零部件智能柔性吊挂机械手的制作方法与工艺

本发明适用于飞机前翼、中机身、前中机身、中央翼及后机身、垂尾、外翼、发动机短舱等中大型零部件吊装、运输、对合等任务，也可用于大型物流中心里物品的吊装运输。

背景技术：
我国航空工业生产链中，由于工艺需要，往往要采用吊车对各种零部件进行吊装，转运，对合等动作。目前的工艺模式是使用专用吊挂，一件产品配备一套相应的专用吊挂。吊具的设计和制造需要占用较长时间，对于结构，形状，重量，姿态各不相同的大量零、部件，往往需要为之配备大量的专用吊挂，用以完成各自的动作，会延长新机型的生产周期。吊挂种类繁多，功能各异，也给使用单位的存放，维护与管理带来了诸多不便。同时每一个新项目，新机型的设计都伴随着大量专用吊具的重新设计制造，随之旧型号的改性，停产，同样也伴随着大量专用吊具的改造与报废。造成大量人力、物力、财力的浪费。目前，将智能柔性吊挂机械手技术应用于各种型号飞机的装配过程，在国内尚无应用。

技术实现要素：
为了解决上述存在技术问题，本发明提供一种零部件智能柔性吊挂机械手，该产品利用智能柔性定位技术，可以代替各种重量，起吊范围的传统吊具，可以节约重新设计，校核，制造专用吊具的时间，可以缩短工装的准备周期，节约存放占地，提高生产效率。本发明的目的是通过下述技术方案实现的：零部件智能柔性吊挂机械手，其特征在于：包括主体框架、质心调节机构，支臂调节机构和电气控制系统；所述的主体框架包括井字形槽钢框架Ⅰ、井字形槽钢框架Ⅱ和槽钢框架Ⅲ，设井字形槽钢框架Ⅰ的横向为X轴方向，纵向为Y轴方向，垂直于XY轴所在平面，竖直方向为Z轴方向；在井字形槽钢框架Ⅰ内，沿Y轴方向平行设置井字形槽钢框架Ⅱ，井字形槽钢框架Ⅱ作为质心调节机构的底座，槽钢框架Ⅲ安装在质心调节机构的底座之上；所述的质心调节机构包括长吊环，直线导轨Ⅰ，直流电动推杆Ⅰ，吊耳，平移机构、直线导轨Ⅱ，直流电动推杆Ⅱ；长吊环及其下方的直流电动推杆Ⅰ与平移机构通过柔性支架连接，并以柔性支架为圆心，在XZ平面内小角度摆动；所述的直流电动推杆Ⅰ上安装有直线传感器，吊耳安装在平移机构上，通过平移机构控制吊耳沿槽钢框架Ⅲ上的直线导轨Ⅰ移动；在井字形槽钢框架Ⅱ底部沿X轴方向设置2个平行的直线导轨Ⅱ，质心调节机构与直流电动推杆Ⅱ相连，由直流电动推杆Ⅱ控制质心调节机构沿直线导轨Ⅱ移动；在XY轴移动的直线导轨旁边装有光栅尺，相应滑块配装有光栅尺读头，构成绝对位置反馈系统，提供实时XY轴的位置；所述的平移机构是固定在直线导轨Ⅰ上的滑块机构，可以形成X轴和Y轴方向的移动；其中X轴移动是由X轴伺服电机驱动直流电动推杆Ⅱ在直线导轨Ⅱ上移动；Y轴移动是由Y轴伺服电机驱动涡轮丝杆升降机在直线导轨Ⅰ上移动；所述的支臂调节机构包括均匀安装在井字形槽钢框架Ⅰ四角的4个直线导轨Ⅲ，在每个直线导轨Ⅲ周围分别安装拉绳式位移传感器、直流电动推杆Ⅲ和滑块，通过滑块带动吊钩运动；所述的电气控制系统是以PLC为控制核心，控制质心调节机构和支臂调节机构的动作；电气控制系统元器件具体包括：控制柜、直流电源及其管理系统，安装在井字形槽钢框架Ⅰ一侧的X轴伺服电机，安装在直线导轨Ⅰ端部的Y轴伺服电机；安装在直流电动推杆Ⅰ上的Z轴伺服电机，安装在每个直流电动推杆Ⅲ端部的吊点电机，设置在井字形槽钢框架Ⅰ斜撑上的倾角传感器，设置在直流电动推杆Ⅱ上的X轴限位开关，设置在直线导轨Ⅰ上的Y轴限位开关，直流电动推杆Ⅰ上自带的Z轴限位开关和设置在直流电动推杆Ⅲ的吊点限位开关。所述的直流电动推杆Ⅲ的行程为400mm；直线导轨Ⅱ的长度为1150mm，直流电动推杆Ⅱ行程为600mm。所述的质心调节机构的质心偏差调节范围为600×600mm。当倾角传感器的水平方向倾角达到3°时，或者直流电动推杆Ⅰ上升到限制高度时，直流电动推杆Ⅰ停止上升，开始水平方向的调整；水平方向倾角小于3°时，直流电动推杆Ⅰ继续上升，水平方向循环调整，直至调平。在井字形槽钢框架Ⅰ的下方均布了4个活动脚轮。