[发明专利]一种机器人自动制孔装置及加工方法

说明书

技术领域

本发明属于航空航天大型构件自动制孔技术领域，具体涉及对一种以六自由度机械手为载体安装自动制孔末端执行器，用于对飞机机翼类或者机身框架类结构件进行自动制孔的一种机器人自动制孔装置及加工方法。

背景技术

目前航空航天结构件采用的连接方式多为机械连接，如铆钉连接或螺栓连接，这就需要在构件上加工大量连接孔。例如，一个大型运载火箭的仪器舱或末修舱有上千个铆接孔需要加工，F-22战斗机每副机翼上都有14000多个连接孔需要加工，一架波音747飞机则有300多万个连接孔需要加工。研究表明，飞机基体损伤故障已占到总故障的30％以上，而疲劳破坏则是飞机损伤的根本原因，其中75％-80％的疲劳破坏发生在基体机构的连接部位上，连接孔的加工精度和质量是保证航空航天结构件连接可靠性和寿命的关键之一。因此，在航空航天领域对制孔效率以及制孔精度提出了更高要求。

传统的航空航天结构件制孔多由人工把持手电钻、风钻等钻孔工具进行加工，制孔位置的确定依靠划线定位或钻模板定位。采用这种方法制孔时，不仅工人的劳动强度大、制孔效率低，且定位精度不高，不利于保证连接和装配质量。目前已出现一些以关节机器人或可移动机床为载体、集成钻孔、扩孔、铆接等多种功能模块的自动钻铆系统，如专利号为20151007236.1的发明专利公开了一种以机床或机器人为载体，集成基准孔检测、法向找正等多个模块的自动钻铆系统。该发明通过横向导轨实现各功能模块工作工位的转换，横向导轨的使用增大了末端执行器质量，增加了机器人或移动机床的载荷。专利号为201310159470.8的发明专利公开了一种集成压紧、钻孔、涂胶、铆接等功能模块的自动钻铆系统，各功能模块分别固定于具有分度功能的分度转台上，以驱动电机带动分度转台转动。该发明需专门设计专用的数控转台，系统体积和重量大；同时该系统不具有孔位检测及法向找正单元，无法实现自动定位。

发明内容

针对航空航天领域大型结构件高效精密制孔的需求、以及目前已有自动钻孔系统存在的问题，而提供一种机器人自动制孔装置及加工方法。

本发明采用的技术手段如下：

一种机器人自动制孔装置，包括六轴串联机械手臂、机械手臂末端旋转机构和自动制孔末端执行器，所述六轴串联机械手臂通过所述机械手臂末端旋转机构与所述自动制孔末端执行器连接，

所述自动制孔末端执行器包括自动定位找正模块、制孔模块、压力脚模块和机架，

所述自动定位找正模块包括呈中心对称的四个激光位移传感器和位于所述四个激光位移传感器的对称中心上的CCD相机，所述自动定位找正模块通过直线导轨Ⅰ与所述机架连接，所述直线导轨Ⅰ与所述机械手臂末端旋转机构的旋转轴线平行，所述机架上设有推动所述自动定位找正模块沿所述直线导轨Ⅰ移动的气缸Ⅰ，所述CCD相机的镜头轴线穿过所述四个激光位移传感器的对称中心；

所述制孔模块通过直线导轨Ⅱ与所述机架连接，所述直线导轨Ⅱ与所述机械手臂末端旋转机构的旋转轴线平行，所述机架上设有推动所述制孔模块沿所述直线导轨Ⅱ移动的气缸Ⅱ，所述制孔模块包括旋转中心线与所述机械手臂末端旋转机构的旋转轴线平行的刀具；

所述压力脚模块包括压力脚，所述压力脚具有所述刀具穿过的孔，所述压力脚通过直线导轨Ⅲ与所述机架连接，所述直线导轨Ⅲ与所述机械手臂末端旋转机构的旋转轴线平行，所述机架上设有推动所述压力脚沿所述直线导轨Ⅲ移动的气缸Ⅲ，

所述CCD相机的镜头轴线、所述机械手臂末端旋转机构的旋转轴线和所述刀具的旋转中心线相互平行，

所述CCD相机的镜头轴线和所述刀具的旋转中心线经过圆心在所述机械手臂末端旋转机构的旋转轴线上的同一圆弧，所述机械手臂末端旋转机构的旋转轴线垂直于所述圆弧所在平面。

一种使用上述所述的一种机器人自动制孔装置的制孔加工方法，具有如下步骤：

S1、基准孔检测识别：使所述CCD相机的镜头轴线正对工件上的基准孔，采用所述CCD相机对工件上的基准孔进行扫描、拍照，记录基准孔信息，建立局部坐标系，通过数据处理得出基准孔在全局坐标系下的坐标，进而实现制孔定位；

S2、法向找正：利用所述四个激光位移传感器，通过法向检测算法拟合出待加工孔所在近似平面的法矢，并对所述六轴串联机械手臂法向姿态偏差进行补偿；

S3、制孔：通过所述机械手臂末端旋转机构的旋转，使所述刀具的旋转中心线与所述近似平面的法向重合，控制所述气缸Ⅲ使所述压力脚压紧工件，所述刀具进行制孔。