一種基於工業機器人的飛機系統件安裝方法及裝置的製作方法

2023-10-18 15:36:49 1

專利名稱：一種基於工業機器人的飛機系統件安裝方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種基於工業機器人的飛機系統件安裝方法及裝置。
背景技術：
飛機裝配過程複雜，勞動量大。目前，世界上航空業發達國家的飛機裝配技術已從簡單機械化、自動化裝配轉向數位化、柔性化裝配，柔性裝配是飛機裝配技術的重要發展方向。工業機器人由於其高度的柔性、較小的安裝空間需求和可編程控制等特點已逐漸擴大其在飛機柔性裝配系統中的應用，比如對鋁合金零部件進行對接處局部輕切削加工、裝配過程中的取件與定位等輔助裝配工作。
工業機器人應用於飛機裝配領域具有成本低、自動化程度高、柔性好、安裝空間小等優點，能方便地實現工具頭在空間的各種位姿(位置和姿態)，可以滿足自由曲面法向鑽孔等複雜作業要求，而且利用工業機器人還可以完成多項不同的作業任務，比如取件、定位和鑽鉚加工等。
基於工業機器人的飛機裝配自動鑽鉚技術備受關注，美國專利
US6，505，393B2公開了一種應用於飛機機身鉚接的裝置和方法，提出使用工業機器人進行飛機裝配輔助鉚接。文獻"Robot assists in airplane drilling and fastening"(Rosier Dan， Robotics World, 1985,3(5): p.24-26)， "Human-robot interaction in anaircraft wing drilling system" (Ching-torng Lin, Mao-jiun Wang, InternationalJournal of Industrial Ergonomics, 1999: p.83-94)， "Automatic riveting cell forcommercial aircraft floor grid assembly" (Roche Nigel R.， Aerospace Engineering(Warrendale, Pennsylvania), 1995,15(1): p.7-10)等都報導了基於工業機器人的飛機裝配技術，但主要集中在自動鑽孔、鉚接等作業環節。
然而，現有技術的工業機器人作業系統往往任務單一或較少。飛機大部件調姿對合裝配工藝過程複雜，勞動量大，如何增加工業機器人作業系統的功能使其取代工人完成更多的任務是改進產品質量、提高生產效率、降低成本和勞動強度的一個關鍵問題。

發明內容
本發明的目的是針對上述飛機裝配中的問題，提供--種基於工業機器人的飛機系統件安裝方法及裝置。
基於工業機器人的飛機系統件安裝方法採用工業機器人通過工具快換器自動抓取和更換系統件模板，並根據雷射跟蹤儀校準的作業路徑和目標位姿進行系統件安裝模板的自動定位。
基於工業機器人的飛機系統件安裝裝置包括工業機器人、工具快換器、系統件庫、系統件模板。
所述的工業機器人為六軸關節型串聯機器人。
系統件庫內設有多個隔間，隔間內按編碼懸掛有系統件模板。系統件模板通過快速連接的接口與工具快換器相連接。工具快換器由機器
人端和工具端兩部分組成，由氣動控制兩部分的連接與分離完成系統件模板的
自動抓取。
基於工業機器人的飛機系統件安裝方法包括如下步驟
1) 將工具快換器的機器人端依次裝於工業機器人的末端法蘭；將工具快換
器的工具端和系統件模板相連接，並置於系統件庫內事先設定的擺放位置。
2) 工業機器人按照系統件模板抓取示教程序，從Home位姿(根據安全作業位置及作業範圍設定)出發，運動到統件模板抓取位姿，由氣動控制工具快換器的機器人端和工具端進行連接，自動抓取統件模板，並回到Home位姿。
3) 工業機器人按照離線編程生成的初始作業運動軌跡，從Home位姿出發，運動到系統件安裝作業位姿，進行預定位，由雷射跟蹤儀對機器人末端的位姿進行檢測，並根據檢測結果對機器人的位姿進行校正，以生成最終的機器人系統件安裝作業運動軌跡。
