一種法向找正調(diào)姿機構(gòu)及其調(diào)姿方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及自動制孔系統(tǒng)位置在線補償技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種法向找正調(diào)姿機構(gòu)及其調(diào)姿方法。
【背景技術(shù)】
[0002]連接孔的垂直精度是評價制孔質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，飛機產(chǎn)品對孔位的垂直精度提出了很高的要求。目前常用的調(diào)姿方法有:(1)主軸不動產(chǎn)品調(diào)姿，如自動鉆鉚機與數(shù)控托架系統(tǒng)，主軸只能實現(xiàn)兩個方向上移動，產(chǎn)品的姿態(tài)調(diào)平由全自動數(shù)控托架來控制，這種方式要求產(chǎn)品調(diào)型容易且開敞性好。(2)產(chǎn)品不動主軸調(diào)姿，如機器人自動制孔系統(tǒng)，利用機器人的高靈活度，能很好地解決尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的壁板類產(chǎn)品調(diào)型困難的問題。(3)主軸產(chǎn)品互動調(diào)姿，這種方式具有運動解耦且易于控制的優(yōu)點，但難以滿足加工時長行程和現(xiàn)場實時調(diào)姿的需求。
[0003]關(guān)于制孔法向的在線調(diào)整問題的研宄也越來越廣泛。秦現(xiàn)生等針對GEMCOR公司G400BCH/39A-96型數(shù)控鉆鉚機的托架調(diào)平問題，利用三個非接觸式電渦流傳感器測量值，近似構(gòu)建待加工孔位局部區(qū)域的空間姿態(tài)，并逆解出各運動副的目標(biāo)位置，該方法可有效提高大型壁板類產(chǎn)品的制孔垂直精度；Tomas Olsson等在機器人末端執(zhí)行器上刀具周圍均布3個觸角，利用力和扭矩傳感器獲取產(chǎn)品與觸角之間的壓力，以此判斷產(chǎn)品法向與刀具軸線的一致程度。單以才等設(shè)計了五自由度的混聯(lián)調(diào)姿機構(gòu)，該機構(gòu)兼有并聯(lián)機構(gòu)與串聯(lián)機構(gòu)的優(yōu)勢，不僅工作空間大且具有較高的剛度與承載力，逆解算法也相對簡單，但不適用于高柔性的工業(yè)機器人制孔系統(tǒng)。張來喜等研宄了一種曲面柔性制孔機器人的姿態(tài)在線調(diào)姿方法，采用4個位移傳感器來確定曲面實際方向，但該系統(tǒng)采用的機器人僅有三個移動畐O，最終姿態(tài)的調(diào)節(jié)是由末端執(zhí)行器的兩個運動副來執(zhí)行的。
[0004]針對機身表面的爬行鉆鉚系統(tǒng)，上述方法存在較多不足:
1)托架調(diào)平方法通用性差，不同的曲面需要做不同的剖分；
2)并聯(lián)機構(gòu)體積較大、重量較重，屬于較重負載，不適合壁面爬行系統(tǒng)法向調(diào)整；
3)對末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)要求較高，不適于輕負載要求的壁面爬行鉆鉚系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述技術(shù)現(xiàn)狀，而供一種結(jié)構(gòu)輕便、能滿足壁面爬行鉆鉚系統(tǒng)曲面找正的需要，實現(xiàn)高精度、高效率的法向調(diào)整的法向找正調(diào)姿機構(gòu)及其調(diào)姿方法。
[0006]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:
一種法向找正調(diào)姿機構(gòu)，包括支腿主體和吸盤組件，支腿主體包括編碼器、伺服電機、減速器、電機過度盤、絲杠、直線導(dǎo)軌、支腿外套、Z向滑塊以及內(nèi)支腿，伺服電機與減速器連接，絲杠與減速器連接，絲杠與內(nèi)支腿固定連接，內(nèi)支腿與滑塊固定連接，內(nèi)支腿滑動設(shè)置在支腿外套中，滑塊可滑動地設(shè)置在直線導(dǎo)軌上，直線導(dǎo)軌固定在支腿外套上，吸盤組件固定在內(nèi)支腿的下部，吸盤組件包括Y向直線導(dǎo)軌、Y向過橋板、Y向滑塊、彈簧片、支架、球關(guān)節(jié)、X向鎖緊器、X向過橋板、X向滑塊、X向直線導(dǎo)軌、X向彈簧、Y向鎖緊器、Y向彈簧，X向滑塊、Y向滑塊均與吸盤組件主體連接，球關(guān)節(jié)固定在支架上并使支架與吸盤組件主體轉(zhuǎn)動鉸接，X向直線導(dǎo)軌和Y向直線導(dǎo)軌均與吸盤固定，X向滑塊可以在X向直線導(dǎo)軌上沿水平X軸方向滑動，Y向滑塊可以在Y向直線導(dǎo)軌上沿水平Y(jié)軸方向滑動，彈簧片、X向彈簧、Y向彈簧可以分別使吸盤組件主體、X向滑塊、Y向滑塊歸位。
[0007]為優(yōu)化上述技術(shù)方案，采取的具體措施還包括:
上述的支腿外套通過連接片與移動平臺框架固定連接。
[0008]上述的伺服電機與絲杠之間采用電機過度盤連接。
[0009]上述的吸盤組件與內(nèi)支腿之間通過支架上的螺紋實現(xiàn)螺紋固定。
[0010]上述的吸盤的外圍設(shè)有用于增加吸力的吸盤唇邊。
[0011]上述的X向過橋板用于連接X向鎖緊器和X向滑塊，使二者能夠組為一體沿著X向直線導(dǎo)軌滑動，Y向過橋板用于連接Y向鎖緊器和Y向滑塊，使二者能夠組為一體沿著Y向直線導(dǎo)軌滑動。
[0012]一種法向找正調(diào)姿機構(gòu)的調(diào)姿方法，其特征是:包括以下步驟:
步驟一、當(dāng)法向找正調(diào)姿機構(gòu)運動到預(yù)定位置時，法向找正調(diào)姿機構(gòu)借助外力使法向找正調(diào)姿機構(gòu)下部貼合工件表面，使吸盤穩(wěn)定吸附在工件表面；
步驟二、系統(tǒng)控制法向找正調(diào)姿機構(gòu)進行調(diào)姿，改變法向找正調(diào)姿機構(gòu)的X、Y、Z向位置和相對于工件平面的傾斜角；具體為:
X向位置調(diào)節(jié):控制X向滑塊沿著X向直線導(dǎo)軌滑動，使吸盤組件也隨著X向滑塊同向滑動；進而使支腿主體在X向上水平位移；
Y向位置調(diào)節(jié):控制Y向滑塊沿著Y向直線導(dǎo)軌滑動，使吸盤組件也隨著X向滑塊同向滑動；進而使支腿主體在Y向上水平位移；
Z向位置調(diào)節(jié):控制伺服電機運作，絲杠轉(zhuǎn)動，使內(nèi)支腿相對于支腿外套上下滑動，進而使支腿外套與吸盤的Z向距離增加或縮短，移動平臺框架與工件平面的距離也隨之增加或縮短，實現(xiàn)Z向位置調(diào)節(jié)；
傾斜角調(diào)節(jié):控制球關(guān)節(jié)在吸盤組件中轉(zhuǎn)動，因球關(guān)節(jié)與支腿主體固定連接，通過控制球關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動角度實現(xiàn)傾斜角調(diào)節(jié)。
[0013]減速器將伺服電機的高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為合適的支腿伸縮響應(yīng)，并利用編碼器反饋可以提高內(nèi)支腿的進給精度。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的一種法向找正調(diào)姿機構(gòu)，能實現(xiàn)X、Y、Z向位置和相對于工件平面的傾斜角的調(diào)節(jié)，它應(yīng)用在法向在線調(diào)整機構(gòu)上，法向在線調(diào)整機構(gòu)是一種具有八條行走腿的法向在線調(diào)整機構(gòu)，四條腿一組，進行行走和調(diào)姿，八條腿結(jié)構(gòu)大致相同。本發(fā)明的法向找正調(diào)姿機構(gòu)為其中一條腿。