)、滾動軸承(207A B)、壓套(208)、球鉸外殼(209)、球鉸(210) 和球鉸鎖緊螺母011)；所述二元角度調(diào)整機構的中心軸(206)外部套有一個球鉸010)，球鉸(210)外面又套有一個球鉸外殼009)，它們一起安裝在機構底座(2冊)上，球鉸(210)通過一個球鉸鎖緊螺母(211)達到固定的目的；壓套(208)套在球鉸外殼(209)外面，實現(xiàn)對鉸外殼(209) 的固定；在壓套(208)外面安裝著第一軸承(207A)，在第一軸承Q07A)的外面安裝著第一楔形旋轉臺(204A)；在第一楔形旋轉臺(204A)上面安裝著一個相同的且與其相配合的第二楔形旋轉臺O04B)；在第二楔形旋轉臺Q04B)裝有第二軸承O07B)；轉接固定蓋(201) 在二元角度調(diào)整機構O)的最上面，固定整個機構，轉接固定蓋O01)還和第一滾珠絲杠 (112A)與第二滾珠絲杠(112B)連接，實現(xiàn)鉆頭的姿態(tài)調(diào)整；在轉接固定蓋O01)的一端安裝著第一步進電機(202A)，第二步進電機Q02B)安裝在機構底座(20 上，它們分別與第一傳動齒輪O03A)和第二傳動齒輪O03B)連接，第一傳動齒輪O03A)和第二傳動齒輪 (203B)分別與第一楔形旋轉臺(204A)和第二楔形旋轉臺O04B)嚙合。
4.根據(jù)權利要求1所述的末端執(zhí)行器，其特征在于，所述壓緊吸屑模塊(3)包括氣缸固定板(301)、氣缸(302A B)、氣缸連桿(303A B)、下壓筒(304)和壓緊頭(305)；第一氣缸(302A)和第二氣缸(302B)固定在氣缸固定板(301)上，兩個氣缸的下端分別連接第一氣缸連桿(303A)和第二氣缸連桿(30 )，兩個氣缸兩桿又和下壓筒(304)的兩個下壓端連接，在下壓筒(304)的底部安裝著壓緊頭(305)，而在它的側部具有吸屑連接口 ；此外，在氣缸固定板(301)上還安裝著激光測距傳感器(51A C)。
5.根據(jù)權利要求1所述的末端執(zhí)行器，其特征在于，所述加工模塊(4)包括鉆孔伺服電機(401)、軸承上擋環(huán)(40 、聯(lián)軸器(40 、滾動軸承(404A C)、軸承下?lián)醐h(huán)(405)、油封(406)、鎖緊螺母(407)、鉆孔器套筒(408)、傳動軸(409)、鉆卡頭(410)和鉆頭(411)；加工模塊⑷的鉆孔伺服電機(401)固定在運動轉接板(110)上，通過聯(lián)軸器(403)與傳動軸(409)連接，由第一滾動軸承(404A)、第二滾動軸承G04B)和第三滾動軸承0O4C) 來支承傳動軸(409)，滾動軸承通過軸承上擋環(huán)(40 和軸承下?lián)醐h(huán)005)防止?jié)L動軸承竄動，在軸承下?lián)醐h(huán)G05)的下部由鎖緊螺母(407)實現(xiàn)位置的固定，軸承下?lián)醐h(huán)005)的外側裝有油封006)，其作用為防止泥沙、灰塵、水氣等自外侵入軸承中和限制軸承中的潤滑油漏出；在它們的外部套有鉆孔器套筒008)，鉆孔器套筒(408)也固定在運動轉接板 (110)上；傳動軸(409)的另一端與鉆卡頭(410)連接，鉆卡頭(410)上裝有鉆頭(411)。
6.根據(jù)權利要求1所述的末端執(zhí)行器，其特征在于，所述傳感器模塊( 包括激光測距傳感器(5IA C)和接近傳感器(52A B)；所述激光測距傳感器(51A C)安裝在氣缸固定板(301)上，所述接近傳感器(52A B)安裝在接近傳感器安裝板(63)上。
