CN111634442B - 一种用于飞机装配质量检测的悬挂式机器人结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于飞机装配质量检测的悬挂式机器人结构，由路程测量装置、导向机构、驱动机构、控制模块和云台组成。驱动机构通过型材角件安装在云台上；控制模块位于云台上方，并通过铝型材角码与前、后驱动机构连接；导向机构固定在驱动机构的中间，其上部固定有两个滑块可沿驱动机构内侧的滑轨滑动，导向机构下部通过型材角件与驱动机构连接；路程测量装置安装在机器人后侧驱动机构的上方；机器人结构紧凑，可在绳索上以较快的速度移动。且可调高度的导向机构具有夹紧绳索的功能，减少机器人在绳索上的滑动与晃动，机器人可高效率执行较大空间中的检测任务，相机可从不同角度观测获取待检测部位图像，并提高检测准确率。

Description

一种用于飞机装配质量检测的悬挂式机器人结构
技术领域
本发明涉及飞机装配质量自动检测技术领域，具体地说，涉及一种用于飞机装配质量自动检测的悬挂式机器人结构。
背景技术
在航空航天领域，飞机各部件的装配是产品总装的关键工序，也是产品生命周期的一个重要环节，产品的可装配性和装配质量直接影响着产品的开发成本和使用性能。同时，产品装配通常占用的手工劳动量大、费用高且属于产品研制的后端，提高装配过程生产率和可靠性所带来的经济效益远比简单的降低零件生产成本所带来的经济效益更加显著。而在真实的装配过程中，由于装配工人的素质、技术水平和注意力等问题，可能导致在装配过程中出现一些难以发现的错误。因此为保证装配质量，实现飞机装配质量的自动检测在飞机装配领域中显得尤为重要。
在现有技术中，发明专利CN102866201A以蒙皮吸附式爬行机器人的方式实现了对飞机蒙皮质量的监测，但吸附式爬行的运动方式不适用于存在框、肋等障碍物的机舱内表面；且其运动速度慢，控制难度较大。发明专利CN107576503A以固定机械臂为手段实现了对航空发动机高精度装配质量的检测，但对飞机装配检测而言，机器人需要从不同角度获取待检测部位的图像，机械臂有限的运动空间使其并不适合大尺寸范围下的飞机装配质量检测工作。发明专利CN109244934A公开了一种地线悬挂巡检机器人结构，该机器人通过三只与箱体相连的可伸缩手臂及可开合的驱动机构实现了机器人在地线上的运动及越障。但对于飞机装配质量检测来说，越障的机构是不必要的，且三条手臂会遮挡放置在箱体上的摄像头的部分视野，导致其可能存在无法检测区域。
在航空航天领域，飞机各部件的装配是产品总装的关键工序，也是产品生命周期的一个重要环节，产品的可装配性和装配质量直接影响着产品的开发成本和使用性能。同时，产品装配通常占用的手工劳动量大、费用高且属于产品研制的后端，提高装配过程生产率和可靠性所带来的经济效益远比简单的降低零件生产成本所带来的经济效益更加显著。而在真实的装配过程中，由于装配工人的素质、技术水平和注意力等问题，可能导致在装配过程中出现一些难以发现的错误。因此为保证装配质量，实现飞机装配质量的自动检测在飞机装配领域中显得尤为重要。
在发明专利CN102866201A以蒙皮吸附式爬行机器人的方式实现了对飞机蒙皮质量的监测，但吸附式爬行的运动方式不适用于存在框、肋等障碍物的机舱内表面；且其运动速度慢，控制难度较大。发明专利CN107576503A以固定机械臂为手段实现了对航空发动机高精度装配质量的检测，但对飞机装配检测而言，机器人需要从不同角度获取待检测部位的图像，机械臂有限的运动空间使其并不适合大尺寸范围下的飞机装配质量检测工作。发明专利CN109244934A公开了一种地线悬挂巡检机器人结构，该机器人通过三只与箱体相连的可伸缩手臂及可开合的驱动机构实现了机器人在地线上的运动及越障。但对于飞机装配质量检测来说，越障的机构是不必要的，且三条手臂会遮挡放置在箱体上的摄像头的部分视野，导致其可能存在无法检测区域。
