一种制孔末端执行器的姿态调整装置的制作方法

本发明涉及机械加工技术领域，尤其是涉及一种制孔末端执行器的姿态调整装置。

背景技术：

自动化制孔是大飞机制造装配中最关键的一个环节，在飞机制造中占有十分重要的地位。现在的飞机结构采用的主要连接方法是机械连接，而在常用的机械连接方法中，铆接仍然是应用最广泛的连接方式，而铆接的第一步工艺就是钻孔，孔的尺寸和孔壁质量，都将严重影响着铆缝的强度。在制孔过程中，孔的垂直度对于孔的寿命影响非常大。研究表明当螺栓沿外载荷作用方向倾斜超过2°时，疲劳寿命则减少约47％；当倾斜大于5°时，疲劳寿命即降低约95％。

现在自动化制孔多采用工业机器人和末端执行器相结合的方式。然而工业机器人的精度还不能满足飞机自动化装配的精度要求，因此末端执行器需要具备姿态调整功能。为了保证机器人制孔时能使孔轴向与制孔点法向重合，需在打孔之前，对钻头姿态进行调整，进而提高制孔精度。

技术实现要素：

本发明提供一种制孔末端执行器的姿态调整装置，目的是末端执行器制孔过程中将主轴轴线调整至与工件表面制孔点法向方向重合位置，以提高制孔精度。

本发明通过以下技术方案实现。

本发明提供的一种制孔末端执行器的姿态调整装置，包括平面摆动机构和空间转动机构。平面摆动机构包括摆动板、小圆弧导轨及滑块、大圆弧导轨及滑块、连杆、连杆座、轴承和电动引动器；空间转动机构包括框架和法兰盘。

进一步地，平面摆动机构采用偏置曲柄滑块机构的演化形式，将滑块作为原动件，曲柄作为从动件。大圆弧导轨和小圆弧导轨安装在框架上且其中心轴共线，制孔点在中心轴上。框架上留有导轨安装槽，在安装时，大圆弧导轨为主轨，其圆弧内侧与框架安装槽基准面紧密贴合，外侧由通过螺栓固定在框架上的挤块进行挤压；小圆弧导轨为副轨，其安装槽不具有基准面，根据主轨的安装情况进行调整安装。大圆弧滑块和小圆弧滑块分别安装在大圆弧导轨和小圆弧导轨上且均能沿滑轨顺畅滑动。摆动板与大小圆弧滑块上表面连接，其另一侧与主轴进给模块连接。电动引动器偏置安装在框架上，可实现其滑块的直线运动，该直线运动的轨迹与大、小圆弧导轨的对称面不重合。连杆座与电动引动器滑块相连，连杆通过轴承连接连杆座和摆动板。电动引动器滑块的直线运动带动连杆的运动，进而带动摆动板绕圆弧导轨中心轴进行旋转，保证了摆动板摆动过程制孔点位置不变，摆动板的旋转角最大为5°。平面摆动机构由于采用偏置结构，在运动过程中不会出现连杆与摆动板共线的情况，因此不会出现卡死现象。

进一步地，空间转动机构通过工业机器人最后一轴的旋转实现。法兰盘通过螺栓分别连接框架和工业机器人的最后一轴。工业机器人最后一轴的轴心线与初始状态下主轴进给模块的主轴轴心线重合，保证了在驱动工业机器人最后一轴进行转动时，其转动的中心线始终通过制孔点，转动范围为0°～360°。

该制孔末端执行器的姿态调整装置的具体工作流程为：首先，机构处于初始位置，即主轴轴心与工业机器人最后一轴轴心重合位置；其次，电动引动器工作，其滑块向下移动，带动连杆进行运动，摆动板在双圆弧导轨和连杆的作用下绕圆弧导轨中心轴进行旋转，进而带动主轴进给模块进行旋转；与此同时，工业机器人最后一轴进行旋转。在两种运动的叠加下，主轴轴线到达指定位置。

