大型航空薄壁件多孔钻削的混联机器人装备系统

1.本发明涉及机器人钻削加工技术领域，具体地，涉及一种大型航空薄壁件多孔钻削的混联机器人装备系统。


背景技术：

2.机器人装备系统已广泛用于多类零部件铣削、物料快速分拣和多自由度运动模拟等领域。其中，在大型航空薄壁件制孔领域，机器人装备系统通常由机器人移动平台、工业串联机器人和末端主轴加工头组成。通过将工业串联机器人底座安装在移动平台上，并将末端主轴加工头安装在工业机器人末端，完成钻削制孔。
3.根据航空制造领域的特殊需求，国内外企业和高校研制了多套机器人钻孔系统，如美国的once，可实现波音客机机翼后缘的制孔加工，以及国内航空工业成飞与西北工业大学等共同开发的壁板类零部件自动制孔系统，可实现机翼翼面的钻铰锪一体制孔。但是，现有机器人制孔系统存在两大主要问题：(1)末端执行器通常只包含一个主轴头，制孔效率低下，严重影响大型航空薄壁件的生产周期；(2)在对曲面薄壁件制孔时，需通过驱动串联机器人调整末端主轴头上的刀具轴线，使其沿着加工区域的法线方向，效率较低。
4.经现有技术检索发现，中国实用新型专利公告号为cn206703156u，公开了一种机器人自动制孔系统，属于制孔领域。该系统包括制孔机器人、末端执行器、制孔刀具、工装夹具、轨道、驱动平台、控制终端、工业相机、同轴光源、位移传感器以及至少三个激光传感器；工装夹具设置在轨道一侧，制孔机器人和控制终端设置在驱动平台上；驱动平台设置在轨道上并与控制终端电连接，末端执行器固定在制孔机器人上，工业相机、同轴光源、位移传感器和激光传感器安装在末端执行器上。该实用新型就存在上述问题。
5.近年来，由“定平台-多条运动分支-动平台”所组成的多自由度并联机器人具有结构紧凑、刚度高、调姿能力好等优点，已得到广泛关注与研究。其中，具有两转一移输出自由度的并联机器人，已用于空间曲面零件的铣削等。
6.针对现有机器人制孔系统中所存在的效率问题，通过结合串/并联机器人的特点，设计一种可实现大型航空薄壁件多孔钻削的混联机器人装备系统，提高制孔效率，具有重要意义。
7.基于上述问题，本发明大型航空薄壁件多孔钻削的混联机器人装备系统进行优化设计，改善目前存在的问题。因此，本发明设计巧妙，实用性强，能够解决上述问题，实际使用效果更好。


