CN114918455A - 一种航空大部件表面的自动化制孔设备及制孔方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及可移动式自动化制孔领域，具体是一种航空大部件表面的自动化制孔设备及制孔方法，该自动化制孔设备包括机体机柜平台以及协作机器人，还包括：AGV小车底盘、末端执行部件，其具体制孔步骤如下：S1、AGV通过路径导航或手动遥控方式，将设备移动至指定工位；S2、在机体机柜平台触摸屏的操作界面选择编制好的钻孔程序，也可针对需求调整钻孔参数；S3、3D视觉相机和2D视觉相机进行钻孔定位；S4、电主轴和钻孔进给轴进行钻孔；S5、完成钻孔作业后，AGV通过路径导航或手动遥控方式，将设备返回停放处或移动至下一工位；基于人机协作理念设计，使用协作机器人搭载末端执行部件，同时与AGV小车底盘配合，可满足多工位灵活作业的需求。

Description

一种航空大部件表面的自动化制孔设备及制孔方法
技术领域
本发明涉及可移动式自动化制孔领域，具体是一种航空大部件表面的自动化制孔设备及制孔方法。
背景技术
在航空领域修造过程中，无法采用自动化钻床等设备在飞机大部件表面制孔，目前主要为人工手动机上作业，手动制孔的弊端在于效率低、易出错、精度难以保证、质量一致性差，对于直径较大的孔还需要先钻小孔再扩孔，长时间作业易导致人员疲劳，容易引发质量或安全问题。
如中国专利号为201920328010.6的一种可无线充电的移动式机械臂小车中，包括小车本体，AGV底盘，机械臂，工位锁死机构、无线充电模块和远程管理***，其中，AGV底盘上装配有控制器，底盘电机，双目摄像头，超声波传感器，动力电池和4G通信模块等，配合工位地面的配套设施，实现了远程接收作业任务指令，根据作业指令移动平台至新的工位进行作业，并且可24小时无间断工作，但是无法自动找正位置，也不能自动矫正角度，精准度不高。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种航空大部件表面的自动化制孔设备及制孔方法。
一种航空大部件表面的自动化制孔设备，包括用于实现操控及支撑的机体机柜平台以及设置在机体机柜平台上的协作机器人，还包括：
AGV小车底盘，设置在机体机柜平台下端，具备顶升功能，能自动行驶到指定工位后平稳固定在地面上，保证作业时设备的稳定性；
末端执行部件，设置在协作机器人上，能够单轴进给钻孔并自动找正和定位。
所述的AGV小车底盘具有激光SLAM导航和人工遥控的控制功能，表现为创建地图、进行点位编辑、进行路线规划，所述的AGV小车底盘的底端设置有便于与地面平稳贴合的支撑机构。
所述的支撑机构包括能够调平高度的螺栓调节件以及设置在螺栓调节件底部的球头件。
所述的机体机柜平台用于保证AGV小车底盘和协作机器人的机械臂结构连接稳定，所述的机体机柜平台上配有15.6寸触摸屏和电气控制按钮，所述的机体机柜平台上端面设置有便于钻头校准的对零机构。
所述的对零机构包括标定杆、设置在标定杆上当钻孔进给轴上的钻头触碰时就会发出IO信号的接近开关。
所述的协作机器人具有六个***720°关节，重复定位精度±0.05mm。
所述的末端执行部件包括用于单轴钻孔的电主轴、与电主轴连接的钻孔进给轴、设置在电主轴两边用于实现钻孔角度自动校正的激光测距仪、设置在钻孔进给轴末端能识别标识自动找正和定位的3D视觉相机和2D视觉相机。
一种航空大部件表面的自动化制孔设备的制孔方法，其具体步骤如下：
S1、AGV通过路径导航或手动遥控方式，将设备移动至指定工位；
S2、在机体机柜平台触摸屏的操作界面选择编制好的钻孔程序，也可针对需求调整钻孔参数；
S3、3D视觉相机和2D视觉相机进行钻孔定位，3D视觉相机确定作业平面，2D视觉相机采集图像，通过自动算法识别平面和定位标记，协作机器人的机械臂移动找正后，根据工艺参数设定计算出钻孔位置并投影；
S4、电主轴和钻孔进给轴进行钻孔，钻孔过程中激光测距仪测量计算钻头与目标平面角度，对钻头入钻角度进行精确调整，完成一孔作业后由机械臂按规划路径移动至下一孔作业，直至全部钻完；
S5、完成钻孔作业后，AGV通过路径导航或手动遥控方式，将设备返回停放处或移动至下一工位。
所述的步骤S3的定位标记可以是二维码标记版、手绘两个标记成坐标，也可以是直接手绘孔位标记；
其中定位标记的坐标：x0，y0；
其中x方向孔数，即列数：a；