本发明的工作原理：本发明主要有4个部分组成，分别是主体框架，质心调节机构，支臂调节机构和电气控制系统组成，可起吊的最大吨位为2吨，智能柔性吊挂与飞机零部件的吊点连接，整套吊挂的动力系统采用锂电池内部供电，操作人员手持无线电遥控开关，选择采用手动起吊或者自动起吊，首先根据部件选择型号（相应参数事先载入），利用支臂调节机构，在“自动模式”下点按“吊点到位”按钮，可使吊点按型号要求自动到位；自动起吊时，则根据起吊部件的重心和柔性吊挂的重心不一致，导致吊挂在X、Y轴方向上产生倾角，倾角传感器将数据传送给电气控制系统进行处理并判断，电气控制系统控制质心调节机构开始自动寻找重心，使起吊部件在空中的姿态达到平衡，调整结束后，按下遥控器按键锁定，开始移动起吊部件。本发明在以井字梁为主体框架的结构上，配以质心调节机构、支臂调节机构等，采用触摸屏或是上位机为管理系统，PLC或控制器为控制系统，倾角传感器、光栅尺、拉绳式位移传感器等传感器为检测手段，电机为重心自动调整等动作传递机械能，锂电池为动力供电系统，保证起吊件达到相应姿态，起吊点位置满足相应产品吊装点分布的要求，在实际应用过程中减少人力和物理的浪费，节约成本，保证人员安全。附图说明图1是零部件智能柔性吊挂机械手的结构示意图。图2是质心调节机构的结构示意图。图3是图2的俯视图。图4是主体框架及支臂调节机构的结构示意图。图5是图4的俯视图。图6是图5的A向视图。图7是电气控制系统的布局图。图8是本发明工作流程图。具体实施方式本发明的应用背景介绍：（1）飞机翼面类部件产品结构特点：飞机翼面类不见吊装时要求吊绳竖直，不能有较大倾角，利用翼面上4个吊挂点，实现外翼水平吊装运输，产品最下端距离地面至少1.6米。（2）飞机机身类部件产品结构特点将吊挂的接头与机身类部件产品的吊挂点相连接，将机身类部件产品竖直吊起，起吊高度约1.8米。针对上述特点，并结合实际装备工艺，设计的飞机零部件智能柔性吊挂机械手结构如图1所示，包括主体框架1、质心调节机构2，支臂调节机构3和电气控制系统4。其中，主体框架1如图4所示，包括井字形槽钢框架Ⅰ11、井字形槽钢框架Ⅱ12和槽钢框架Ⅲ13，设井字形槽钢框架Ⅰ11的横向为X轴方向，纵向为Y轴方向，垂直于XY轴所在平面，竖直方向为Z轴方向；井字形槽钢框架Ⅰ11的尺寸为3000mm×2900mm，在井字形槽钢框架Ⅰ11内，沿Y轴方向平行设置井字形槽钢框架Ⅱ12，井字形槽钢框架Ⅱ12作为质心调节机构2的底座，槽钢框架Ⅲ13安装在质心调节机构2的底座之上，在井字形槽钢框架Ⅰ11的下方均布了4个活动脚轮14。质心调节机构2如图2所示，包括长吊环21，直线导轨Ⅰ22，直流电动推杆Ⅰ23，吊耳24，平移机构、直线导轨Ⅱ25，和直流电动推杆Ⅱ26；使用时，将本发明零部件智能柔性吊挂机械手通过长吊环21悬挂在天吊下方，长吊环21及其下方的直流电动推杆Ⅰ23与平移机构通过柔性支架28连接，并以柔性支架28为圆心，在XZ平面内小角度摆动；所述的直流电动推杆Ⅰ23上安装有直线传感器，吊耳24安装在平移机构上，通过平移机构控制吊耳24沿槽钢框架Ⅲ13上的直线导轨Ⅰ22移动；在井字形槽钢框架Ⅱ12底部沿X轴方向设置2个平行的直线导轨Ⅱ25，质心调节机构2与直流电动推杆Ⅱ26相连，由直流电动推杆Ⅱ26控制质心调节机构2沿直线导轨Ⅱ25移动；其中直线导轨Ⅱ25的长度为1150mm，直流电动推杆Ⅱ26行程为600mm。在XY轴移动的直线导轨旁边装有光栅尺，相应滑块配装有光栅尺读头，构成绝对位置反馈系统，提供实时XY轴的位置。质心调节机构2的平移机构是固定在直线导轨Ⅰ22上的滑块机构，如图3所示，可以形成X轴和Y轴方向的移动；其中X轴移动是由X轴伺服电机43驱动直流电动推杆Ⅱ26在直线导轨Ⅱ25上移动；Y轴移动是由Y轴伺服电机44驱动涡轮丝杆升降机27在直线导轨Ⅰ22上移动。