[发明专利]一种自主爬行钻铆系统及其运行方法

摘要

本发明公开了一种自主爬行钻铆系统及其运行方法，包括机器人吸附行走装置、机器人基准检测装置、机器人法向检测与修正装置、集成控制装置以及钻铆装置；吸附行走装置包括内框架、内腿、外框架、外腿、X向电机以及Z向电机，基准检测装置包括设置在工件上的若干个不连成一条直线的基准孔以及设置在内框架中部的主架体，主架体下表面固定有一可转动的相机；集成控制装置包括控制器，控制器与X向电机、Z向电机以及真空发生器连接，并控制X向电机、Z向电机和真空发生器运作，控制器与相机以及激光位移传感器连接。本发明的机器人具有应用灵活性高；结构重量轻，装配质量稳定等优点，满足当前飞机先进装配技术的要求。

主权项

1.一种自主爬行钻铆系统的运行方法，其特征是：自主爬行钻铆系统包括机器人吸附行走装置(1)、机器人基准检测装置(2)、机器人法向检测与修正装置(3)、集成控制装置以及钻铆装置(4)；其中，所述的机器人吸附行走装置(1)包括内框架(11)、内腿(12)、外框架(13)、外腿(14)、X向电机(15)以及Z向电机(16),所述的内腿(12)固定在内框架(11)的四角，所述的内腿(12)可伸缩，内腿(12)下端设有内腿吸盘(12a)，所述的外腿(14)固定在外框架(13)的四角，所述的外腿(14)可伸缩，外腿(14)下端设有外腿吸盘(14a)，所述的内腿(12)和外腿(14)上均设置有Z向电机(16)，所述的Z向电机(16)带动内腿(12)或外腿(14)抬起或放下；所述的内腿吸盘(12a)和外腿吸盘(14a)均连接各自的真空发生器(17)，所述的真空发生器(17)固定在内框架(11)或外框架(13)上；所述的真空发生器(17)能对内腿吸盘(12a)和外腿吸盘(14a)抽真空，使得内腿吸盘(12a)和外腿吸盘(14a)吸附在工件上，所述的内框架(11)和外框架(13)之间通过X向电机(15)连接，所述的X向电机(15)能带动内框架(11)相对于外框架(13)前后移动；所述的机器人基准检测装置(2)包括设置在工件上的若干个不连成一条直线的基准孔以及设置在内框架(11)中部的主架体(21)，所述的主架体(21)下表面固定有一可转动的相机(22)；所述的机器人法向检测与修正装置(3)安装在主架体(21)上，机器人法向检测与修正装置(3)包括若干个垂直朝下的激光位移传感器(31)，所述的激光位移传感器(31)用于检测钻铆装置(4)是否垂直于工件；所述的集成控制装置包括控制器，所述的控制器与X向电机(15)、Z向电机(16)以及真空发生器(17)连接，并控制X向电机(15)、Z向电机(16)和真空发生器(17)运作，所述的控制器与相机(22)以及激光位移传感器(31)连接，接收并分析相机(22)和激光位移传感器(31)传来的信息；所述的钻铆装置(4)安装在主架体(21)上，所述的钻铆装置(4)包括钻头(41)和钻头电机(42)，所述的钻头(41)位于主架体(21)下表面，钻头(41)能在钻头电机(42)的带动下上下移动，在工件上打孔，所述的控制器与钻头电机(42)连接并控制钻头电机(42)运作；所述的X向电机(15)固定在内框架(11)上，所述的X向电机(15)的转动轴与一丝杠连接，所述的丝杠与外框架(13)咬合配合，所述的X向电机(15)通过转动丝杠使内框架(11)和外框架(13)相对移动；所述的外框架(13)内侧设置有滑轨(13a)，所述的内框架(11)的外侧面插入滑轨(13a)中与