一种法向找正调姿机构及其调姿方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及自动制孔系统位置在线补偿技术领域，尤其涉及一种法向找正调姿机构及其调姿方法。
【背景技术】
[0002]连接孔的垂直精度是评价制孔质量的重要指标之一，飞机产品对孔位的垂直精度提出了很高的要求。目前常用的调姿方法有:(1)主轴不动产品调姿，如自动钻铆机与数控托架系统，主轴只能实现两个方向上移动，产品的姿态调平由全自动数控托架来控制，这种方式要求产品调型容易且开敞性好。(2)产品不动主轴调姿，如机器人自动制孔系统，利用机器人的高灵活度，能很好地解决尺寸大、结构复杂的壁板类产品调型困难的问题。(3)主轴产品互动调姿，这种方式具有运动解耦且易于控制的优点，但难以满足加工时长行程和现场实时调姿的需求。
[0003]关于制孔法向的在线调整问题的研宄也越来越广泛。秦现生等针对GEMCOR公司G400BCH/39A-96型数控钻铆机的托架调平问题，利用三个非接触式电涡流传感器测量值，近似构建待加工孔位局部区域的空间姿态，并逆解出各运动副的目标位置，该方法可有效提高大型壁板类产品的制孔垂直精度；Tomas Olsson等在机器人末端执行器上刀具周围均布3个触角，利用力和扭矩传感器获取产品与触角之间的压力，以此判断产品法向与刀具轴线的一致程度。单以才等设计了五自由度的混联调姿机构，该机构兼有并联机构与串联机构的优势，不仅工作空间大且具有较高的刚度与承载力，逆解算法也相对简单，但不适用于高柔性的工业机器人制孔系统。张来喜等研宄了一种曲面柔性制孔机器人的姿态在线调姿方法，采用4个位移传感器来确定曲面实际方向，但该系统采用的机器人仅有三个移动畐O，最终姿态的调节是由末端执行器的两个运动副来执行的。
[0004]针对机身表面的爬行钻铆系统，上述方法存在较多不足:
1)托架调平方法通用性差，不同的曲面需要做不同的剖分；
2)并联机构体积较大、重量较重，属于较重负载，不适合壁面爬行系统法向调整；
3)对末端执行器结构要求较高，不适于轻负载要求的壁面爬行钻铆系统。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是针对上述技术现状，而供一种结构轻便、能满足壁面爬行钻铆系统曲面找正的需要，实现高精度、高效率的法向调整的法向找正调姿机构及其调姿方法。
[0006]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:
一种法向找正调姿机构，包括支腿主体和吸盘组件，支腿主体包括编码器、伺服电机、减速器、电机过度盘、丝杠、直线导轨、支腿外套、Z向滑块以及内支腿，伺服电机与减速器连接，丝杠与减速器连接，丝杠与内支腿固定连接，内支腿与滑块固定连接，内支腿滑动设置在支腿外套中，滑块可滑动地设置在直线导轨上，直线导轨固定在支腿外套上，吸盘组件固定在内支腿的下部，吸盘组件包括Y向直线导轨、Y向过桥板、Y向滑块、弹簧片、支架、球关节、X向锁紧器、X向过桥板、X向滑块、X向直线导轨、X向弹簧、Y向锁紧器、Y向弹簧，X向滑块、Y向滑块均与吸盘组件主体连接，球关节固定在支架上并使支架与吸盘组件主体转动铰接，X向直线导轨和Y向直线导轨均与吸盘固定，X向滑块可以在X向直线导轨上沿水平X轴方向滑动，Y向滑块可以在Y向直线导轨上沿水平Y轴方向滑动，弹簧片、X向弹簧、Y向弹簧可以分别使吸盘组件主体、X向滑块、Y向滑块归位。
[0007]为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括:
上述的支腿外套通过连接片与移动平台框架固定连接。
[0008]上述的伺服电机与丝杠之间采用电机过度盘连接。
[0009]上述的吸盘组件与内支腿之间通过支架上的螺纹实现螺纹固定。
[0010]上述的吸盘的外围设有用于增加吸力的吸盘唇边。
[0011]上述的X向过桥板用于连接X向锁紧器和X向滑块，使二者能够组为一体沿着X向直线导轨滑动，Y向过桥板用于连接Y向锁紧器和Y向滑块，使二者能够组为一体沿着Y向直线导轨滑动。
[0012]一种法向找正调姿机构的调姿方法，其特征是:包括以下步骤:
步骤一、当法向找正调姿机构运动到预定位置时，法向找正调姿机构借助外力使法向找正调姿机构下部贴合工件表面，使吸盘稳定吸附在工件表面；
步骤二、系统控制法向找正调姿机构进行调姿，改变法向找正调姿机构的X、Y、Z向位置和相对于工件平面的倾斜角；具体为:
X向位置调节:控制X向滑块沿着X向直线导轨滑动，使吸盘组件也随着X向滑块同向滑动；进而使支腿主体在X向上水平位移；
Y向位置调节:控制Y向滑块沿着Y向直线导轨滑动，使吸盘组件也随着X向滑块同向滑动；进而使支腿主体在Y向上水平位移；
Z向位置调节:控制伺服电机运作，丝杠转动，使内支腿相对于支腿外套上下滑动，进而使支腿外套与吸盘的Z向距离增加或缩短，移动平台框架与工件平面的距离也随之增加或缩短，实现Z向位置调节；
倾斜角调节:控制球关节在吸盘组件中转动，因球关节与支腿主体固定连接，通过控制球关节的转动角度实现倾斜角调节。
[0013]减速器将伺服电机的高转速转化为合适的支腿伸缩响应，并利用编码器反馈可以提高内支腿的进给精度。
[0014]与现有技术相比，本发明的一种法向找正调姿机构，能实现X、Y、Z向位置和相对于工件平面的倾斜角的调节，它应用在法向在线调整机构上，法向在线调整机构是一种具有八条行走腿的法向在线调整机构，四条腿一组，进行行走和调姿，八条腿结构大致相同。本发明的法向找正调姿机构为其中一条腿。本发明的减速器可以将伺服电机的高转速转化为合适的腿部伸缩响应，并利用编码器反馈可以提高支腿组件的进给精度，采用连接片将滑块固定在其内侧，在支腿两侧安装有两直线导轨，同时，吸盘组件与支腿之间通过支架上的螺纹进行连接，并通过伺服电机驱动丝杠使该支腿在外套内上下移动，实现腿部结构的伸缩功能。吸盘组件包括支架、球关节、吸盘、唇边，为了增大吸附力，其采用唇边形式。采用气源由进气管路接到真空发生器上，其产生的真空一端接压力传感器，一端经出气管路接到真空吸盘密室，使吸盘紧密吸附。吸盘结构主要包括:支架、球关节、弹簧片、吸盘唇边、X向弹簧、X向导轨及滑块、X向过桥板、X向导轨锁紧器、Y向弹簧、Y向导轨及滑块、Y向过桥板、Y向导轨锁紧器。吸盘与支架之间采用球关节连接，弹簧片用于吸盘复位，X向、Y向均有两组导轨滑块组件，过桥板用于连接导轨锁紧器及滑块，使其能够沿着导轨一起滑动，导轨锁紧器可以约束滑块在导轨上的移动，X、Y向弹簧用于滑块复位。
[0015]本发明的优点在于:1、充分利用机构自身特性，结构简化；2、不添加冗余驱动机构，减轻结构重量；3、结构紧凑，不占用额外空间；4、具有多种度调节方式，适合机身表面自主调姿。
【附图说明】
[0016]图1是本发明的结构示意图；
图2是吸盘组件的结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
[0018]图1至图2所示为本发明的结构示意图。
[0019]其中的附图标记为:编码器1、伺服电机2、减速器3、电机过度盘4、丝杠5、直线导轨6、吸盘组件7、支腿外套8、Z向滑块9、内支腿10、Y向直线导轨11、Y向过桥板12、Y向滑块13、弹簧片14、支架15、球关节16、X向锁紧器17、X向过桥板18、X向滑块19、X向直线导轨20、X向弹簧21、Y向锁紧器22、Y向弹簧23、吸盘唇边24、连接片25。
[0020]一种法向找正调姿机构，包括支腿主体和吸盘组件7，支腿主体包括编码器1、伺服电机2、减速器3、电机过度盘4、丝杠5、直线导轨6、支腿外套8、Z向滑块9以及内支腿10，伺服电机2与减速器3连接，丝杠5与减速器3连接，丝杠5与内支腿10固定连接，内支腿10与滑块9固定连接，内支腿10滑动设置在支腿外套8中，滑块9可滑动地设置在直线导轨6上，直线导轨6固定在支腿外套8上，吸盘组件7固定在内支腿10的下部，吸盘组件7包括Y向直线导轨11、Y向过桥板12、Υ向滑块13、弹簧片14、支架15、球关节16、Χ向锁紧器17、X向过桥板18、X向滑块19、X向直线导轨20、X向弹簧21、Y向锁紧器22、Y向弹簧23，X向滑块19、Y向滑块13均与吸盘组件7主体连接，球关节16固定在支架15上并使支架15与吸盘组件7主体转动铰接，X向直线导轨20和Y向直线导轨11均与吸盘固定，X向滑块19可以在X向直线导轨20上沿水平X