发明内容
为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种用于飞机装配质量检测的悬挂式机器人结构。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括驱动机构、导向机构、云台、控制模块和路程测量装置；驱动机构通过型材角件安装在云台上；控制模块位于云台上部，并通过铝型材角件与前、后驱动机构连接；导向机构安装在驱动机构的中间，导向机构上方固定有两个滑块，可沿驱动机构内侧的滑轨滑动，导向机构下部通过型材角件与驱动机构连接；路程测量装置安装在机器人后侧驱动机构的上方，其特征在于所述驱动机构包括铝型材角件、同步轮、同步带、电机支架、减速电机、滑轨、聚氨酯轮、轴承座和钢轴，所述驱动机构上部固定有轴承座，两个轴承座上通过钢轴安装有聚氨酯轮，同步轮固定在钢轴的端部；滑轨位于驱动机构中部两侧；减速电机通过电机支架安装在驱动机构下部，减速电机输出轴与钢轴端部的同步轮通过同步带将扭矩传输至钢轴上；
所述导向机构包括导向轮、滑块、支座底板、固定板角码、导向机构固定板、手柄、螺母压紧件和滚针轴承，所述支座底板位于导向机构固定板上方，两个导向轮同向固定支座底板上部，两个滑块固定在支座底板两侧，滑块可沿驱动机构上的滑轨滑动；导向机构固定板位于支座底板下方，导向机构固定板与驱动机构通过固定板角码连接，导向机构固定板中间部位有六边形孔，螺母压紧件将六角螺母压紧在六边形孔中，手柄与螺母压紧件螺旋配合，手柄杆上端通过滚针轴承与支座底板相连，转动手柄可调节导向轮的高度；
所述云台与驱动机构通过铝型材角件相连接；所述云台包括云台安装板、铝型材、铝型材角件、俯仰舵机、转向舵机和相机摇臂，控制相机的转向舵机安装在云台安装板上，相机摇臂与转向舵机的舵盘连接，相机摇臂末端安装有控制相机的俯仰舵机，俯仰舵机的舵盘与相机连接；
所述路程测量装置包括立式轴承座、编码器支架、拉紧弹簧、编码器和编码器轮，所述路程测量装置通过立式轴承座固定在驱动机构上，编码器支架位于立式轴承座，编码器支架与编码器通过拉紧弹簧连接，编码器支架上的拉紧弹簧使编码器轮压紧在绳索上，保证路程测量装置准确。
所述控制模块包括安装板、控制板、降压板、电池和安装板角码，所述控制模块通过安装板角码与驱动机构连接，电池固定在安装板上，控制板和降压板通过六角塑料柱和塑料螺钉与安装板连接。
所述手柄用于调节导向轮的高度，手柄为工程塑料压制成型。
有益效果
本发明提出的一种用于飞机装配质量检测的悬挂式机器人结构，由路程测量装置、导向机构、驱动机构、云台、控制模块组成；驱动机构通过型材角件安装在云台上；控制模块位于云台上方与驱动机构安装连接；导向机构安装在驱动机构的中间，其上方固定有两个滑块可沿安装在内侧的滑轨滑动，驱动机构下方通过型材角码与驱动模块连接；路程测量装置安装在机器人后侧驱动机构的上方。相机可从不同角度获取待检测部位图像，且可调高度的导向模块具有夹紧绳索的功能，可减少机器人在绳索上的滑动与晃动，整个机器人结构紧凑，可在绳索上以较快的速度移动，机器人可高效率执行检测任务，并且机器人具有更大的载荷。机器人结构支持较大空间中的检测任务，相机可从不同角度观测待检测部位，从而提高检测准确率。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明一种用于飞机装配质量检测的悬挂式机器人结构作进一步详细说明。
图1为本发明用于飞机装配质量检测的悬挂式机器人结构示意图。
图2为本发明的驱动机构示意图。
图3为本发明的导向模块示意图。
图4为本发明的云台示意图。
图5为本发明的控制模块示意图。
图6为本发明的路程测量装置示意图。
图中
