本發(fā)明屬于機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種飛機(jī)裝配型架定位器用連接結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

飛機(jī)裝配過程中所使用的具有定位要求的裝備，統(tǒng)稱為裝配工藝裝備，簡稱裝配工裝，其主要任務(wù)在于保證飛機(jī)產(chǎn)品的互換協(xié)調(diào)與幾何參數(shù)，并提高勞動(dòng)生產(chǎn)率及降低成本。其中，飛機(jī)裝配型架是飛機(jī)裝配中的專用工藝裝備，是裝配工裝的重要組成部分，具有與飛機(jī)構(gòu)造密切相關(guān)的特點(diǎn)，是保證飛機(jī)裝配質(zhì)量的可靠措施。裝配型架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理正確，不但對(duì)裝配型架本身制造工作量大小、周期長短、成本高低和裝配條件有直接影響，而且也決定著各工件的對(duì)接、配合尺寸是否一致，對(duì)飛機(jī)裝配的互換協(xié)調(diào)性、制造質(zhì)量和進(jìn)度有很大的影響，影響著整個(gè)飛機(jī)的制造周期。

飛機(jī)裝配型架主要由骨架和定位器兩部分組成。圖1和圖2為一種無人機(jī)裝配型架的整體和局部結(jié)構(gòu)圖。其中骨架是型架的基體，主要用于定位器、夾緊器的固定和支撐，同時(shí)確保這些元件空間位置的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。定位器是飛機(jī)裝配型架中廣泛采用的定位元件，主要用于支撐、定位和夾緊工件，保證所定位的工件處于正確、可靠的位置，以及各部件的互換和對(duì)接接頭的協(xié)調(diào)等?，F(xiàn)有技術(shù)中在裝配型架上使用了多種類型的定位器，如外形定位器、接頭定位器以及工藝孔定位器等。隨著我國飛機(jī)制造業(yè)水平的大幅提升，整體結(jié)構(gòu)件大量應(yīng)用于飛機(jī)設(shè)計(jì)制造中，接頭定位器因其定位準(zhǔn)確、節(jié)省空間、方便美觀等優(yōu)點(diǎn)，在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中越來越多地被采用，已成為裝配型架中主要的定位元件。

在裝配型架設(shè)計(jì)過程中，由于設(shè)計(jì)水平和風(fēng)格等的差異，接頭定位器的結(jié)構(gòu)形式多樣。從接頭定位器的定位和互換性功能方面考慮，結(jié)構(gòu)通常都可以劃分為支撐部件和工作部件兩大部分，圖3所示即為一種典型的傳統(tǒng)定位器，其主要由工作件、支臂和支臂座組成，支臂座與工裝骨架直接相連。現(xiàn)定義X軸方向沿支臂軸線方向；Y軸方向與X軸垂直，并平行于支臂座與工裝骨架的貼合面；Z軸垂直于支臂座與工裝骨架的貼合面。該種定位器在X軸方向的平移和轉(zhuǎn)動(dòng)自由度主要靠調(diào)整支臂實(shí)現(xiàn)，在沿X軸、Y軸方向的平移和繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度的調(diào)整主要靠支臂座在工裝骨架上的滑動(dòng)實(shí)現(xiàn)，而繞Y軸的翻轉(zhuǎn)和沿Z軸的移動(dòng)只能靠打磨支臂座底面或者在支臂座與骨架之間加墊片來實(shí)現(xiàn)。這種調(diào)整方式對(duì)工人的操作能力要求較高，也非常費(fèi)時(shí)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種飛機(jī)裝配型架定位器用連接結(jié)構(gòu)。所述的連接結(jié)構(gòu)為L型連接件，所述的L型連接件具有相互垂直的兩個(gè)平面，分別與工裝骨架和定位器的支臂座之間平面接觸連接，連接方式為螺釘連接；定位器的支臂與支臂座之間為圓柱副，調(diào)整好位置后銷釘緊固連接。