4) 工業機器人回到Home位姿，運行經過位姿校正的作業程序，將系統件模板定位到機身的相應位置，進行系統件的輔助安裝。
5) 系統件安裝完成之後，工業機器人回到Home位姿，控制機器人移動平臺移動到下一個站位，進行下一個系統件安裝的作業任務。
採用工業機器人實現飛機裝配中系統件取件、定位等輔助裝配作業任務，提高了生產效率、降低了成本和勞動強度。


圖1為基於工業機器人的飛機系統件安裝裝置的構成圖；圖2為本發明實施例的一個組成部分系統件庫；圖3為為本發明實施例的一個組成部分工具快換器的結構圖；圖4為依據本發明實施方式的基於工業機器人的飛機系統件安裝的一個實施例；
圖中工業機器人l、工具快換器2、系統件庫3、系統件模板4、工具快換器機器人端5、工具快換器工具端6、機身7、機器人移動平臺8。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明的具體實施進行詳細說明。
如圖1所示，基於工業機器人的飛機系統件安裝裝置包括工業機器人1、工具快換器2、系統件庫3、系統件模板4。
基於工業機器人的飛機系統件安裝方法採用工業機器人1通過工具快換器2自動抓取和更換系統件模板4，並根據雷射跟蹤儀校準的作業路徑和目標位姿進行系統件安裝模板4的自動定位。
工業機器人1為ABB IRB6640型六軸機器人。
進行實際的飛機系統件輔助安裝作業任務前，機器人控制點TCP的初始運動軌跡，根據理論位置由離線編程系統生成，經雷射跟蹤儀進行位姿校正後得到最終的作業運動軌跡。位姿校正時，機器人1進行預定位，機器人控制系統與雷射跟蹤儀建立閉環，由跟蹤儀檢測機器人1是否到達作業位姿。當機器人1按離線編程示教程序運動到指定位置時，雷射跟蹤儀對其位姿進行監測，如果位姿偏差大於指定容差，機器人1按照跟蹤儀反饋數據進行補償並生成最終的機器人系統件輔助作業任務TCP運動軌跡，以保證機器人系統件輔助安裝時達到正確的作業位姿。
進行實際的飛機系統件輔助安裝作業任務時，根據校正的作業程序，工業機器人l從原始點(Home)位姿(根據安全作業位置及作業範圍設定)出發，運動到系統件模板4抓取位姿，由工具快換器2實現自動抓取系統件模板4，並回到Home位姿，然後機器人l從Home位姿出發，運動到規定的作業位姿完成飛機系統件輔助安裝作業任務。
圖2示出的為本發明實施例的一個組成部分系統件庫。系統件庫3內設有多個隔間，隔間內按編碼懸掛有系統件模板4。系統件模板4分別通過快速連接的接口與工具快換器2相連接。
6圖3示出的為本發明實施例的一個組成部分工具快換器的結構圖。工具快
換器2由機器人端5和工具端6兩部分組成，由氣動控制兩部分的連接與分離完成系統件模板4的自動抓取和更換。
工具快換器工具端6始終與系統件模板4相連，每個系統件模板4均通過法蘭與一個工具快換器工具端6連接，並按編碼懸掛於系統件庫3中。當作業任務改變時，由機器人1通過工具快換器2自動更換系統件模板4。工具快換器2帶有一套可靠自鎖裝置和自動對接裝置，能承受一定的重量，並且能夠自動接通電信號和壓縮空氣等。
圖4示出的為依據本發明實施方式的基於工業機器人的飛機系統件安裝的一個實施例，可移動式工業機器人1在零位時面向飛機機身7，系統件庫3則位於機器人1後側。安裝方法包括如下步驟
1) 將工具快換器2的機器人端5依次裝於工業機器人1的末端法蘭；將工具快換器2的工具端6和系統件模板4相連接，並置於系統件庫3內事先設定的擺放位置。
2) 工業機器人1按照系統件模板4抓取示教程序，從Home位姿(根據安全作業位置及作業範圍設定)出發，運動到統件模板4抓取位姿，由氣動控制工具快換器2的機器人端5和工具端6進行連接，自動抓取統件模板4，並回到Home位姿。