y方向孔数即行数：b；
x方向孔距即列间距：A；
y方向孔距即行间距：B；
钻孔直径：d。
所述的步骤S3的自动算法计算孔位坐标：x0+n1*A，y0+n2*B，其中n1为1～a，n2为1～b；同时通过逻辑判断，进行工艺参数防差错运算：6d≤A≤8d，3d≤B≤4d。
本发明的有益效果是：基于人机协作理念设计，使用协作机器人搭载末端执行部件，实现设备与人员同空间的安全作业，同时与AGV小车底盘配合，可满足多工位灵活作业的需求；集成3D视觉相机、2D视觉相机和激光测距仪，实现钻孔位置和入钻角度的精确定位，欲保护点为整套设备的构型设计、集成方案以及对应的制孔工艺方法，利用3D视觉相机、2D视觉相机和激光测距仪综合使用，实现钻孔定位，通过协作机器人控制电主轴成制孔作业。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明的主视结构示意图；
图2为本发明的侧视结构示意图；
图3为本发明的末端执行部件结构示意图；
图4为本发明的支撑机构结构示意图；
图5为本发明的对零机构结构示意图；
图6为本发明的制孔方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。
如图1至图6所示，一种航空大部件表面的自动化制孔设备，包括用于实现操控及支撑的机体机柜平台1以及设置在机体机柜平台1上的协作机器人2，还包括：
AGV小车底盘3，设置在机体机柜平台1下端，具备顶升功能，能自动行驶到指定工位后平稳固定在地面上，保证作业时设备的稳定性；
末端执行部件4，设置在协作机器人2上，能够单轴进给钻孔并自动找正和定位。
基于人机协作理念设计，使用协作机器人2搭载末端执行部件4，实现设备与人员同空间的安全作业，同时与AGV小车底盘3配合，可满足多工位灵活作业的需求；集成33D视觉相机44、2D视觉相机45和激光测距仪43，实现钻孔位置和入钻角度的精确定位，欲保护点为整套设备的构型设计、集成方案以及对应的制孔工艺方法，利用3D视觉相机44、2D视觉相机45和激光测距仪43综合使用，实现钻孔定位，通过协作机器人2控制电主轴41成制孔作业。
所述的AGV小车底盘3具有激光SLAM导航和人工遥控的控制功能，表现为创建地图、进行点位编辑、进行路线规划，所述的AGV小车底盘3的底端设置有便于与地面平稳贴合的支撑机构。
所述的支撑机构包括能够调平高度的螺栓调节件31以及设置在螺栓调节件31底部的球头件32。
所述的AGV小车底盘3具备顶升功能，能自动行驶到指定工位后平稳固定在地面上，保证作业时设备的稳定性。
所述的机体机柜平台1用于保证AGV小车底盘3和协作机器人2的机械臂结构连接稳定，所述的机体机柜平台1上配有15.6寸触摸屏和电气控制按钮，所述的机体机柜平台1上端面设置有便于钻头校准的对零机构。
所述的对零机构包括标定杆11、设置在标定杆11上当钻孔进给轴42上的钻头触碰时就会发出IO信号的接近开关12。
所述的协作机器人2具有六个***720°关节，重复定位精度±0.05mm，并具备碰撞保护类安全功能，还具备负载力检测、过载安全停止类功能。
所述的末端执行部件4包括用于单轴钻孔的电主轴41、与电主轴41连接的钻孔进给轴42、设置在电主轴41两边用于实现钻孔角度自动校正的激光测距仪43、设置在钻孔进给轴42末端能识别标识自动找正和定位的3D视觉相机44和2D视觉相机45。
所述的电主轴41和钻孔进给轴42能识别标识自动找正和定位。
一种航空大部件表面的自动化制孔设备的制孔方法，其具体步骤如下：
S1、AGV通过路径导航或手动遥控方式，将设备移动至指定工位；
S2、在机体机柜平台1触摸屏的操作界面选择编制好的钻孔程序，也可针对需求调整钻孔参数；
S3、3D视觉相机44和2D视觉相机45进行钻孔定位，3D视觉相机44确定作业平面，2D视觉相机45采集图像，通过自动算法识别平面和定位标记，协作机器人2的机械臂移动找正后，根据工艺参数设定计算出钻孔位置并投影；
S4、电主轴41和钻孔进给轴42进行钻孔，钻孔过程中激光测距仪43测量计算钻头与目标平面角度，对钻头入钻角度进行精确调整，完成一孔作业后由机械臂按规划路径移动至下一孔作业，直至全部钻完；
S5、完成钻孔作业后，AGV通过路径导航或手动遥控方式，将设备返回停放处或移动至下一工位。
所述的步骤S3的定位标记可以是二维码标记版、手绘两个标记成坐标，也可以是直接手绘孔位标记；