所述的L型連接件的兩個(gè)平面上分別開有四個(gè)長圓孔；每個(gè)平面上的長圓孔的長度方向垂直于所述L型連接件兩個(gè)互相垂直的面的交線；所述的長圓孔的長度為l，寬度和半徑均為r₁，如果螺釘?shù)陌霃綖閞₂，則有r₁>r₂，L型連接件相對(duì)于工裝骨架沿Y軸平移的位置調(diào)整空間為：l+2(r₁-r₂)；所述Y軸垂直于L型連接件與支臂座的貼合面。

當(dāng)所述的長圓孔的長度l＝0時(shí)，此時(shí)的長圓孔變?yōu)榘霃綖閞₁的圓孔結(jié)構(gòu)，L型連接件相對(duì)于工裝骨架沿Y軸平移的位置調(diào)整空間為：2(r₁-r₂)。

L型連接件相對(duì)于工裝骨架有沿Y軸方向移動(dòng)和繞Z軸方向旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)自由度；支臂座相對(duì)于L型連接件有沿Z軸方向移動(dòng)和繞Y軸方向旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)自由度；支臂相對(duì)于支臂座有沿X軸方向移動(dòng)和繞X軸方向旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)自由度；所述的Y軸垂直L型連接件與支臂座的貼合面，所述X軸沿著支臂長軸方向，所述的Z軸垂直L型連接件與工裝骨架的貼合面。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)定位可靠：該連接結(jié)構(gòu)與定位器其他零件之間的連接方式為面與面的貼合，經(jīng)過螺釘緊固后可實(shí)現(xiàn)定位器的可靠定位；

(2)操作簡便：避免了傳統(tǒng)定位器須打磨、加墊片等復(fù)雜操作，對(duì)工人操作水平要求低，可有效提高生產(chǎn)效率；

(3)應(yīng)用范圍廣：當(dāng)飛機(jī)機(jī)身零部件已放置到某一確定位置，具備該新型連接結(jié)構(gòu)的定位器可以通過調(diào)整適應(yīng)零部件的當(dāng)前位置，然后緊固保證定位，故該連接結(jié)構(gòu)可應(yīng)用于機(jī)械手自動(dòng)化裝配的場合。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的無人機(jī)裝配型架的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1中所述的無人機(jī)裝配型架的局部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是現(xiàn)有技術(shù)中典型的傳統(tǒng)定位器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是采用本發(fā)明的新型定位器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是L型連接件與工裝骨架的連接方式示意圖。

圖6是螺釘在長圓孔中的移動(dòng)范圍示意圖。

圖7是定位器旋轉(zhuǎn)空間分析原理圖。

圖8是圖7的局部放大圖。

圖9是采用本發(fā)明所述新型連接結(jié)構(gòu)的定位器各零件坐標(biāo)系示意圖。

圖中：

1.定位器；2.工裝骨架；3.支臂；4.支臂座；

5.L型連接件；501.長圓孔；6.螺釘。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

本發(fā)明提供一種飛機(jī)裝配型架定位器用連接結(jié)構(gòu)，所述連接結(jié)構(gòu)為L型連接件，所述的L型連接件的兩個(gè)面相互垂直，并分別連接定位器的支臂座與工裝骨架，如圖4所示。工裝骨架與L型連接件、L型連接件與支臂座之間皆為平面貼合，定位完成后靠螺釘緊固。支臂與支臂座之間為圓柱副，調(diào)整完成后靠銷釘緊固。所述L型連接件的兩個(gè)互相垂直的面上分別設(shè)置有四個(gè)長圓形螺釘間隙孔，如圖5所示，所述的長圓形螺釘間隙孔的長軸垂直于所述L型連接件兩個(gè)互相垂直的面的交線。這樣在所述L型連接件分別與所述的支臂座和工裝骨架用螺釘連接時(shí)，螺釘與長圓形螺釘間隙孔之間的間隙可保證定位器末端有一定的調(diào)整空間。所述的調(diào)整空間是指定位器沿Y軸和Z軸的位移空間和旋轉(zhuǎn)空間。

