专利名称：一种带有姿态调整的航空制孔机器人末端执行器的制作方法
技术领域：
本发明涉及自动制孔技术和姿态调整技术，尤其涉及一种适用于飞机蒙皮自动调整姿态和制孔的航空制孔机器人末端执行器。
背景技术：
装配是飞机研制过程的关键环节。目前飞机装配工作量约占整个飞机制造工作量的30% 45%，其连接方式以钻铆(钻孔)为主。然而，传统的人工钻孔存在诸多不足，其工作量大，钻孔的效率低，孔的质量难以保证，并且批量化生产中人力和物力成本高。因此自动化制孔技术是现代飞机装配中的一个重要应用和研究方向。机器人自动化制孔灵活性好，对工件的适应性高，保证了制孔质量，提高制孔效率和精度。机器人自动化制孔技术在国外已得到广泛的研究和应用。目前国外军、民用飞机生产过程中的自动制孔率分别达到了 17%和75%以上。美国是最早研究和应用自动化制孔技术的国家，另外，德国、法国、俄罗斯(前苏联)等国家也对自动制孔技术进行了研究和应用。近年来，国内航空企业在飞机装配技术方面积累了一定的技术基础，机器人制孔等技术有了较大的进步。但总体上看，国内飞机装配还大多停留在采用传统型架的手工装配阶段，数字化钻孔和装配尚未贯通飞机整体装配过程，部件对接自动装配系统还属空白，基于精益制造理念的移动生产线技术还处于探索阶段。末端执行器作为整个机器人制孔系统技术中含量最高的关键单元模块之一，在一个尽量小的结构中实现模块化、多功能的机械和控制系统具有巨大的挑战性，为了实现现代飞机的高效率、高精度、自动化和绿色化制孔，自动制孔系统的末端执行器成为了目前一个重要的研究对象。
发明内容
针对现有技术中的上述技术问题，本发明的目的是提供一种航空制孔机器人末端执行器，该末端执行器能够实现快速的法线垂直度检测、末端姿态的调整、实时的压紧吸屑和高精度数字驱动钻孔，且与爬壁机器人组成自动制孔系统实现对飞机蒙皮的自动钻孔， 以达到高精度、高效率、自动化、绿色化和智能化的钻孔目的。本发明通过以下技术方案实现。—种适用于在工件上自动调整姿态和执行加工的末端执行器，其特征在于该末端执行器包括丝杠进给模块、二元角度调整机构、压紧吸屑模块、加工模块和传感器模块。优选地，所述丝杠进给模块包括丝杠驱动电机、同步带、带轮、滚动轴承、导轮心轴、丝杠驱动固定架、轴承压盖、锁紧螺母、滚动轴承、运动转接板、丝杠螺母、滚珠丝杠和丝杠固定座；丝杠驱动电机固定在丝杠驱动固定架上，丝杠驱动电机的输出轴与带轮连接；第一滚动轴承和第二滚动轴承安装在第一导轮心轴上；第三滚动轴承和第四滚动轴承安装在第二导轮心轴上；第五滚动轴承和第六滚动轴承安装在第三导轮心轴上；第七滚动轴承和第八滚动轴承安装在第四导轮心轴上；第九滚动轴承和第十滚动轴承安装在第五导轮心轴上；第十一滚动轴承和第十二滚动轴承安装在第六导轮心轴上，这些导轮心轴与轴承组合后安装在丝杠驱动固定架上；第一滚珠丝杠穿过第一滚动轴承和第二滚动轴承，轴承的上面由第一锁紧螺母锁紧固定，丝杠和轴承利用第一轴承压盖和第二轴承压盖固定在丝杠驱动固定架上；同样，第二滚珠丝杠穿过第三滚动轴承和第四滚动轴承，轴承的上面由第二锁紧螺母锁紧固定，丝杠和轴承利用第三轴承压盖和第四轴承压盖固定在丝杠驱动固定架上；第一滚珠丝杠和第二滚珠丝杠的上端分别与第一带轮和第二带轮连接；同步带绕过带轮和轴承，实现传动作用，并且保证第一滚珠丝杠和第二滚珠丝杠的同步转动；第一丝杠螺母和第二丝杠螺母分别与第一滚珠丝杠和第二滚珠丝杠平行配合，将旋转运动转换为直线运动；丝杠螺母上还固定有运动转接板，使其带动钻孔模块钻孔；滚珠丝杠的下端通过第一丝杠固定座和第二丝杠固定座与二元角度调整机构的转接固定盖连接，实现末端姿态的调整。