[实用新型]机器人末端制孔执行器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种主要用于工业机器人自动制孔系统的自动化制孔末端执行器。 

背景技术

传统的人工钻孔，工作量大，过程枯燥，钻孔的效率低，孔的精度和质量难以保证一致性，批量化生产人力和物力成本高。目前的自动钻铆机受制于自身的结构形式：全作间的高精度造就了设备的大型化、高刚性，但存在质量大、设备笨重、用途太专一的缺点。自动钻铆机最显著的特点就是体积庞大、造价昂贵、维护困难，并且需要配套固定型架或自动托架，其投资也是巨大的。进入20世纪90年代后,飞机制造行业对飞机装配技术提出了高质量、高速度、低成本的生产要求,飞机柔性装配技术得到了极大的发展.机器人制孔技术是飞机柔性装配技术的一个重要应用和研究方向。在一架大型飞机上，大约有150-300万个连接件，而这些连接孔的质量严重制约着飞机的使用寿命。目前这些连接孔主要采用工人手工制孔，劳动环境恶劣，劳动强度大，更重要的是很难保证连接孔的质量。目前能够快速高效的完成工艺规划、夹紧、钻孔、锪窝、去毛刺等操作的工业机器人自动制孔系统解决方案，主要包括工业机器人单元、末端制孔执行器单元、上位机控制单元以及工艺规划仿真软件单元。机器人制孔系统一般采取工件不动、机器人移动的方式。机器人自动制孔系统的工作分工由机器人完成末端执行器的精确定位和定姿，由末端执行器完成钻头的旋转及进给，由监测及标定系统对加工过程及定位精度进行实时测量，整个系统由中央控制器控制工艺顺序，跟踪数据(如刀具寿命和孔径)。末端执行器与传统的数控机床上的动力头相比，最大优势在于它具有压紧装置和实时力反馈装置；其次在于它的独立性和通用性：独立性表现在它本身就是个小型的制孔装置，利用它可进行一些切削实验；通用性表现在它可以配合不同的移动平台构成钻削系统。机器人自动制孔系统的关键技术包括：压紧力的设定。钻削开始之前，机器人将末端控制器上的钻头移动到预定位置和姿态，由末端执行器的压紧装置与被加工工件接触，并施加一定压紧力。压紧力的主要作用包括：一是补偿重力对末端执行器角度造成的影响；二是消除叠层材料层与层间的间隙，防止层间毛刺的进入；三是使结构紧凑，增加系统的动态刚度。目前，正在应用的机器人自动制孔系统，其压紧力和钻削力是耦合的，这样的设计使得压脚上的力随切削力的增大而减小，而作用在机器人上的力始终是压紧力，使得机器人在钻孔时不用承受动态的力，而只承受一个静态的力，这种设计应保证压紧力大于切削力，以保证系统的稳定性和孔的质量。但这种设计也存在一个缺点，会造成工件 的变形。原因是在钻孔前必须先压紧，而此时作用在工件上的力很大。如何解决这一问题，是一个难题。由于被加工件多是大型曲面，在到达指定位置后，需要调整钻头与工件的相对姿态，保证钻头和工件的垂直。目前一般采用4个线性位移传感器（LVDT）或4个激光位移传感器来调整钻头和工件的垂直。如何利用视觉系统或较少的位移传感器进行钻头的调姿，调整刀具和工件表面的垂直度是降低成本，提高效率值得深入探讨的关键技术之一。制孔的位置精度即法线精度受到机器人运动学模型、负载、安装方式、刚度、末端执行器的机械间隙、刀具的磨损、热效应等因素的影响。如何采用检测、标定、补偿的方式，提高机器人自动制孔的位置及姿态精度也是制约制孔质量的关键问题。 

飞机的壁板、尾翼、垂翼、舵板等均是复杂曲面，对这些工件进行钻孔、铆接、焊接、切割、涂料等加工操作时，必须要求工件表面与加工工具（钻头、焊枪、激光器等）垂直。有2种方法可实现这种相对位姿的调整：一种是将工件固定不动，将加工工具安装在工业机器人上，通过工业机器人的大范围运动调整加工工具的位置与姿态，使之与被加工工件表面垂直；第二种方法是将被加工工件安装在工业机械臂上，由机械臂调整被加工工件的位置及姿态，而加工工具可以采用传统的机床进行。这种加工系统可实现多工艺自动化，被称之为机器人柔性平台。由于机器人配备了测量设备，可实时确定夹具和工件的位姿，夹具几何结构的改变可在生产过程中被实时确定，避免了定期将夹具从生产过程中取出，因此可实现多过程自动化，缩短制品的生产周期。 

中国专利号CN101417348A公开的一种钻孔末端执行器，由于该钻孔末端执行器不具备法向找正功能，不能保证钻孔的高精度。该末端执行器压力驱动部分独立进给，导致末端执行器工作时给工件的综合压力变大。 

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在的不足之处，提供一种具备法向找正功能，能够提高制孔效率和精度，改善制孔质量，减少工人重复劳动，工业机器人用的自动化制孔末端执行器。