使用方法：先將L型連接件上的八個(gè)螺釘輕輕擰緊，保證L型連接件與工裝骨架及支臂座接觸面貼合并可進(jìn)行一定的滑動(dòng)。根據(jù)定位要求對(duì)定位器進(jìn)行六個(gè)自由度的調(diào)整，滿足要求后將八個(gè)螺釘擰緊，同時(shí)在支臂和支臂座上安裝銷釘，保證定位的可靠性。

采用本發(fā)明所述連接結(jié)構(gòu)的定位器具有的自由度如圖4所示?，F(xiàn)定義X軸方向沿支臂軸線方向；Y軸垂直于支臂座與L型連接件的貼合面；Z軸垂直于L型連接件與工裝骨架的貼合面。L型連接件相對(duì)于工裝骨架有沿Y軸方向移動(dòng)和繞Z軸方向旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)自由度；支臂座相對(duì)于L型連接件有沿Z軸方向移動(dòng)和繞Y軸方向旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)自由度；支臂相對(duì)于支臂座有沿X軸方向移動(dòng)和繞X軸方向旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)自由度。根據(jù)以上分析，定位器末端的位置可以實(shí)現(xiàn)六個(gè)自由度的調(diào)整。

受骨架制造、安裝等誤差的影響，定位器末端的位姿也會(huì)產(chǎn)生較大誤差，其中主要是位置誤差，也有一定的姿態(tài)誤差。因此定位器末端需要有足夠的調(diào)整空間。L型連接件上的長圓形螺釘間隙孔設(shè)計(jì)如圖5所示，保證了定位器末端有足夠的沿Y、Z方向移動(dòng)的調(diào)整空間；所述長圓形螺釘間隙孔為長圓孔，所述長圓孔的直徑比螺釘直徑稍大，可保證定位器末端有一定的繞Y、Z轉(zhuǎn)動(dòng)的調(diào)整空間。長圓孔的長度、寬度和直徑可根據(jù)實(shí)際需要的調(diào)整空間進(jìn)行設(shè)計(jì)。長圓孔長度越大，定位器沿Y、Z軸移動(dòng)地調(diào)整空間越大；長圓孔直徑越大，定位器繞Y、Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)的調(diào)整空間越大。

首先分析L型連接件相對(duì)于工裝骨架沿Y軸平移的位置調(diào)整空間以及繞Z軸旋轉(zhuǎn)的姿態(tài)調(diào)整空間。

易知L型連接件相對(duì)于骨架沿Y軸平移的位置調(diào)整空間為：l+2(r₁-r₂)，其中r₁、l分別為長圓孔的半徑和長度，r₂為螺釘半徑，r₁>r₂，如圖6所示。

特殊情況，當(dāng)所述的長圓孔的長度l＝0時(shí)，此時(shí)的長圓孔變?yōu)榘霃綖閞₁的圓孔結(jié)構(gòu)，L型連接件相對(duì)于工裝骨架沿Y軸平移的位置調(diào)整空間為：2(r₁-r₂)。

下面以一對(duì)長圓孔和螺釘為研究對(duì)象分析L型連接件繞Z軸旋轉(zhuǎn)的姿態(tài)調(diào)整空間。以四個(gè)長圓孔分布圓圓心O₁和四個(gè)螺釘分布圓圓心O₂為坐標(biāo)原點(diǎn)分別建立長圓孔平面坐標(biāo)系O₁X₁Y₁和螺釘平面坐標(biāo)系O₂X₂Y₂，X1軸和X2軸沿長圓孔的寬度方向，Y1軸和Y2軸沿長圓孔的長度方向，如圖7所示。現(xiàn)分析螺釘坐標(biāo)系原點(diǎn)O₂在長圓孔坐標(biāo)系中坐標(biāo)為(Δx,Δy)時(shí)螺釘坐標(biāo)系可實(shí)現(xiàn)的繞O₂旋轉(zhuǎn)的角度范圍。

圖7中半徑為r₁的圓表示長圓孔兩端的圓弧所在的圓，半徑為r₂的圓表示螺釘，虛線和雙點(diǎn)劃線所示為兩個(gè)螺釘繞O₂旋轉(zhuǎn)到兩個(gè)極限位置時(shí)的情形。