优选地，所述二元角度调整机构包括转接固定盖、步进电机、传动齿轮、楔形旋转台、机构底座、中心轴、滚动轴承、压套、球铰外壳、球铰和球铰锁紧螺母；所述二元角度调整机构的中心轴外部套有一个球铰，球铰外面又套有一个球铰外壳，它们一起安装在机构底座上，球铰通过一个球铰锁紧螺母达到固定的目的；压套套在球铰外壳外面，实现对铰外壳的固定；在压套外面安装着第一轴承，在第一轴承的外面安装着第一楔形旋转台；在第一楔形旋转台上面安装着一个相同的且与其相配合的第二楔形旋转台；在第二楔形旋转台装有第二轴承；转接固定盖在二元角度调整机构的最上面，固定整个机构，转接固定盖还和第一滚珠丝杠与第二滚珠丝杠连接，实现钻头的姿态调整；在转接固定盖的一端安装着第一步进电机，第二步进电机安装在机构底座上，它们分别与第一传动齿轮和第二传动齿轮连接，第一传动齿轮和第二传动齿轮分别与第一楔形旋转台和第二楔形旋转台啮合。优选地，所述压紧吸屑模块包括气缸固定板、气缸、气缸连杆、下压筒和压紧头；第一气缸和第二气缸固定在气缸固定板上，两个气缸的下端分别连接第一气缸连杆和第二气缸连杆，两个气缸两杆又和下压筒的两个下压端连接，在下压筒的底部安装着压紧头，而在它的侧部具有吸屑连接口 ；此外，在气缸固定板上还安装着激光测距传感器。优选地，所述加工模块包括钻孔伺服电机、轴承上挡环、联轴器、滚动轴承、轴承下挡环、油封、锁紧螺母、钻孔器套筒、传动轴、钻卡头和钻头；加工模块的钻孔伺服电机固定在运动转接板上，通过联轴器与传动轴连接，由第一滚动轴承、第二滚动轴承和第三滚动轴承来支承传动轴，滚动轴承通过轴承上挡环和轴承下挡环防止滚动轴承窜动，在轴承下挡环的下部由锁紧螺母实现位置的固定，轴承下挡环的外侧装有油封，其作用为防止泥沙、灰尘、水气等自外侵入轴承中和限制轴承中的润滑油漏出；在它们的外部套有钻孔器套筒，钻孔器套筒也固定在运动转接板上；传动轴的另一端与钻卡头连接，钻卡头上装有钻头。优选地，所述传感器模块包括激光测距传感器和接近传感器；所述激光测距传感器安装在气缸固定板上，所述接近传感器安装在接近传感器安装板上。相对于现有技术，本发明的优点在于
(1)轻量化。为了提高末端执行器的轻量化，末端执行器采用薄壁复杂结构，以取代传统的装配部件结构。(2)模块化。各模块标准化设计，采用模块化接口，可自由更换不同部件，适应各种航空制造。(3)智能化。采用激光测距传感器进行钻孔点的法线垂直度检测，并利用两个步进电机对执行器的末端进行自动的姿态调整，提高了制孔的效率。(4)绿色化。在满足基本性能设计需求的前提下，充分考虑无毛刺制孔工艺，采用激光测量和绿色制造技术，减少冷却液环境污染，提高了钻孔的绿色化。(5)高质量和高效率。本发明采用气动压紧与吸屑技术、激光测量技术、二元角度自动调节技术，保证了制孔的质量和精度，还提高了制孔的效率。本发明融合了机器人钻孔的法向垂直度检测与补偿技术、机器人钻孔加工工艺技术、末端执行器轻量化设计技术、绿色加工工艺技术(无冷却液加工实现节能洁净制孔)、 机器人多传感器检测集成技术、高精度数字伺服驱动技术、机器人自主移动避障技术，实现了航空制孔的高精度、高效率、自动化、绿色化和智能化。
