一种用于碳纤维复合材料钻孔的机器人末端制孔执行器的制作方法

本发明是为碳纤维复合材料制孔加工中机器人对孔的定位和制孔刀具姿态调整所设计的机器人末端制孔执行器，具体涉及到一种用于碳纤维复合材料钻孔的机器人末端制孔执行器。

背景技术：

目前碳纤维复合材料钻孔以人工手动加工为主，工作效率低。应用机器人自动制孔技术可以有效提高碳纤维复合材料钻孔加工的工作效率和钻孔质量。为此本文设计了一种用于碳纤维复合材料钻孔的机器人末端制孔执行器，以实现机器人对孔的定位和对制孔刀具姿态调整，提高工作效率和钻孔质量。

技术实现要素：

本发明设计了一种用于碳纤维复合材料钻孔的机器人末端制孔执行器，其目的是为了在碳纤维复合材料钻孔加工中实现机器人对孔的定位和对制孔刀具姿态调整，提高工作效率和钻孔质量。

本发明采用如下技术方案实现：

一种用于碳纤维复合材料钻孔的机器人末端制孔执行器包括：悬挂壁板、进给及调姿单元、制孔单元、法矢检测单元、视觉定位单元。

悬挂壁板，具有用于与机器人末端连接的法兰，顶板，侧壁版i，侧壁版ii，底板i，底板ii，底板iii。

进给及调姿单元，具有固定在顶板上的导轨滑台，导轨滑台由步进电机控制移动，二维角度调整转台安装在导轨滑台上，由伺服电机i和伺服电机ii共同控制转动。

制孔单元，具有电主轴，电主轴冷却管，负压吸气排屑管路，专用制孔刀具，电主轴安装在二维角度调整转台上，专用制孔刀具通过夹具安装在电主轴上，电主轴冷却管与负压吸气排屑管安装在电主轴末端，并与外部相关装置连接。

法矢检测单元，具有气缸滑台固定安装在侧壁版i上，3d激光智能传感器安装在气缸滑台上。

视觉定位单元，具有工业相机安装在侧壁版ii上，相机固定板安装在工业相机和底板ii上，镜头支撑板安装在底板i上。

进一步地，所述进给及调姿单元的二维角度调整转台的角度调整范围为0°～±5°。

进一步地，所述法矢检测单元3d激光智能传感器安装在气缸滑台上进行移动扫描。

有益效果

本发明的有益效果在于机器人能够根据视觉定位单元的处理结果进行孔的定位，根绝法矢检测单元的检测结果进行制孔刀具姿态调整，实现机器人对碳纤维复合材料自动制孔加工，提高工作效率和钻孔质量。

附图说明

附图1为本发明的结构示意图；

附图2为去处悬挂壁板后的内部结构示意图；

附图3为进给及调姿单元与制孔单元结构示意图；

附图4为法矢检测单元结构示意图。

具体实施方案

以下结合附图进一步说明本发明的具体结构及实施方式。

本发明的结构组成如附图1所示。用于复合材料钻孔的机器人末端执行器，由悬挂壁板、进给及调姿单元、制孔单元、法矢检测单元、视觉定位单元构成。悬挂壁板由法兰(11)、顶板(12)、侧壁版i(13)、侧壁版ii(14)、底板i(15)、底板ii(16)、底板iii(17)构成。进给及调姿单元包括导轨滑台(21)，导轨滑台(21)固定在顶板(12)上并通过步进电机(22)控制移动，二维角度调整转台(23)安装在导轨滑台(21)上，由伺服电机i(24)和伺服电机ii(25)共同控制转动。制孔单元包括电主轴(31)、电主轴冷却管(32)、负压吸气排屑管路(33)、专用制孔刀具(34)，电主轴(31)安装在二维角度调整转台(23)上，专用制孔刀具(34)通过夹具(35)安装在电主轴(31)上，电主轴冷却管(32)与负压吸气排屑管(33)安装在电主轴(31)末端，并与外部相关装置连接。法矢检测单元包括气缸滑台(41)与3d激光智能传感器(42)，气缸滑台(41)固定安装在侧壁版i(13)上，3d激光智能传感器(42)安装在气缸滑台(41)上。视觉定位单元包括工业相机(51)安装在侧壁版ii(14)上，相机固定板(52)安装在工业相机(51)和底板ii(16)上，镜头支撑板(53)安装在底板i(15)上。

具体实施方式：使用前需要注意装配精度，使工业相机(51)的相机镜头轴线与电主轴(31)及专用制孔刀具(34)的轴线保持在同一水平面上。使用时，首先启动视觉定位单元，通过工业相机(51)对目标工件进行拍照确定待加工孔的位置，然后启动法矢检测单元，通过气缸滑台(41)控制3d激光智能传感器(42)移动，对目标工件进行表面形貌扫描，根据视觉定位与法矢检测的结果，通过步进电机(22)、伺服电机i(24)和伺服电机ii(25)分别控制导轨滑台(21)和二维角度调整转台(23)，并对电主轴(31)与专用制孔刀具(34)进行姿态调整，使二者的进给方向与法矢检测获得的方向相同。最后启动电主轴(31)进行制孔，冷却液通过电主轴冷却管(32)对电主轴(31)进行冷却，制孔过程中产生的切屑通过负压吸气排屑管路(33)排出。

技术特征：

技术总结
使用机器人对碳纤维复合材料进行钻孔加工，可以提高制孔的定位精度，提高生产效率与钻孔质量。故本文设计了一种用于碳纤维复合材料钻孔的机器人末端制孔执行器，以实现孔的定位和制孔刀具姿态调整，该机器人末端执行器主要包括：1‑悬挂壁板、2‑进给及调姿单元、3‑制孔单元、4‑法矢检测单元、5‑视觉定位单元。

技术研发人员：张安山;付鹏强;熊由勇;程意翔;王崇;徐孟夏;陈军
受保护的技术使用者：哈尔滨理工大学
技术研发日：2019.03.28
技术公布日：2019.06.25