本發(fā)明的減速器可以將伺服電機的高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為合適的腿部伸縮響應(yīng)，并利用編碼器反饋可以提高支腿組件的進給精度，采用連接片將滑塊固定在其內(nèi)側(cè)，在支腿兩側(cè)安裝有兩直線導(dǎo)軌，同時，吸盤組件與支腿之間通過支架上的螺紋進行連接，并通過伺服電機驅(qū)動絲杠使該支腿在外套內(nèi)上下移動，實現(xiàn)腿部結(jié)構(gòu)的伸縮功能。吸盤組件包括支架、球關(guān)節(jié)、吸盤、唇邊，為了增大吸附力，其采用唇邊形式。采用氣源由進氣管路接到真空發(fā)生器上，其產(chǎn)生的真空一端接壓力傳感器，一端經(jīng)出氣管路接到真空吸盤密室，使吸盤緊密吸附。吸盤結(jié)構(gòu)主要包括:支架、球關(guān)節(jié)、彈簧片、吸盤唇邊、X向彈簧、X向?qū)к壖盎瑝K、X向過橋板、X向?qū)к夋i緊器、Y向彈簧、Y向?qū)к壖盎瑝K、Y向過橋板、Y向?qū)к夋i緊器。吸盤與支架之間采用球關(guān)節(jié)連接，彈簧片用于吸盤復(fù)位，X向、Y向均有兩組導(dǎo)軌滑塊組件，過橋板用于連接導(dǎo)軌鎖緊器及滑塊，使其能夠沿著導(dǎo)軌一起滑動，導(dǎo)軌鎖緊器可以約束滑塊在導(dǎo)軌上的移動，X、Y向彈簧用于滑塊復(fù)位。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點在于:1、充分利用機構(gòu)自身特性，結(jié)構(gòu)簡化；2、不添加冗余驅(qū)動機構(gòu)，減輕結(jié)構(gòu)重量；3、結(jié)構(gòu)緊湊，不占用額外空間；4、具有多種度調(diào)節(jié)方式，適合機身表面自主調(diào)姿。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是吸盤組件的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0017]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作進一步詳細描述。
[0018]圖1至圖2所示為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]其中的附圖標(biāo)記為:編碼器1、伺服電機2、減速器3、電機過度盤4、絲杠5、直線導(dǎo)軌6、吸盤組件7、支腿外套8、Z向滑塊9、內(nèi)支腿10、Y向直線導(dǎo)軌11、Y向過橋板12、Y向滑塊13、彈簧片14、支架15、球關(guān)節(jié)16、X向鎖緊器17、X向過橋板18、X向滑塊19、X向直線導(dǎo)軌20、X向彈簧21、Y向鎖緊器22、Y向彈簧23、吸盤唇邊24、連接片25。
[0020]一種法向找正調(diào)姿機構(gòu)，包括支腿主體和吸盤組件7，支腿主體包括編碼器1、伺服電機2、減速器3、電機過度盤4、絲杠5、直線導(dǎo)軌6、支腿外套8、Z向滑塊9以及內(nèi)支腿10，伺服電機2與減速器3連接，絲杠5與減速器3連接，絲杠5與內(nèi)支腿10固定連接，內(nèi)支腿10與滑塊9固定連接，內(nèi)支腿10滑動設(shè)置在支腿外套8中，滑塊9可滑動地設(shè)置在直線導(dǎo)軌6上，直線導(dǎo)軌6固定在支腿外套8上，吸盤組件7固定在內(nèi)支腿10的下部，吸盤組件7包括Y向直線導(dǎo)軌11、Y向過橋板12、Υ向滑塊13、彈簧片14、支架15、球關(guān)節(jié)16、Χ向鎖緊器17、X向過橋板18、X向滑塊19、X向直線導(dǎo)軌20、X向彈簧21、Y向鎖緊器22、Y向彈簧23，X向滑塊19、Y向滑塊13均與吸盤組件7主體連接，球關(guān)節(jié)16固定在支架15上并使支架15與吸盤組件7主體轉(zhuǎn)動鉸接，X向直線導(dǎo)軌20和Y向直線導(dǎo)軌11均與吸盤固定，X向滑塊19可以在X向直線導(dǎo)軌20上沿水平X