图IA是本发明末端执行器的整体结构图。图IB是本发明末端执行器的另一角度结构视图。图2A是本发明末端执行器中丝杠进给模块的结构图。图2B是本发明末端执行器中丝杠进给模块的分解3A是本发明末端执行器中二元角度调整机构的结构图。图;3B是本发明末端执行器中二元角度调整机构的分解图。图3C是本发明二元角度调整机构中的楔形旋转台的结构图。图4A是本发明末端执行器中压紧吸屑模块的结构图。图4B是本发明末端执行器中压紧吸屑模块的分解图。图4C是本发明压紧吸屑模块中下压筒与压紧头的结构图。图5A是本发明末端执行器中钻孔模块的结构图。图5B是本发明末端执行器中钻孔模块的的分解图。图中1.丝杠进给模块 101.丝杠驱动电机 102.同步带103A C.带轮 104A L.滚动轴承 105A F.导轮心轴 106.丝杠驱动固定架107A D.轴承压盖 110.运动转接板IllA B.丝杠螺母2. 二元角度调节机构 202A B.步进电机204A B.楔形旋转台208.压套3.压紧吸屑模块
108A B.锁紧螺母 109A D.滚动轴承
112A B.滚珠丝杠 113A B.丝杠固定座 201.转接固定盖 203A B.传动齿轮 205.机构底座 206.中心轴 209.球铰外壳 210.球铰
207A B.滚动轴承 211.球铰锁紧螺母
301.气缸固定板 302A B.气缸303A B.气缸连杆304.下压筒305.压紧头4.钻孔模块401.钻孔伺服电机404A C.滚动轴承405.轴承下挡环408.钻孔器套筒409.传动轴5IA C.激光测距传感器61.安装板62A B.侧挡板
402.轴承挡环 403.联轴器 406.油封407.锁紧螺母
410.钻卡头 411.钻头 52A B.接近传感器 63.接近传感器安装板
具体实施例方式下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。参见图1A、图IB本发明由丝杠进给模块1、二元角度调整机构2、压紧吸屑模块3、 钻孔模块4、传感器模块5五个模块组成。在实施钻孔前系统需要先回零；然后传感器模块 5中的激光测距传感器对制孔点进行法线垂直测量；二元角度调节机构2调整执行器末端的姿态；压紧吸屑模块3压紧飞机蒙皮，吸屑装置开启；丝杠进给模块1带动钻孔模块4对飞机蒙皮实施制孔。(一 )丝杠进给模块参见图2A和图2B所示，丝杠进给模块1包括丝杠驱动电机101、同步带102、带轮 103A C、滚动轴承104A L、导轮心轴105A F、丝杠驱动固定架106、轴承压盖107A D、锁紧螺母108A B、滚动轴承109A D、运动转接板110、丝杠螺母IllA B、滚珠丝杠 112A B、丝杠固定座113A B。丝杠驱动电机101固定在丝杠驱动固定架106上，丝杠驱动电机101的输出轴与带轮103C连接。滚动轴承104A和滚动轴承104B安装在导轮心轴105A上；滚动轴承104C 和滚动轴承104D安装在导轮心轴105B上；滚动轴承104E和滚动轴承104F安装在导轮心轴 105C上；滚动轴承104G和滚动轴承104H安装在导轮心轴105D上；滚动轴承1041和滚动轴承104J安装在导轮心轴105E上；滚动轴承104K和滚动轴承104L安装在导轮心轴105F 上，这些导轮心轴与轴承组合后安装在丝杠驱动固定架106上。滚珠丝杠112A穿过滚动轴承109A和滚动轴承109B，轴承的上面由锁紧螺母108A锁紧固定，丝杠和轴承利用轴承压盖107A和轴承压盖107B固定在丝杠驱动固定架106上。同样，滚珠丝杠112B穿过滚动轴承109C和滚动轴承109D，轴承的上面由锁紧螺母108B锁紧固定，丝杠和轴承利用轴承压盖107C和轴承压盖107D固定在丝杠驱动固定架106上。