7.根據(jù)權利要求2所述的末端執(zhí)行器，其特征在于在加工過程中，絲杠驅動電機 (101)工作，通過同步帶(10 使第一滾珠絲杠(112A)和第二滾珠絲杠(112B)同時轉動； 第一絲杠螺母(IllA)和第二絲杠螺母(IllB)將滾珠絲杠的旋轉運動轉變?yōu)榻z杠螺母直線運動，帶動固定有鉆孔模塊的運動轉接板(110)上下移動。
8.根據(jù)權利要求3所述的末端執(zhí)行器，其特征在于在執(zhí)行器末端姿態(tài)調(diào)整過程中，第一步進電機O02A)和第二步進電機O02B)根據(jù)激光測距傳感器反饋的對鉆孔點法向量的測量信息，通過第一傳動齒輪O03A)和第二傳動齒輪O03B)使第一楔形旋轉臺(204A)和第二楔形旋轉臺O04B)分別旋轉，利用它們的高度差可以使鉆孔部件整體按照設定角度整體偏轉，從而使末端執(zhí)行器的鉆頭圍繞固定中心線實現(xiàn)三維空間運動，即實現(xiàn)一個圓錐運動，從而達到定角度的調(diào)節(jié)目的；所述二元角度調(diào)整機構(2)可以帶動加工機構作2 α度的角度偏轉，只要第一楔形旋轉臺(204Α)和第二楔形旋轉臺Ο04Β)分別旋轉適當?shù)慕嵌缺憧蓪崿F(xiàn)鉆頭法向角度的調(diào)整。
9.根據(jù)權利要求4所述的一種末端執(zhí)行器，其特征在于在開始加工之前第一氣缸 (303Α)和第二氣缸(303Β)同時上氣，在氣壓的作用下第一氣缸連桿(303Α)與第二氣缸連桿(303Β)同時受迫下運動，使裝有壓緊頭(30 的下壓筒(304)下運動，實現(xiàn)壓緊頭(305) 對工件的壓緊；完成壓緊后吸屑裝置啟動，通過吸屑連接口吸收產(chǎn)生的碎屑。
10.根據(jù)權利要求6所述的末端執(zhí)行器，其特征在于所述激光測距傳感器(51A C)， 具有測量鉆孔點法向量的作用，其測量信息反饋給所述二元角度調(diào)節(jié)機構O)；第一接近傳感器(52A)作為零位開關，在加工時作為絲杠進給模塊(1)的零位，；而第二接近傳感器 (52B)作為限位開關，它起限制絲杠進給模塊(1)的運動的作用，避免發(fā)生碰撞。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種適用于飛機蒙皮鉆孔并能自動調(diào)整姿態(tài)的航空制孔機器人末端執(zhí)行器，該末端執(zhí)行器包括絲杠進給模塊、二元角度調(diào)整機構、壓緊吸屑模塊、鉆孔模塊和傳感器模塊。絲杠進給模塊主要包括絲杠驅動電機、同步傳動組件和雙滾珠絲杠，實現(xiàn)鉆孔的進給運動；二元角度調(diào)整機構主要包括步進電機、傳動齒輪、楔形旋轉臺和球鉸，實現(xiàn)末端姿態(tài)的自動調(diào)整；壓緊吸屑模塊主要包括氣缸、下壓筒、氣缸連桿和壓緊頭，實現(xiàn)蒙皮的壓緊和金屬鉆屑的吸收；鉆孔模塊主要包括鉆孔伺服電機，傳動軸，鉆卡頭和鉆頭，實現(xiàn)高精度鉆孔；傳感器模塊包括接近傳感器和激光測距傳感器，實現(xiàn)主軸運動的尋零與限位和鉆孔點法線的測量。
文檔編號B23Q3/08GK102513575SQ20121000671
公開日2012年6月27日 申請日期2012年1月10日 優(yōu)先權日2012年1月10日
發(fā)明者公茂震, 劉欽, 張睿, 王田苗, 袁培江, 馬福存 申請人:袁培江