連接圖8中A、B、C三點(diǎn)構(gòu)成三角形ABC。其中A點(diǎn)為初始螺釘中心點(diǎn)(即圖8中半徑為r2的圓的圓心)，B點(diǎn)為長圓孔中一端圓弧的圓心點(diǎn)(即圖8中半徑為r1的圓的圓心)，C點(diǎn)為旋轉(zhuǎn)后螺釘中心點(diǎn)(圖8中虛線圓的圓心)。圖8中三角形ABC的邊a代表螺釘坐標(biāo)系原點(diǎn)相對(duì)于長圓孔坐標(biāo)系的偏移量，長度即為邊b代表螺釘和長圓孔的半徑差，即為Δr＝r₁-r₂；邊c為螺釘從圖中r₂實(shí)線位置旋轉(zhuǎn)到圖中虛線位置的偏移量，因旋轉(zhuǎn)角度很小，其方向可近似看作沿豎直方向，如圖8所示。

根據(jù)余弦定理可得方程：

b²＝Δx²+(Δy+c)²

由于c＞0，解得：

則螺釘坐標(biāo)系繞O₂的旋轉(zhuǎn)角度θ₁為：

其中R為螺釘分布圓半徑。

同理可求得圖8中

則L型連接件相對(duì)于工裝骨架平移到(Δx,Δy)位置時(shí)繞Z軸旋轉(zhuǎn)的最大角度θ_z為:

同理可求得支臂座相對(duì)于L型連接件平移至(Δx,Δz)位置時(shí)繞Y軸旋轉(zhuǎn)的最大角度θ_y為：

易知支臂座相對(duì)于L型連接件沿X軸平移的調(diào)整空間為l+2(r₁-r₂)；而支臂的調(diào)整空間為沿X軸平移L(L為支臂在支臂座中可移動(dòng)長度)，沿X軸可旋轉(zhuǎn)360°。

綜上可得定位器調(diào)整空間如下表1：

表1定位器調(diào)整空間

現(xiàn)給定定位器末端的任意位姿，分析能否通過定位器在各自由度的調(diào)整實(shí)現(xiàn)這一位姿。

在工裝骨架、L型連接件、支臂座、支臂上分別建立直角坐標(biāo)系O₀X₀Y₀Z₀、O₁X₁Y₁Z₁、O₂X₂Y₂Z₂和O₃X₃Y₃Z₃，其中，面O₀X₀Y₀和面O₁X₁Y₁都位于L型連接件與骨架的貼合面；Y₂軸垂直于L型連接件與支臂底座的貼合面；X₂軸與X₃軸皆與支臂軸線重合。

已知O₃X₃Y₃Z₃相對(duì)于O₀X₀Y₀Z₀的RPY角A、B、C和位置坐標(biāo)X、Y、Z，即可寫出兩個(gè)坐標(biāo)系的相對(duì)位姿矩陣：

設(shè)定位器各零件的調(diào)整量為Δx、Δy、Δz、Δα、Δβ、Δγ，它們分別為沿X、Y、Z軸的三個(gè)移動(dòng)量和三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)量，其中L型連接件的兩個(gè)調(diào)整量為Δy、Δγ，支臂座的兩個(gè)調(diào)整量為Δz、Δβ，支臂調(diào)整量為Δx、Δα。

則定位器各坐標(biāo)系的位姿變換矩陣如下：

則O₃X₃Y₃Z₃相對(duì)于O₀X₀Y₀Z₀的位姿變換矩陣為：

由矩陣(1)和矩陣(2)相等可得方程組：

解得：

跟據(jù)以上分析，當(dāng)給定定位器末端的一組位姿參數(shù)A、B、C、X、Y、Z，即可求得定位器在各個(gè)自由度上的調(diào)整量Δx、Δy、Δz、Δα、Δβ、Δγ。這就證明了通過定位器的六自由度調(diào)整實(shí)現(xiàn)其末端調(diào)整空間內(nèi)任意位姿的可行性。