技术实现要素：

8.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种大型航空薄壁件多孔钻削的混联机器人装备系统。
9.根据本发明提供的一种大型航空薄壁件多孔钻削的混联机器人装备系统，包括移动平台、工业串联机器人、视觉测量装置、辅助移动机构、两转一移并联机器人以及主轴加
工头；
10.所述移动平台上连接设置所述工业串联机器人，所述工业串联机器人上固定设置所述视觉测量装置，且所述工业串联机器人上连接设置所述辅助移动机构，所述辅助移动机构上连接设置所述两转一移并联机器人，所述两转一移并联机器人上固定设置所述主轴加工头。
11.一些实施方式中，所述工业串联机器人的杆件末端上固定设置所述视觉测量装置，且所述工业串联机器人的杆件末端上连接设置所述辅助移动机构，两个所述两转一移并联机器人固定设置在所述辅助移动机构上左右两端，且两个所述两转一移并联机器人上各固定设置有一个主轴加工头。
12.一些实施方式中，所述辅助移动机构包括辅助移动导轨、辅助主动分支以及辅助被动分支，所述辅助移动导轨连接设置在所述工业串联机器人的杆件末端上，所述辅助主动分支连接设置所述辅助被动分支。
13.一些实施方式中，所述辅助主动分支包括辅助第一转动副、辅助主动杆件以及辅助第二转动副，所述辅助移动导轨通过所述辅助第一转动副连接设置所述辅助主动杆件，两个所述辅助第二转动副固定设置在所述辅助主动杆件的左右两端；
14.所述辅助主动杆件通过两个所述辅助第二转动副连接设置两个所述辅助被动杆件，两个所述辅助被动杆件通过两个所述辅助第三转动副连接设置两个所述辅助移动滑块。
15.一些实施方式中，两个所述辅助移动滑块滑动设置在所述辅助移动导轨上，且两个所述两转一移并联机器人固定设置在两个所述辅助移动滑块上。
16.一些实施方式中，所述两转一移并联机器人包括定平台、动平台以及连接设置在所述定平台与所述动平台之间的两条第一分支和一条第二分支，所述定平台与所述动平台通过两条所述第一分支以及一条所述第二分支连接设置。
17.一些实施方式中，所述第一分支包括连接设置在所述定平台与所述动平台之间的第一移动副、第一虎克铰、第一连杆以及动平台转动副，所述第一移动副通过所述第一虎克铰连接设置所述第一连杆的一端，所述第一连杆的另一端上固定设置所述动平台转动副；
18.所述第二分支包括连接设置在所述定平台与所述动平台之间的第二移动副、滑块转动副、第二连杆以及第二虎克铰；所述第二移动副通过所述滑块转动副连接设置所述第二连杆的一端，所述第二连杆的另一端上固定设置所述第二虎克铰。
19.一些实施方式中，两条所述第一分支对称设置于一条所述第二分支。
20.一些实施方式中，所述第一移动副包括第一移动副导轨以及第一移动副滑块，所述第一移动副导轨连接设置所述定平台，所述第一移动副滑块连接设置所述第一虎克铰，且所述第一移动副滑块滑动设置在所述第一移动副导轨上；
21.所述第二移动副包括第二移动副导轨以及第二移动副滑块，所述第二移动副导轨连接设置所述定平台，所述第二移动副滑块连接设置所述滑块转动副，且所述第二移动副滑块滑动设置在所述第二移动副导轨上。
22.一些实施方式中，所述第一移动副导轨与所述第二移动副导轨共面设置。
23.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
24.本发明通过采用移动平台与两转一移并联机器人，可实现大范围空间定位以及小
范围的相对定位和精准钻削，提高制孔效率，具有制孔速度快、承载能力大、精度与刚度高、灵活性好等优点，能够实现大型航空薄壁件上的高精度双孔同制，节省加工时间，提高工作效率。
附图说明
25.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
26.图1为本发明大型航空薄壁件多孔钻削的混联机器人装备系统的立体结构示意图；
27.图2为本发明大型航空薄壁件多孔钻削的混联机器人装备系统中辅助移动机构的立体结构示意图；
28.图3为本发明大型航空薄壁件多孔钻削的混联机器人装备系统中两转一移并联机器人及主轴加工头的立体结构示意图；
29.图4为本发明大型航空薄壁件多孔钻削的混联机器人装备系统中第一分支的立体结构示意图；
30.图5为本发明大型航空薄壁件多孔钻削的混联机器人装备系统中第二分支的立体结构示意图。
31.附图标记：
32.具体实施方式
33.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
34.如图1所示为本发明大型航空薄壁件多孔钻削的混联机器人装备系统的立体结构示意图。如图2所示为本发明大型航空薄壁件多孔钻削的混联机器人装备系统中辅助移动机构的立体结构示意图。如图3所示为本发明大型航空薄壁件多孔钻削的混联机器人装备系统中两转一移并联机器人及主轴加工头的立体结构示意图。如图4所示为本发明大型航