质心调节机构2具有Z向自动起吊功能，Z向起吊过程平稳，质心偏差调整范围为600×600mm。Z向起吊过程中设置拉力传感器，产品超重或与工装干涉时，数据异常报警，停止起吊。支臂调节机构3结构如图4、5、6所示，包括均匀安装在井字形槽钢框架Ⅰ11四角的4个直线导轨Ⅲ31，在每个直线导轨Ⅲ31周围分别安装拉绳式位移传感器34、直流电动推杆Ⅲ32和滑块，通过滑块带动吊钩33运动；其中，直流电动推杆Ⅲ32的行程为400mm。电气控制系统4是以PLC为控制核心，控制安装在质心调节机构2，支臂调节机构3动作，并结合微型HMI与无线遥控器，西门子TD400、伺服电机技术对零部件智能柔性吊挂机械手进行控制，被控制的对象包括：直流电动推杆上的拉绳式位移传感器，各吊点限位开关及XY轴限位开关。电气元件在飞机智能柔性吊挂上的布置图如图7所示，具体包括：控制柜41，直流电源及其管理系统42，在控制柜41上设有显示器52（可带触屏功能）、手动急停按钮53，安装在井字形槽钢框架Ⅰ11一侧的X轴伺服电机43及遥控器接收器54，安装在直线导轨Ⅰ22端部的Y轴伺服电机44，安装在直流电动推杆Ⅰ23上的Z轴伺服电机45，安装在每个直流电动推杆Ⅲ32端部的吊点电机46，设置在井字形槽钢框架Ⅰ11的斜撑上的倾角传感器47，设置在直流电动推杆Ⅱ26上的X轴限位开关48，设置在直线导轨Ⅰ22上的Y轴限位开关49，直流电动推杆Ⅰ23上自带的Z轴限位开关50，设置在直流电动推杆Ⅲ32的吊点限位开关51。在井字形槽钢框架Ⅰ11两侧侧壁上安装有壁挂式组合指示灯55。考虑到设备的安全性和自动化设备的风险性，电气控制系统采用具备余电显示功能的大型锂电池系统供电。而且电气控制系统还具备了报警和错误代码提示。本发明的工作流程：飞机柔性吊挂的工作过程主要包括：准备工作，起吊动作的选择，手动操作X、Y、Z三轴和4个吊点动作，自动操作吊点到位和系统自动找重心等多个工序。工作流程如图8所示：（1）起吊前的准备工作：包括查看柔性智能吊挂及遥控器电池余电是否充足，检查各接头有无松动，检查机械位置是否安全，检查有无报警状态，同时确定柔性智能吊挂处于自己系统的重心位置，并且确认起吊零部件（同时把相应参数输入管理系统）等。（2）起吊方式的选择：首先选择自动模式，操作吊点到位按钮，吊点自动到位，然后挂上吊带，用吊车把吊挂运输到位，处于合适高度，并将飞机零部件的吊点与智能柔性吊挂的吊点相连接；最后升起吊车使吊带略微涨紧，并根据实际情况选择采用手动起吊还是自动起吊。（3）手动起吊，选择手动起吊后，通过无线控制器面板上的按钮控制X轴正、反向双速移动，Y轴正、反向双速移动，Z轴正反向双速移动以及四个吊点的微移动，手动调节吊挂直至达到平衡状态（传感器会给出判断并发出信号示意）。（4）自动起吊：选择自动起吊后，通过无线控制器面板上的按钮选择自动启动。自动起吊包括吊点自动到位操作和系统自动找重心操作，智能柔性吊挂Z轴开始缓慢向上移动，吊点自动到位直至连续零部件的吊绳竖直绷紧为止。移动过程中，由于零部件的重心与起吊重心不一致，远离零部件重心的一端开始离开托架，产生一个倾斜角度，这里利用吊具上的倾角传感器实时监测倾角值，并把数据传给控制中心做以处理，得出倾斜角度A，当倾角传感器47的水平方向倾角达到3°时，或者直流电动推杆Ⅰ23上升到一定高度（暂定320mm）时，直流电动推杆Ⅰ23停止上升，开始水平方向的调整；水平方向倾角小于3°时，直流电动推杆Ⅰ23继续上升，水平方向循环调整，直至调平（这里定义平衡为XY轴的倾角值一段时间内同时小于B值，即为平衡，是一种相对平衡）。此时柔性吊挂的重心和起吊零部件的重心在一条直线上，达到飞机零部件在空中的平衡状态。（5）零部件移动：采用手动起吊或者自动起吊方式调整结束后，按下遥控器按键锁定，开始通过智能柔性吊挂移动零部件。（6）动作结束：起吊零部件所有移动动作完成后，从吊挂上卸下，按下遥控上回零位按键，待吊挂X、Y回到零位后，吊车移走吊挂。