滚珠丝杠112A和滚珠丝杠112B 的上端分别与带轮103A和带轮10 连接。同步带102绕过带轮103A C和轴承104A L，实现传动作用，并且保证滚珠丝杠112A和滚珠丝杠112B的同步转动。丝杠螺母11IA和丝杠螺母IllB分别与滚珠丝杠112A和滚珠丝杠112B平行配合，将旋转运动转换为直线运动。丝杠螺母上还固定有运动转接板110，使其带动钻孔模块钻孔。滚珠丝杠的下端通过丝杠固定座113A和丝杠固定座11 与二元角度调整机构的转接固定盖连接，实现末端姿态的调整。在钻孔过程中，丝杠驱动电机101工作，通过同步带102使滚珠丝杠112A和滚珠丝杠112B同时转动。丝杠螺母IllA和丝杠螺母IllB将滚珠丝杠的旋转运动转变为丝杠螺母直线运动，带动固定有钻孔模块的运动转接板110上下移动。
在丝杠进给模块1中，丝杠驱动电机采用奥地利贝加莱公司的型号为8LSA34的交流伺服电机，其额定功率为440W，转速为2200r/min，额定转速下扭矩达到1. 5Nm的转矩；滚动轴承104A L选用标准件GB276-94的滚动轴承628，其尺寸为外直径24mm内直径8mm厚度8mm ；滚动轴承109A D选用标准件GB^2_94的滚动轴承S7002，其尺寸为外直径32mm 内直径15mm厚度9mm ；滚珠丝杠112A B采用台湾HIWIN的型号为R20-5T3-FSI-393-0. 05 的滚珠丝杆，外径为20mm，导程为5mm，全长为393mm，精度为0. 05mm ；与滚珠丝杠配套的丝杠螺母 IllA B 型号为 R20-5T3-FSI-0. 05。( 二 ) 二元角度调整机构参见图3A和图;3B所示，二元角度调整机构2包括转接固定盖201、步进电机 202A B、传动齿轮203A B、楔形旋转台204A B、机构底座205、中心轴206、滚动轴承 207A B、压套208、球铰外壳209、球铰210、球铰锁紧螺母211。206为二元角度调节机构的中心轴，其外部套有一个球铰210，球铰210外面又套有一个球铰外壳209，它们一起安装在机构底座205上，球铰210通过一个球铰锁紧螺母 211达到固定的目的。压套208套在球铰外壳209外面，实现对铰外壳209的固定。在压套 208外面安装着滚动轴承207A，在轴承207A的外面安装着楔形旋转台204A。在楔形旋转台 204A上面安装着一个相同的且与其相配合的楔形旋转台204B。在楔形旋转台204B装有滚动轴承207B。转接固定盖201在二元角度调整机构2的最上面，固定整个机构，不仅如此， 转接固定盖201还和滚珠丝杠112A与滚珠丝杠112B连接，实现钻头的姿态调整。在转接固定盖201的一端安装着步进电机202A，另一个步进电机202B安装在机构底座205上，它们分别与传动齿轮203A和传动齿轮20 连接，传动齿轮203A和传动齿轮20!3B分别与楔形旋转台204A和楔形旋转台204B(参见图3C，其倾斜角为α)啮合，起传动的作用。在执行器末端姿态调整过程中，步进电机202Α和步进电机202Β根据激光测距传感器反馈的对钻孔点法向量的测量信息，通过传动齿轮203Α和传动齿轮20 使楔形旋转台204A和楔形旋转台204B分别旋转，利用它们的高度差可以使钻孔部件整体按照设定角度整体偏转，从而使末端执行器的钻头围绕固定中心线实现三维空间运动，即实现一个圆锥运动，从而达到定角度的调节目的。