外框架(13)滑动配合；所述的控制器包括上位机和下位机，所述的上位机与下位机信号连接，所述的上位机与相机(22)以及激光位移传感器(31)信号连接，用于分析相机(22)以及激光位移传感器(31)传来的数据并将相应指令发送至下位机，所述的下位机与X向电机(15)、Z向电机(16)、真空发生器(17)以及钻头电机(42)连接，并控制X向电机(15)、Z向电机(16)、真空发生器(17)以及钻头电机(42)的运作；所述的上位机为工业控制计算机，下位机为PLC；自主爬行钻铆系统的运行方法，包括以下步骤：步骤A，机器人吸附行走步骤：1）将自主爬行钻铆系统安放在工件表面，自主爬行钻铆系统依靠内腿吸盘(12a)和外腿吸盘(14a)吸附于工件表面；2）移动时，内腿吸盘(12a)和外腿吸盘(14a)交替松开，X向电机(15)带动内框架(11)和外框架(13)交替运动，实现沿 X 向的前进；具体步骤如下：第一步，控制器控制内腿吸盘(12a)解除负压，使内腿吸盘(12a)脱落，并同步控制内腿(12)的Z向电机(16)，使内腿(12)抬起；第二步，同步控制X向电机(15)，使内框架(11)及内腿(12)向前移动；第三步，同步控制内腿(12)的Z向电机(16)，使其反转，使内腿(12)放下，当内腿吸盘(12a)开始接触工件时，控制器控制内腿吸盘(12a)的真空发生器(17)运作，使内腿吸盘(12a)吸附工件；第四步，控制器控制外腿吸盘(14a)解除负压，使外腿吸盘(14a)脱落，并同步控制外腿(14)的Z向电机(16)，使外腿(14)抬起；第五步，同步控制X向电机(15)，使外框架(13)及外腿(14)向前移动；第六步，同步控制外腿(14)的Z向电机(16)，使其反转，使外腿(14)放下，当外腿吸盘(14a)开始接触工件时，控制器控制外腿吸盘(14a)的真空发生器(17)运作，使外腿吸盘(14a)吸附工件，至此平台的一个控制周期结束；如此重复使机器人在工件上吸附行走；步骤B，机器人基准检测步骤：在工件以三个或者三个以上的孔位作为基准孔，要求基准孔不在同一直线上或以一个孔位为基准孔、上下段工件蒙皮搭接的缝作为基准直线，制定基准坐标系，当机器人稳定吸附在工件上时，通过移动相机(22)，找到第一个基准孔，然后对基准孔进行拍照，继续移动相机(22)，寻找下一个基准孔或上下段工件蒙皮搭接的缝，进行拍照，完成所有基准孔以及上下段工件蒙皮搭接的缝的拍照后，建成相机坐标系，将信息传递至控制器；控制器比对基准坐标系和相机坐标系，通过基准孔或上下段工件蒙皮搭接的缝将基准坐标系和相机坐标系建立联系，将基准坐标系中的目标待加工孔映射至相机坐标系中，从而确定目标待加工孔的坐标；机器人按步骤A移动至目标待加工孔处；步骤C，机器人法向检测与修正步骤：机器人移动至目标待加工孔处，使钻头(41)正对目标待加工孔，然后进行法向检测，由激光位移传感器(31)检测目标待加工孔的法向，根据折射的激光得到钻头(41)与目标待加工孔孔位法向的偏差，激光位移传感器(31)将信息专递至控制器，控制器经过计算后，进行法向调姿，控制器控制机器人内腿(12)和外腿(14)伸缩，调节主架体(21)的角度，使钻头(41)与目标待加工孔孔位法向偏差在规定范围内；步骤D，钻铆步骤：控制器控制钻头电机(42)运作，使钻头(41)下移，在工件的目标待加工孔处钻孔;加工完目标待加工孔后，钻头电机(42)带动钻头(41)退回；循环步骤A‑步骤D，直到所有孔位加工结束，轻自主爬行钻铆系统回原点位置。