[发明专利]一种法向找正调姿机构及其调姿方法

说明书

技术领域

本发明涉及自动制孔系统位置在线补偿技术领域，尤其涉及一种法向找正调姿机构及其调姿方法。

背景技术

连接孔的垂直精度是评价制孔质量的重要指标之一，飞机产品对孔位的垂直精度提出了很高的要求。目前常用的调姿方法有：(1)主轴不动产品调姿，如自动钻铆机与数控托架系统，主轴只能实现两个方向上移动，产品的姿态调平由全自动数控托架来控制，这种方式要求产品调型容易且开敞性好。(2)产品不动主轴调姿，如机器人自动制孔系统，利用机器人的高灵活度，能很好地解决尺寸大、结构复杂的壁板类产品调型困难的问题。(3)主轴产品互动调姿，这种方式具有运动解耦且易于控制的优点，但难以满足加工时长行程和现场实时调姿的需求。

关于制孔法向的在线调整问题的研究也越来越广泛。秦现生等针对GEMCOR公司G400BCH/39A-96型数控钻铆机的托架调平问题，利用三个非接触式电涡流传感器测量值，近似构建待加工孔位局部区域的空间姿态，并逆解出各运动副的目标位置，该方法可有效提高大型壁板类产品的制孔垂直精度；Tomas Olsson等在机器人末端执行器上刀具周围均布3个触角，利用力和扭矩传感器获取产品与触角之间的压力，以此判断产品法向与刀具轴线的一致程度。单以才等设计了五自由度的混联调姿机构，该机构兼有并联机构与串联机构的优势，不仅工作空间大且具有较高的刚度与承载力，逆解算法也相对简单，但不适用于高柔性的工业机器人制孔系统。张来喜等研究了一种曲面柔性制孔机器人的姿态在线调姿方法，采用4个位移传感器来确定曲面实际方向，但该系统采用的机器人仅有三个移动副，最终姿态的调节是由末端执行器的两个运动副来执行的。

针对机身表面的爬行钻铆系统，上述方法存在较多不足：

1)托架调平方法通用性差，不同的曲面需要做不同的剖分；

2)并联机构体积较大、重量较重，属于较重负载，不适合壁面爬行系统法向调整；

3)对末端执行器结构要求较高，不适于轻负载要求的壁面爬行钻铆系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述技术现状，而供一种结构轻便、能满足壁面爬行钻铆系统曲面找正的需要，实现高精度、高效率的法向调整的法向找正调姿机构及其调姿方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种法向找正调姿机构，包括支腿主体和吸盘组件，支腿主体包括编码器、伺服电机、减速器、电机过度盘、丝杠、直线导轨、支腿外套、Z向滑块以及内支腿，伺服电机与减速器连接，丝杠与减速器连接，丝杠与内支腿固定连接，内支腿与滑块固定连接，内支腿滑动设置在支腿外套中，滑块可滑动地设置在直线导轨上，直线导轨固定在支腿外套上，吸盘组件固定在内支腿的下部，吸盘组件包括 Y向直线导轨、Y向过桥板、Y向滑块、弹簧片、支架、球关节、X向锁紧器、X向过桥板、X向滑块、X向直线导轨、X向弹簧、Y向锁紧器、Y向弹簧，X向滑块、Y向滑块均与吸盘组件主体连接，球关节固定在支架上并使支架与吸盘组件主体转动铰接，X向直线导轨和Y向直线导轨均与吸盘固定，X向滑块可以在X向直线导轨上沿水平X轴方向滑动，Y向滑块可以在Y向直线导轨上沿水平Y轴方向滑动，弹簧片、X向弹簧、Y向弹簧可以分别使吸盘组件主体、X向滑块、Y向滑块归位。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的支腿外套通过连接片与移动平台框架固定连接。

上述的伺服电机与丝杠之间采用电机过度盘连接。

上述的吸盘组件与内支腿之间通过支架上的螺纹实现螺纹固定。

上述的吸盘的外围设有用于增加吸力的吸盘唇边。

上述的X向过桥板用于连接X向锁紧器和X向滑块，使二者能够组为一体沿着X向直线导轨滑动，Y向过桥板用于连接Y向锁紧器和Y向滑块，使二者能够组为一体沿着Y向直线导轨滑动。

一种法向找正调姿机构的调姿方法，其特征是：包括以下步骤：

步骤一、当法向找正调姿机构运动到预定位置时，法向找正调姿机构借助外力使法向找正调姿机构下部贴合工件表面，使吸盘稳定吸附在工件表面；

步骤二、系统控制法向找正调姿机构进行调姿，改变法向找正调姿机构的X、Y、Z向位置和相对于工件平面的倾斜角；具体为：

X向位置调节：控制X向滑块沿着X向直线导轨滑动，使吸盘组件也随着X向滑块同向滑动；进而使支腿主体在X向上水平位移；

Y向位置调节：控制Y向滑块沿着Y向直线导轨滑动，使吸盘组件也随着X向滑块同向滑动；进而使支腿主体在Y向上水平位移；