二元角度调整机构2可以带动钻销机构作2α度的角度偏转，只要楔形旋转台204Α和楔形旋转台204Β分别旋转适当的角度便可实现钻头法向角度的调整。在二元角度调整机构2中，步进电机202Α和步进电机202Β采用奥地利贝加莱公司的型号为80MPD5的步进电机，步距角为1. 8° ；滚动轴承207Α B采用德国FAG型号为 71821-Α⑶的滚动轴承，其尺寸为外直径130mm内直径105mm厚度13mm ；球铰210的内径为50mm ；传动齿轮203A B的分度圆半径为17mm，楔形旋转台204A B的分度圆半径为 170mm，它们的传动比为1 10，楔形旋转台204A B的楔形倾角为2°，因此钻头的可调节角度为4°。(三)压紧吸屑模块参见图4A和图4B所示，压紧吸屑模块3包括气缸固定板301、气缸302A B、气缸连杆303A B、下压筒304、压紧头305。气缸302A和气缸302B固定在气缸固定板301上，两个气缸的下端分别连接气缸连杆303A和气缸连杆30;3B，两个气缸两杆又和下压筒304的两个下压端连接，在下压筒
9304的底部安装着压紧头305，而在它的侧部具有吸屑连接口。此外，在气缸固定板301上还安装着三个激光测距传感器51A C。在开始钻孔之前气缸303A和30 同时上气，在气压的作用下气缸连杆303A与气缸连杆3(X3B同时受迫下运动，使装有压紧头305的下压筒304下运动，实现压紧头305对飞机蒙皮的压紧，下压筒304和压紧头305的结构参见图4C。完成压紧后吸屑装置启动，通过吸屑连接口吸收产生的金属屑。在压紧吸屑模块中使用的气缸选用亚德客(AIRTAC)型号为SC40X75-S的四拉杆气缸，使用压力为l-9bar。压紧头305的材料选用紫铜，质软，不易损伤飞机蒙皮表面。(四)钻孔模块参见图5A和图5B所示，钻孔模块4包括钻孔伺服电机401、轴承上挡环402、联轴器403、滚动轴承404A C、轴承下挡环405、油封406、锁紧螺母407、钻孔器套筒408、传动轴409、钻卡头410、钻头411。钻孔模块4的钻孔伺服电机401固定在运动转接板110上，通过联轴器403与传动轴409连接，由滚动轴承404A、滚动轴承404B和滚动轴承404C来支承传动轴409，滚动轴承通过轴承上挡环402和轴承下挡环405防止滚动轴承窜动，在轴承下挡环405的下部由锁紧螺母407实现位置的固定，轴承下挡环405的外侧装有油封406，其作用为防止泥沙、 灰尘、水气等自外侵入轴承中和限制轴承中的润滑油漏出。在它们的外部套有钻孔器套筒 408，钻孔器套筒408也固定在运动转接板110上。传动轴409的另一端与钻卡头410连接， 钻卡头410上装有钻头411。在钻孔时由钻孔伺服电机401提供动力，通过传动轴409带动装有钻头411的钻卡头410旋转，在进给运动的配合下实现对飞机蒙皮的钻孔。在钻孔模块中钻孔伺服电机401选用奥地利贝加莱公司的型号为8LSA36的交流伺服电机，其额定功率为750W，转速为6000r/min，额定转速下扭矩达到3Nm的转矩；联轴器采用型号为LK8-C14S的夹紧螺丝固定型联轴器；轴承选用标准件GB^2-94的滚动轴承 S7024，其尺寸为外直径47mm内直径20mm厚度14mm ；钻卡头选用型号为HSK32-WTE08 ；钻头根据钻孔要求而定。(五)传感器模块参见图IA和图IB所示，传感器模块5包括激光测距传感器51A C和接近传感器52A B。