空薄壁件多孔钻削的混联机器人装备系统中第一分支的立体结构示意图。如图5所示为本发明大型航空薄壁件多孔钻削的混联机器人装备系统中第二分支的立体结构示意图。包括移动平台1、工业串联机器人2、视觉测量装置3、辅助移动机构4、两转一移并联机器人5以及主轴加工头6。移动平台1上连接设置工业串联机器人2，工业串联机器人2上固定设置视觉测量装置3，且工业串联机器人2上连接设置辅助移动机构4，辅助移动机构4上连接设置两转一移并联机器人5，两转一移并联机器人5上固定设置主轴加工头6。移动平台1可在加工场地中进行大范围移动，工业串联机器人2采用六自由度串联机械臂，其底座安装在移动平台1上，工业串联机器人2结合移动平台1可实现大范围的空间定位。视觉测量装置3用于实时数据采集和反馈，便于混联机器人装备系统调整位姿。
35.工业串联机器人2的杆件末端上固定设置视觉测量装置3，且工业串联机器人2的杆件末端上连接设置辅助移动机构4，两个两转一移并联机器人5固定设置在辅助移动机构4上左右两端，且两个两转一移并联机器人5上各固定设置有一个主轴加工头6。辅助移动机构4包括辅助移动导轨41、辅助主动分支以及辅助被动分支，辅助移动导轨41连接设置在工业串联机器人2的杆件末端上，辅助主动分支连接设置辅助被动分支。
36.辅助主动分支包括辅助第一转动副42、辅助主动杆件43以及辅助第二转动副44，辅助移动导轨41通过辅助第一转动副42连接设置辅助主动杆件43，两个辅助第二转动副44固定设置在辅助主动杆件43的左右两端。辅助第一转动副42与辅助主动杆件43连接的转动轴线与辅助第二转动副44轴线相平行。
37.辅助被动分支包括辅助第二转动副44、辅助被动杆件45、辅助第三转动副46以及辅助移动滑块47。辅助主动杆件43通过两个辅助第二转动副44连接设置两个辅助被动杆件45，两个辅助被动杆件45通过两个辅助第三转动副46连接设置两个辅助移动滑块47。辅助第二转动副44与辅助被动杆件45连接的转动轴线与辅助第三转动副46轴线相平行，辅助第三转动副46与辅助移动滑块47连接设置。两个辅助移动滑块47滑动设置在辅助移动导轨41上，且两个两转一移并联机器人5固定设置在两个辅助移动滑块47上。
38.两转一移并联机器人5包括定平台512、动平台51以及连接设置在定平台512与动平台51之间的两条第一分支和一条第二分支，定平台512与动平台51通过两条第一分支以及一条第二分支连接设置。
39.第一分支包括连接设置在定平台512与动平台51之间的第一移动副、第一虎克铰54、第一连杆55以及动平台转动副56，第一移动副通过第一虎克铰54连接设置第一连杆55的一端，第一连杆55的另一端上固定设置动平台转动副56。第一虎克铰54的第一转动轴线与第一移动副轴线相平行；第一虎克铰54与第一连杆55连接的第二转动轴线与第一移动副轴线垂直，且平行于动平台转动副56轴线。
40.第二分支包括连接设置在定平台512与动平台51之间的第二移动副、滑块转动副59、第二连杆510以及第二虎克铰511。第二移动副通过滑块转动副59连接设置第二连杆510的一端，第二连杆510的另一端上固定设置第二虎克铰511。第二虎克铰511与第二连杆510连接的第一转动轴线平行于滑块转动副59轴线，且垂直于第二移动副轴线；第二虎克铰511的第二转动轴线与动平台51相连。
41.两条第一分支对称设置于一条第二分支。两个第一分支中，第一虎克铰54的第一转动轴线重合，且平行于第二分支中的滑块转动副59轴线。两个第一分支中，动平台转动副
56轴线平行于第二分支中第二虎克铰511的第二转动轴线。
42.第一移动副包括第一移动副导轨52以及第一移动副滑块53，第一移动副导轨52连接设置定平台512，第一移动副滑块53连接设置第一虎克铰54，且第一移动副滑块53滑动设置在第一移动副导轨52上。
43.第二移动副包括第二移动副导轨57以及第二移动副滑块58，第二移动副导轨57连接设置定平台512，第二移动副滑块58连接设置滑块转动副59，且第二移动副滑块58滑动设置在第二移动副导轨57上。第一移动副导轨52与第二移动副导轨57共面设置，且三分支中的第一移动副和第二移动副沿着各自导轨方向运动。
44.工作原理
45.辅助主动分支中，辅助第一转动副42为驱动副。通过驱动电机使辅助主动杆件43发生转动运动，并结合辅助被动杆件45使辅助移动滑块47发生移动，进而实现两个两转一移并联机器人5间的相对移动，实现小范围相对定位。
46.三个分支中，第一移动副与第二移动副为驱动副；第一移动副与第二移动副的驱动机构均为电机带动的滚珠丝杠机构。当驱动副运动时，两个两转一移并联机器人5作两转动一移动三自由度运动，使得两个主轴加工头6上的刀具轴线沿着大型航空薄壁件7上各自待加工区域的法线方向实现小范围精准钻削。
47.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
48.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。