[发明专利]自主移动机器人制孔装置及控制方法

说明书

本发明公开了一种自主移动机器人制孔装置，包括自主移动部、钻孔末端执行器、摆角调整部；所述的自主移动部包括外框移动机构、中心框和内框移动机构；所述的外框移动机构包括外框，设置在外框底部环周的多个上下伸缩式外足；所述的内框移动机构包括内框，设置在内框底部环周的多个上下伸缩式内足；所述的摆角调整部设置在所述的内框上并将所述的钻孔末端执行器固定。本发明提供了一种能自主适应飞机部件表面、自主移动、精确调整法向并精确制孔的自主移动机器人制孔装置。该机构可以用于飞机机身、机翼等大部件的制孔作业。

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，特别是涉及一种自主移动机器人制孔装置及控制方法。

背景技术

目前飞机结构件仍以机械连接为主，如铆接、螺栓连接等，机械连接不可避免地带来大量的制孔工作，如空客公司每年大约要在飞机装配工作中钻5亿个孔。从上世纪90年代起，世界各主要航空发达国家就已经大规模开展飞机自动制孔技术研究，并根据它的特点和要求，研制了一批大型的面向飞机装配的自动制孔设备。采用大型制孔设备往往占地面积大、成本高、机动性差。轻型化、小型化、模块化以及柔性化已成为飞机自动装配系统的发展趋势。

机器人制孔系统具有柔性高、精度高、成本低等优点，可最大限度降低飞机装配的制造成本，减少大型自动化制孔设备占地面积和操作维护人员的配备，减少大型装配件的频繁搬运和安装。目前在飞机装配应用的机器人制孔系统包括工业机器人制孔系统，柔性导轨制孔系统和自主移动机器人制孔系统等。基于工业机器人的自动制孔系统具有活动范围较小、可移动性较差等缺点。柔性导轨自动制孔系统也存在活动范围较小、可移动性较差以及准备时间长等缺点。自主移动机器人制孔系统具有自主移动、操作灵活、成本低的特点，在飞机装配领域具有广阔的应用前景。

国内外关于自主移动机器人制孔机构的研究已取得了一定的成果。经对现有技术的文献检索发现，西班牙M.Torres公司开发的自主移动机器人制孔系统已在空客A350机身尾段的制孔作业中进行了试验验证。国内相关研究还处于起步阶段，关键技术尚未突破。公布号为(CN 103084913A)，名称为“能在工件表面行走和调姿的自主移动异构”的专利以及论文“飞机装配自主移动机构研制”(曾长，南京航空航天大学，2013)均设计了一种面向飞机制孔的自主移动机器人机构。

但目前的自主移动机器人机构移动与法向调整耦合度高，需要采用被动补偿连接件，腿部结构采用电机驱动，通过控制所有腿部结构的位移实现法向调节。该类型自主移动机构存在结构较复杂、曲面自适应较弱、控制难度大、调整精度不高等技术不足。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种自主移动机器人制孔装置及方法，主要应用于飞机机身和机翼等大部件高效、精确制孔，可以大幅度提高制孔的质量和效率，加快飞机的制造周期和新机的研制步伐。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种自主移动机器人制孔装置，包括自主移动部、钻孔末端执行器、摆角调整部；

所述的自主移动部包括外框移动机构、中心框和内框移动机构；

所述的外框移动机构包括设置在中心框外侧并与其保持连接的外框，设置在外框底部环周的多个上下伸缩式外足，所述的外框和中心框受驱动可发生相对横向移动；

所述的内框移动机构包括设置在中心框内侧并与其保持连接的内框，设置在内框底部环周的多个上下伸缩式内足，所述的内框和中心框受驱动可发生相对纵向移动；

所述的摆角调整部设置在所述的内框上并将所述的钻孔末端执行器固定。

所述的外框、中心框和内框为矩形框，所述的外框和中心框，以及中心框和外框间对应地设置有至少一组直线导向机构，以及驱动发生相对移动的驱动机构。

所述的驱动机构包括驱动电机和滚珠丝杠机构。