三个激光测距传感器51A C安装在气缸固定板301上，两个接近传感器52A B安装在接近传感器安装板63上。三个激光测距传感器51A C，具有测量钻孔点法向量的作用，其测量信息反馈给二元角度调节机构2使用。接近传感器52A作为零位开关，在钻孔时作为丝杠进给模块1 的零位，。而接近传感器52B作为限位开关，它起限制丝杠进给模块1的运动的作用，避免发生碰撞。在传感器模块5中激光测距传感器51A C采用德国SICK公司的型号为 0D2-P85W2010的激光测距传感器，测量范围是75mm 105mm，测量精度为士 100 μ m ；接近传感器52A B选用奥托尼克(Autonics)电子有限公司生产的型号为PRL18-5DN的高频振荡型接近传感器，传感距离为2mm。
除此之外，在机构底座205上还安装有安装板61和侧挡板62A B，安装板61起和爬壁机器人连接的，侧挡板62A B具有保护二元角度调整机构2的作用；在丝杠驱动固定架106上安装有接近传感器安装板63，它的作用是固定接近传感器52A B。以上所述仅为本发明的几种具体实施例，以上实施例仅用于对本发明的技术方案和发明构思做说明而非限制本发明的权利要求范围。凡本技术领域中技术人员在本专利的发明构思基础上结合现有技术，通过逻辑分析、推理或有限实验可以得到的其他技术方案， 也应该被认为落在本发明的权利要求保护范围之内。
权利要求
1.一种适用于在工件上自动调整姿态和执行加工的末端执行器，其特征在于该末端执行器包括丝杠进给模块(1)、二元角度调整机构O)、压紧吸屑模块(3)、加工模块(4) 和传感器模块(5)。
2.根据权利要求1所述的末端执行器，其特征在于，所述丝杠进给模块(1)包括丝杠驱动电机(101)、同步带(102)、带轮(103A C)、滚动轴承(104A L)、导轮心轴(105A F)、丝杠驱动固定架(106)、轴承压盖(107A D)、锁紧螺母(108A B)、滚动轴承(109A D)、运动转接板(110)、丝杠螺母(111A B)、滚珠丝杠(112A B)和丝杠固定座(113A B)；丝杠驱动电机(101)固定在丝杠驱动固定架(106)上，丝杠驱动电机(101)的输出轴与带轮(103C)连接；第一滚动轴承(104A)和第二滚动轴承(104B)安装在第一导轮心轴(105A)上；第三滚动轴承(104C)和第四滚动轴承(104D)安装在第二导轮心轴(105B) 上；第五滚动轴承(104E)和第六滚动轴承(104F)安装在第三导轮心轴(105C)上；第七滚动轴承(104G)和第八滚动轴承(104H)安装在第四导轮心轴(105D)上；第九滚动轴承 (1041)和第十滚动轴承(104J)安装在第五导轮心轴(105E)上；第i^一滚动轴承(104K) 和第十二滚动轴承(104L)安装在第六导轮心轴(105F)上，这些导轮心轴与轴承组合后安装在丝杠驱动固定架(106)上；第一滚珠丝杠(112A)穿过第一滚动轴承(109A)和第二滚动轴承(109B)，轴承的上面由第一锁紧螺母(108A)锁紧固定，丝杠和轴承利用第一轴承压盖(107A)和第二轴承压盖(107B)固定在丝杠驱动固定架(106)上；同样，第二滚珠丝杠(112B)穿过第三滚动轴承(109C)和第四滚动轴承(109D)，轴承的上面由第二锁紧螺母 (108B)锁紧固定，丝杠和轴承利用第三轴承压盖(107C)和第四轴承压盖(107D)固定在丝杠驱动固定架(106)上；第一滚珠丝杠(112A)和第二滚珠丝杠(112B)的上端分别与第一带轮(103A)和第二带轮(103B)连接；同步带(102)绕过带轮(103A