本发明的有益效果是：通过平面摆动机构和空间转动机构这两种机构运动的结合，该姿态调整装置能完成主轴在空间内以制孔点为顶点、半顶角为5°的圆锥体内运动，实现5°范围内的调姿，进而提高制孔质量；同时考虑了机构本身可能存在的问题，采用偏置机构，有效地预防了机构卡死现象的出现，提高了机构的实用性；另外，空间转动机构利用了机械臂最后一轴的转动作为驱动，结构紧凑小巧，可适用于相对较狭小空间的作业。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1表示本发明实施例中制孔末端执行器的姿态调整装置示意图；

图2表示本发明实施例中制孔末端执行器的姿态调整装置不含摆动板的示意图；

图3表示本发明实施例中制孔末端执行器的姿态调整装置爆炸示意图；

图中，1为框架，2为法兰盘，3为电动引动器，4为连杆座，5为连杆，6为轴承，7为大圆弧导轨，8为挤块，9为大圆弧滑块，10为小圆弧导轨，11为小圆弧滑块，12为摆动板。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图3所示，本发明包括框架1，法兰盘2，电动引动器3，连杆座4，连杆5，轴承6，大圆弧导轨7，挤块8，大圆弧滑块9，小圆弧导轨10，小圆弧滑块11，摆动板12。

本发明包括平面摆动机构和空间转动机构。

参见图1和图2所示，平面摆动机构采用偏置曲柄滑块机构的演化形式，将滑块作为原动件，曲柄作为从动件。大圆弧导轨7和小圆弧导轨10安装在框架1上且两圆弧面同心，制孔点在同心轴上。框架1上留有导轨安装槽，在安装时，大圆弧导轨7为主轨，其圆弧内侧与框架1安装槽基准面紧密贴合，外侧由通过螺栓固定在框架上的挤块8进行挤压；小圆弧导轨10为副轨，其安装槽不具有基准面，根据主轨的安装情况进行调整安装。大圆弧滑块9和小圆弧滑块11分别安装在大圆弧导轨7和小圆弧导轨10上且均能沿滑轨顺畅滑动。摆动板2与大、小圆弧滑块9、11上表面通过螺钉进行连接，摆动板12另一侧的安装孔即通过螺钉与主轴进给模块的各组件进行连接。电动引动器3偏置安装在框架上(在视图中可以看出其位置靠近外侧，以下将该侧定义为圆弧导轨对称面左侧)，可实现其滑块的直线运动。连杆座4与电动引动器3滑块相连，连杆5通过轴承6连接连杆座4和摆动板12。电动引动器3滑块的直线运动带动连杆5的运动，进而带动摆动板12绕圆弧导轨中心轴进行旋转，保证了摆动板摆动过程制孔点位置不变，摆动板可旋转的极限位置为圆弧导轨对称面位置和对称面右侧5°位置。平面摆动机构由于采用偏置结构，在运动过程中不会出现连杆与摆动板共线的情况，因此不会出现卡死现象。

参见图1，空间转动机构通过工业机器人最后一轴的旋转实现。法兰盘2通过螺栓分别连接框架1和工业机器人的最后一轴。所述工业机器人最后一轴的轴心线与主轴进给模块的主轴轴心线重合，保证了在驱动工业机器人最后一轴进行转动时，其转动的中心线始终通过制孔点，所述转动范围为0°～360°。

该制孔末端执行器的姿态调整装置的具体工作流程为：首先，机构处于初始位置，即主轴轴心与工业机器人最后一轴轴心重合位置(图1所示位置)；其次，电动引动器3工作，其滑块向下移动，带动连杆5进行运动，摆动板在双圆弧导轨7、10和连杆5的作用下绕圆弧导轨中心轴进行旋转，进而带动主轴进给模块进行旋转；与此同时，工业机器人最后一轴进行旋转。在两种运动的叠加下，主轴轴线到达指定位置。

以上所述仅为本发明的具体实施例，以上实施例仅用于对本方面的技术方案和发明构思作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。