1.路程测量装置 2.导向机构 3.驱动机构 4.云台 5.控制模块 6.铝型材角件7.同步轮 8.同步带 9.电机支架 10.减速电机 11.滑轨 12.聚氨酯轮 13.轴承座 14.钢轴 15.导向轮 16.滑块 17.支座底板 18.固定板角码 19.导向机构固定板 20.手柄 21.螺母压紧件 22.滚针轴承 23.型材上角件 24.俯仰舵机 25.铝型材 26.云台安装板 27.相机摇臂 28.转向舵机 29.安装板角码 30.电池 31.安装板 32.控制板 33.降压板 34.立式轴承座 35.编码器支架 36.拉紧弹簧 37.编码器 38.编码器轮
具体实施方式
本实施例是一种用于飞机装配质量检测的悬挂式机器人结构。
参阅图1～图6，本实施例用于飞机装配质量检测的悬挂式机器人结构，由驱动机构3、导向机构2、云台4、控制模块5和路程测量装置1组成；驱动机构3通过通过铝型材角件23安装在云台上；控制模块5位于云台4上部，并通过铝型材角码与前、后两驱动机构连接；导向机构2安装在驱动机构3的中间，导向机构2上方固定有两个滑块，可沿驱动机构3内侧的滑轨滑动，导向机构2下部通过型材角码与驱动机构3连接；路程测量装置1安装在机器人后侧驱动机构3的上方。其中，驱动机构3包括铝型材角件6、同步轮7、同步带8、电机支架9、减速电机10、滑轨11、聚氨酯轮12、轴承座13和钢轴14，驱动机构3上部固定有轴承座13，两个轴承座13上通过钢轴14安装有聚氨酯轮12，同步轮7固定在钢轴14的端部；滑轨11位于驱动机构3中部两侧；减速电机10通过电机支架9安装在驱动机构3下部，减速电机输出轴与钢轴14端部的同步轮7通过同步带8将扭矩传输至钢轴14上。
本实施例中，驱动机构3由四根长度分别为420mm、100mm、110mm和235mm的2020铝型材通过2020铝型材角件6拼接而成。驱动机构3右侧开有缺口，可以方便将整个机器人结构挂上绳索或从绳索上取下。为了降低重心，减速电机10布置在整体框架的靠下方，减速电机10通过电机支架9与整体框架相连接，减速电机10输出的扭矩通过同步带7和同步轮8传递至上方的钢轴14，钢轴14使用两个轴承座13支承，钢轴14上固定有聚氨酯轮12。减速电机10转动时，带动聚氨酯轮12转动，聚氨酯轮12与绳索之间的摩擦力使整个机器人产生运动。
导向机构2包括导向轮15、滑块16、支座底板17、固定板角码18、导向机构固定板19、手柄20、螺母压紧件21和滚针轴承22，导向机构固定板19通过四个固定板角码18与驱动机构3连接，支座底板17位于导向机构固定板19上方，两个导向轮15同向固定支座底板17上部，两个滑块固定有支座底板17两侧，滑块可沿驱动机构3上的滑轨11滑动；导向机构固定板19位于支座底板17下方，导向机构固定板19与驱动机构3通过固定板角码18连接，导向机构固定板19中间部位有六边形孔，螺母压紧件21将M8六角螺母压紧在六边形孔中，手柄与螺母压紧件21螺旋配合，手柄杆上端通过滚针轴承22与支座底板17相连，转动手柄可调节导向轮的高度；手柄20为梅花形手柄，用于调节导向轮的高度。在转动梅花手柄20时，M8螺母依然保持固定，而梅花手柄由于与M8螺母之间是螺旋配合，将会在上下方向产生位移，梅花手柄上端使用两个M8防松螺母和滚轴轴承22与导向轮支座17连接。在转动梅花手柄时，固定在导向轮支座17上的导向轮15将会向上运动压紧绳索或者向下运动便于从绳索上取下机器人。
云台4与前后两侧的驱动机构3通过铝型材角件23相连接；云台4包括云台安装板26、铝型材25、铝型材角件23、俯仰舵机24、转向舵机28和相机摇臂27，控制相机转向的转向舵机28安装在云台安装板26上，相机摇臂27与转向舵机28的舵盘连接，相机摇臂27末端安装有控制相机俯仰的俯仰舵机24，俯仰舵机24的舵盘与相机连接。