C)和轴承(104A L)，实现传动作用，并且保证第一滚珠丝杠(112A)和第二滚珠丝杠(112B)的同步转动；第一丝杠螺母(IllA)和第二丝杠螺母(IllB)分别与第一滚珠丝杠(112A)和第二滚珠丝杠 (112B)平行配合，将旋转运动转换为直线运动；丝杠螺母上还固定有运动转接板(110)， 使其带动钻孔模块钻孔；滚珠丝杠的下端通过第一丝杠固定座(113A)和第二丝杠固定座 (113B)与二元角度调整机构的转接固定盖连接，实现末端姿态的调整。
3.根据权利要求1所述的末端执行器，其特征在于，所述二元角度调整机构(2)包括 转接固定盖(201)、步进电机(202A B)、传动齿轮(203A B)、楔形旋转台(204A B)、机构底座(205)、中心轴(206)、滚动轴承(207A B)、压套(208)、球铰外壳(209)、球铰(210) 和球铰锁紧螺母011)；所述二元角度调整机构的中心轴(206)外部套有一个球铰010)，球铰(210)外面又套有一个球铰外壳009)，它们一起安装在机构底座(2冊)上，球铰(210)通过一个球铰锁紧螺母(211)达到固定的目的；压套(208)套在球铰外壳(209)外面，实现对铰外壳(209) 的固定；在压套(208)外面安装着第一轴承(207A)，在第一轴承Q07A)的外面安装着第一楔形旋转台(204A)；在第一楔形旋转台(204A)上面安装着一个相同的且与其相配合的第二楔形旋转台O04B)；在第二楔形旋转台Q04B)装有第二轴承O07B)；转接固定盖(201) 在二元角度调整机构O)的最上面，固定整个机构，转接固定盖O01)还和第一滚珠丝杠 (112A)与第二滚珠丝杠(112B)连接，实现钻头的姿态调整；在转接固定盖O01)的一端安装着第一步进电机(202A)，第二步进电机Q02B)安装在机构底座(20 上，它们分别与第一传动齿轮O03A)和第二传动齿轮O03B)连接，第一传动齿轮O03A)和第二传动齿轮 (203B)分别与第一楔形旋转台(204A)和第二楔形旋转台O04B)啮合。
4.根据权利要求1所述的末端执行器，其特征在于，所述压紧吸屑模块(3)包括气缸固定板(301)、气缸(302A B)、气缸连杆(303A B)、下压筒(304)和压紧头(305)；第一气缸(302A)和第二气缸(302B)固定在气缸固定板(301)上，两个气缸的下端分别连接第一气缸连杆(303A)和第二气缸连杆(30 )，两个气缸两杆又和下压筒(304)的两个下压端连接，在下压筒(304)的底部安装着压紧头(305)，而在它的侧部具有吸屑连接口 ；此外，在气缸固定板(301)上还安装着激光测距传感器(51A C)。
5.根据权利要求1所述的末端执行器，其特征在于，所述加工模块(4)包括钻孔伺服电机(401)、轴承上挡环(40 、联轴器(40 、滚动轴承(404A C)、轴承下挡环(405)、油封(406)、锁紧螺母(407)、钻孔器套筒(408)、传动轴(409)、钻卡头(410)和钻头(411)；加工模块⑷的钻孔伺服电机(401)固定在运动转接板(110)上，通过联轴器(403)与传动轴(409)连接，由第一滚动轴承(404A)、第二滚动轴承G04B)和第三滚动轴承0O4C) 来支承传动轴(409)，滚动轴承通过轴承上挡环(40 和轴承下挡环005)防止滚动轴承窜动，在轴承下挡环G05)的下部由锁紧螺母(407)实现位置的固定，轴承下挡环005)的外侧装有油封006)，其作用为防止泥沙、灰尘、水气等自外侵入轴承中和限制轴承中的润滑油漏出；在它们的外部套有钻孔器套筒008)，钻孔器套筒(408)也固定在运动转接板 (110)上；传动轴(409)的另一端与钻卡头(410)连接，钻卡头(410)上装有钻头(411)。