其中定位标记的坐标：x0，y0；
其中x方向孔数，即列数：a；
y方向孔数即行数：b；
x方向孔距即列间距：A；
y方向孔距即行间距：B；
钻孔直径：d。
所述的步骤S3的自动算法计算孔位坐标：x0+n1*A，y0+n2*B，其中n1为1～a，n2为1～b；同时通过逻辑判断，进行工艺参数防差错运算：6d≤A≤8d，3d≤B≤4d。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种航空大部件表面的自动化制孔设备，包括用于实现操控及支撑的机体机柜平台(1)以及设置在机体机柜平台(1)上的协作机器人(2)，其特征在于：还包括：
AGV小车底盘(3)，设置在机体机柜平台(1)下端，具备顶升功能，能自动行驶到指定工位后平稳固定在地面上，保证作业时设备的稳定性；
末端执行部件(4)，设置在协作机器人(2)上，能够单轴进给钻孔并自动找正和定位。
2.根据权利要求1所述的一种航空大部件表面的自动化制孔设备，其特征在于：所述的AGV小车底盘(3)具有激光SLAM导航和人工遥控的控制功能，表现为创建地图、进行点位编辑、进行路线规划，所述的AGV小车底盘(3)的底端设置有便于与地面平稳贴合的支撑机构。
3.根据权利要求2所述的一种航空大部件表面的自动化制孔设备，其特征在于：所述的支撑机构包括能够调平高度的螺栓调节件(31)以及设置在螺栓调节件(31)底部的球头件(32)。
4.根据权利要求1所述的一种航空大部件表面的自动化制孔设备，其特征在于：所述的机体机柜平台(1)用于保证AGV小车底盘(3)和协作机器人(2)的机械臂结构连接稳定，所述的机体机柜平台(1)上配有15.6寸触摸屏和电气控制按钮，所述的机体机柜平台(1)上端面设置有便于钻头校准的对零机构。
5.根据权利要求4所述的一种航空大部件表面的自动化制孔设备，其特征在于：所述的对零机构包括标定杆(11)、设置在标定杆(11)上当钻孔进给轴(42)上的钻头触碰时就会发出IO信号的接近开关(12)。
6.根据权利要求1所述的一种航空大部件表面的自动化制孔设备，其特征在于：所述的协作机器人(2)具有六个***720°关节，重复定位精度±0.05mm。
7.根据权利要求1所述的一种航空大部件表面的自动化制孔设备，其特征在于：所述的末端执行部件(4)包括用于单轴钻孔的电主轴(41)、与电主轴(41)连接的钻孔进给轴(42)、设置在电主轴(41)两边用于实现钻孔角度自动校正的激光测距仪(43)、设置在钻孔进给轴(42)末端能识别标识自动找正和定位的3D视觉相机(44)和2D视觉相机(45)。
8.利用权利要求1至7中任一项所述的一种航空大部件表面的自动化制孔设备的制孔方法，其特征在于：其具体步骤如下：
S1、AGV通过路径导航或手动遥控方式，将设备移动至指定工位；
S2、在机体机柜平台(1)触摸屏的操作界面选择编制好的钻孔程序，也可针对需求调整钻孔参数；
S3、3D视觉相机(44)和2D视觉相机(45)进行钻孔定位，3D视觉相机(44)确定作业平面，2D视觉相机(45)采集图像，通过自动算法识别平面和定位标记，协作机器人(2)的机械臂移动找正后，根据工艺参数设定计算出钻孔位置并投影；
S4、电主轴(41)和钻孔进给轴(42)进行钻孔，钻孔过程中激光测距仪(43)测量计算钻头与目标平面角度，对钻头入钻角度进行精确调整，完成一孔作业后由机械臂按规划路径移动至下一孔作业，直至全部钻完；
S5、完成钻孔作业后，AGV通过路径导航或手动遥控方式，将设备返回停放处或移动至下一工位。
9.根据权利要求8所述的一种航空大部件表面的自动化制孔设备的制孔方法，其特征在于：所述的步骤S3的定位标记可以是二维码标记版、手绘两个标记成坐标，也可以是直接手绘孔位标记；
其中定位标记的坐标：x0，y0；
其中x方向孔数，即列数：a；
y方向孔数即行数：b；
x方向孔距即列间距：A；
y方向孔距即行间距：B；
钻孔直径：d。
10.根据权利要求9所述的一种航空大部件表面的自动化制孔设备的制孔方法，其特征在于：所述的步骤S3的自动算法计算孔位坐标：x0+n1*A，y0+n2*B，其中n1为1～a，n2为1～b；同时通过逻辑判断，进行工艺参数防差错运算：6d≤A≤8d，3d≤B≤4d。
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