3) 工業機器人1按照離線編程生成的初始作業運動軌跡，從Home位姿出發，運動到系統件安裝作業位姿，進行預定位，由雷射跟蹤儀對機器人1末端的位姿進行檢測，並根據檢測結果對機器人1的位姿進行校正，以生成最終的機器人系統件安裝作業運動軌跡。
4) 工業機器人l回到Home位姿，運行經過位姿校正的作業程序，將系統件模板4定位到機身7的相應位置，進行系統件的輔助安裝。
5) 系統件安裝完成之後，工業機器人l回到Home位姿，控制機器人移動平臺8移動到下一個站位，進行下一個系統件安裝的作業任務。
在本實施案例中，基於工業機器人的飛機系統件安裝方法及裝置，被集成應用於飛機自動化、柔性化裝配生產線中，主要完成系統件取件、定位等輔助裝配作業任務。
權利要求
1. 一種基於工業機器人的飛機系統件安裝方法，其特徵在於採用工業機器人(1)通過工具快換器(2)自動抓取和更換系統件模板(4)，並根據雷射跟蹤儀校準的作業路徑和目標位姿進行系統件安裝模板(4)的自動定位。
2. —種使用如權利要求1所述方法的基於工業機器人的飛機系統件安裝裝 置，其特徵在於包括工業機器人(1)、工具快換器(2)、系統件庫(3)、系統 件模板(4)。
3. 根據權利要求2所述的一種基於工業機器人的飛機系統件安裝裝置，其 特徵在於所述的工業機器人(1)為六軸關節型串聯機器人。
4. 根據權利要求2所述的一種基於工業機器人的飛機系統件安裝裝置，其 特徵在於所述的系統件庫(3)內設有多個隔間，隔間內按編碼懸掛有系統件模 板(4)。
5. 根據權利要求2所述的一種基於工業機器人的飛機系統件安裝裝置，其 特徵在於所述的系統件模板(4)通過快速連接的接口與工具快換器(2)相連 接。工具快換器(2)由機器人端(5)和工具端(6)兩部分組成，由氣動控制 兩部分的連接與分離完成系統件模板(4)的自動抓取。
6. 根據權利要求1所述的的一種基於工業機器人的飛機系統件安裝方法， 其特徵在於包括如下步驟1) 將工具快換器(2)的機器人端(5)依次裝於工業機器人(1)的末端 法蘭；將工具快換器(2)的工具端(6)和系統件模板(4)相連接，並置於系 統件庫(3)內事先設定的擺放位置。2) 工業機器人(1)按照系統件模板(4)抓取示教程序，從Home位姿(根 據安全作業位置及作業範圍設定)出發，運動到統件模板(4)抓取位姿，由氣 動控制工具快換器(2)的機器人端(5)和工具端(6)進行連接，自動抓取統 件模板(4)，並回到Home位姿。3) 工業機器人(1)按照離線編程生成的初始作業運動軌跡，從Home位 姿出發，運動到系統件安裝作業位姿，進行預定位，由雷射跟蹤儀對機器人(1) 末端的位姿進行檢測，並根據檢測結果對機器人(1)的位姿進行校正，以生成 最終的機器人系統件安裝作業運動軌跡。4) 工業機器人(1)回到Home位姿，運行經過位姿校正的作業程序，將 系統件模板(4)定位到機身(7)的相應位置，進行系統件的輔助安裝。5)系統件安裝完成之後，工業機器人(1)回到Home位姿，控制機器人 移動平臺(8)移動到下一個站位，進行下一個系統件安裝的作業任務。
全文摘要
本發明公開了一種基於工業機器人的飛機系統件安裝方法及裝置。該方法採用工業機器人通過工具快換裝置自動抓取和更換系統件模板，並根據雷射跟蹤儀校準的作業路徑和目標位姿進行系統件安裝模板的自動定位，從而實現飛機裝配中系統件取件、定位等輔助裝配作業任務。飛機系統件安裝裝置包括工業機器人、工具快換器、系統件庫、系統件模板。可移動式工業機器人在零位時面向飛機機身，系統件庫則位於機器人後側。系統件庫內設有多個隔間，隔間內按編碼懸掛有系統件模板。系統件通過快速連接的接口與工具快換器相連接。工具快換器由機器人端和工具端兩部分組成，由氣動控制兩部分的連接與分離完成系統件模板的自動抓取。
文檔編號B64F5/00GK101462595SQ200910058080
公開日2009年6月24日 申請日期2009年1月9日 優先權日2009年1月9日
發明者勇 劉, 張洪雙, 躍 黃 申請人:成都飛機工業(集團)有限責任公司