6.根据权利要求1所述的末端执行器，其特征在于，所述传感器模块( 包括激光测距传感器(5IA C)和接近传感器(52A B)；所述激光测距传感器(51A C)安装在气缸固定板(301)上，所述接近传感器(52A B)安装在接近传感器安装板(63)上。
7.根据权利要求2所述的末端执行器，其特征在于在加工过程中，丝杠驱动电机 (101)工作，通过同步带(10 使第一滚珠丝杠(112A)和第二滚珠丝杠(112B)同时转动； 第一丝杠螺母(IllA)和第二丝杠螺母(IllB)将滚珠丝杠的旋转运动转变为丝杠螺母直线运动，带动固定有钻孔模块的运动转接板(110)上下移动。
8.根据权利要求3所述的末端执行器，其特征在于在执行器末端姿态调整过程中，第一步进电机O02A)和第二步进电机O02B)根据激光测距传感器反馈的对钻孔点法向量的测量信息，通过第一传动齿轮O03A)和第二传动齿轮O03B)使第一楔形旋转台(204A)和第二楔形旋转台O04B)分别旋转，利用它们的高度差可以使钻孔部件整体按照设定角度整体偏转，从而使末端执行器的钻头围绕固定中心线实现三维空间运动，即实现一个圆锥运动，从而达到定角度的调节目的；所述二元角度调整机构(2)可以带动加工机构作2 α度的角度偏转，只要第一楔形旋转台(204Α)和第二楔形旋转台Ο04Β)分别旋转适当的角度便可实现钻头法向角度的调整。
9.根据权利要求4所述的一种末端执行器，其特征在于在开始加工之前第一气缸 (303Α)和第二气缸(303Β)同时上气，在气压的作用下第一气缸连杆(303Α)与第二气缸连杆(303Β)同时受迫下运动，使装有压紧头(30 的下压筒(304)下运动，实现压紧头(305) 对工件的压紧；完成压紧后吸屑装置启动，通过吸屑连接口吸收产生的碎屑。
10.根据权利要求6所述的末端执行器，其特征在于所述激光测距传感器(51A C)， 具有测量钻孔点法向量的作用，其测量信息反馈给所述二元角度调节机构O)；第一接近传感器(52A)作为零位开关，在加工时作为丝杠进给模块(1)的零位，；而第二接近传感器 (52B)作为限位开关，它起限制丝杠进给模块(1)的运动的作用，避免发生碰撞。
全文摘要
本发明提供了一种适用于飞机蒙皮钻孔并能自动调整姿态的航空制孔机器人末端执行器，该末端执行器包括丝杠进给模块、二元角度调整机构、压紧吸屑模块、钻孔模块和传感器模块。丝杠进给模块主要包括丝杠驱动电机、同步传动组件和双滚珠丝杠，实现钻孔的进给运动；二元角度调整机构主要包括步进电机、传动齿轮、楔形旋转台和球铰，实现末端姿态的自动调整；压紧吸屑模块主要包括气缸、下压筒、气缸连杆和压紧头，实现蒙皮的压紧和金属钻屑的吸收；钻孔模块主要包括钻孔伺服电机，传动轴，钻卡头和钻头，实现高精度钻孔；传感器模块包括接近传感器和激光测距传感器，实现主轴运动的寻零与限位和钻孔点法线的测量。
文档编号B23Q3/08GK102513575SQ20121000671
公开日2012年6月27日 申请日期2012年1月10日 优先权日2012年1月10日
发明者公茂震, 刘钦, 张睿, 王田苗, 袁培江, 马福存 申请人:袁培江