控制模块5包括安装板31、控制板32、降压板33、电池30和安装板角码29，控制模块5通过四个2020铝型材安装板角码29与前后两侧的驱动机构3连接，电池30使用魔术贴固定在安装板31上，控制板32和降压板33通过六角塑料柱和塑料螺钉与安装板31连接。
路程测量装置1包括立式轴承座34、编码器支架35、拉紧弹簧36、编码器37和编码器轮38，路程测量装置1通过立式轴承座34固定在驱动机构3上方，编码器支架35位于立式轴承座34一侧，编码器支架35与编码器37通过拉紧弹簧36连接，编码器支架35上的拉紧弹簧36使编码器轮始终压紧在绳索上；将编码器轮压紧在绳索上保证路程测量装置1准确。
本实施例悬挂式机器人在工作时，首先需要将转动驱动模块的梅花手柄，使导向轮向下运动，然后利用驱动模块的缺口将机器人挂在绳索上，再转动梅花手柄，使导向轮压紧绳索，确保机器人不会从绳索上滑落。机器人结构的相机视野不会被机器人自身结构遮挡，相机可从不同角度获取待检测部位图像，且可调高度的导向模块具有夹紧绳索的功能，可减少机器人在绳索上的滑动与晃动；由于省略了越障机构，使机器人结构紧凑，整体尺寸仅为30×15×50cm。机器人可以在绳索上以较快的速度移动，所以机器人可以以更高的效率执行检测任务，并且机器人具有更大的载荷。机器人结构支持较大空间中的检测任务，且由于机器人可以在绳索上运动，相机可以从不同角度观测待检测部位，从而提高检测准确率。

Claims (3)

1.一种用于飞机装配质量检测的悬挂式机器人结构，包括驱动机构、导向机构、云台、控制模块和路程测量装置；驱动机构通过型材角件安装在云台上；控制模块位于云台上部，并通过铝型材角件与前、后驱动机构连接；导向机构安装在驱动机构的中间，导向机构上方固定有两个滑块，可沿驱动机构内侧的滑轨滑动，导向机构下部通过型材角件与驱动机构连接；路程测量装置安装在机器人后侧驱动机构的上方，其特征在于:所述驱动机构包括铝型材角件、同步轮、同步带、电机支架、减速电机、滑轨、聚氨酯轮、轴承座和钢轴，所述驱动机构上部固定有轴承座，两个轴承座上通过钢轴安装有聚氨酯轮，同步轮固定在钢轴的端部；滑轨位于驱动机构中部两侧；减速电机通过电机支架安装在驱动机构下部，减速电机输出轴与钢轴端部的同步轮通过同步带将扭矩传输至钢轴上；
所述导向机构包括导向轮、滑块、支座底板、固定板角码、导向机构固定板、手柄、螺母压紧件和滚针轴承，所述支座底板位于导向机构固定板上方，两个导向轮同向固定支座底板上部，两个滑块固定在支座底板两侧，滑块可沿驱动机构上的滑轨滑动；导向机构固定板位于支座底板下方，导向机构固定板与驱动机构通过固定板角码连接，导向机构固定板中间部位有六边形孔，螺母压紧件将六角螺母压紧在六边形孔中，手柄与螺母压紧件螺旋配合，手柄杆上端通过滚针轴承与支座底板相连，转动手柄可调节导向轮的高度；
所述云台与驱动机构通过铝型材角件相连接；所述云台包括云台安装板、铝型材、铝型材角件、俯仰舵机、转向舵机和相机摇臂，控制相机的转向舵机安装在云台安装板上，相机摇臂与转向舵机的舵盘连接，相机摇臂末端安装有控制相机的俯仰舵机，俯仰舵机的舵盘与相机连接；
所述路程测量装置包括立式轴承座、编码器支架、拉紧弹簧、编码器和编码器轮，所述路程测量装置通过立式轴承座固定在驱动机构上，编码器支架位于立式轴承座，编码器支架与编码器通过拉紧弹簧连接，编码器支架上的拉紧弹簧使编码器轮压紧在绳索上，保证路程测量装置准确。
2.根据权利要求1所述的用于飞机装配质量检测的悬挂式机器人结构，其特征在于:所述控制模块包括安装板、控制板、降压板、电池和安装板角码，所述控制模块通过安装板角码与驱动机构连接，电池固定在安装板上，控制板和降压板通过六角塑料柱和塑料螺钉与安装板连接。
3.根据权利要求1所述的用于飞机装配质量检测的悬挂式机器人结构，其特征在于:所述手柄用于调节导向轮的高度，手柄为工程塑料压制成型。
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