CN103894813A - 一种基于复合式车桥结构的移动机器人制孔平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于复合式车桥结构的移动机器人制孔平台，其特征在于，包括车架单元、悬架单元、车桥及驱动单元、全向轮单元、承载锁紧单元和控制集成单元，整体结构前后对称、左右对称，所述的车架单元是移动平台的基体，采用梯形车架结构；所述的悬架单元是车架和车桥之间的传力连接装置，两组分别通过铰链与前架的后侧和后架的前侧连接；所述的车桥及驱动单元通过高强螺栓和车桥盖板分别安装于前后悬架单元上；所述的承载锁紧单元有四个，分别安装在车架的前后架底部的两侧，所述的控制集成单元分别安装在承载锁紧单元中部两侧。本发明的技术方案保证了整个平台定位的准确性和可靠性。

Description

一种基于复合式车桥结构的移动机器人制孔平台

技术领域

本发明属于移动机器人制孔应用技术领域，涉及一种基于复合式车桥结构的移动机器人制孔平台。

背景技术

飞机结构尺寸大、外形复杂，通常由几万甚至几十万个零部件组成，在整个飞机的装配过程中需要大量的钻孔、铰孔、锪窝等工作。随着机器人各项性能的提高，机器人制孔技术已得到越来越广泛的应用，该技术提高了制孔效率和制孔质量，是航空工业制孔的重要发展方向。

飞机部件制孔过程中不便移动，通常采用专用、固定基座的机器人制孔方式，这种方式投入过大，并不经济可行。因此，在飞机制孔生产线中引入移动制孔平台，构成移动式机器人制孔系统，可以更好的适应飞机装配生产线中多工序、多工位、空间发展受限等状况。这种移动式机器人制孔设备可以在多个不同的工位上完成相似的作业任务，应用于飞机生产线能满足灵活性、重载性、平稳性等多个要求并且具备定位锁紧等功能。所需的程序开发周期更短，对于提高机器人的工作效率和制孔柔性有着重要意义。这就要求机器人制孔平台可以灵活、平稳的运行同时又可以实现在各个工位的定位锁紧。因此，移动机器人制孔平台对推动航空工业产业水平具有着十分重要的实际意义。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术存在移动机器人平台中采用的麦卡纳姆轮承载能力不强、容易磨损的缺陷，提供一种基于复合式车桥结构的移动机器人制孔平台，在复合车桥结构中引入了气垫模块，通过调节导向柱两侧的调整螺母对气垫调整装置的高度进行调整，达到气垫和全向轮同时承载的状态。此时，原来全部要麦卡纳姆轮承担的力部分由气垫单元分担，从而改善麦卡纳姆轮承载的载荷状况。这样既可以发挥麦卡纳姆轮全向移动、转向空间小的优点，又可以减少麦卡纳姆轮的磨损。

“两锥销一平面”的定位机构保证了制孔机器人定位的精度。移动机器人制孔平台在导引系统的导引下到达指定站位，承载锁紧单元中设计了“两锥销一平面”的定位机构实现移动平台的二次定位。即承载基座下方的定位销对准预设在工位地面下的销轴孔，空气弹簧通过高度阀泄气，移动平台高度下降，定位销插入销轴孔中实现精确定位；定位后，电动缸带动锁紧钩运动，实现移动机器人制孔平台的机械锁紧。其具体技术方案为：

一种基于复合式车桥结构的移动机器人制孔平台，包括车架单元、悬架单元、车桥及驱动单元、全向轮单元、承载锁紧单元和控制集成单元。所述的车架单元是移动平台的基体，采用梯形车架结构；所述的悬架单元是车架和车桥之间的传力连接装置，两组分别通过铰链与前架的后侧和后架的前侧连接；所述的车桥及驱动单元通过高强螺栓和车桥盖板分别安装于前后悬架单元上；所述的承载锁紧单元有四个，分别安装在车架的前后架底部的两侧。所述的控制集成单元分别安装在承载锁紧单元中部两侧。

优选地，悬架单元主要包括空气弹簧、空气弹簧支架、车桥盖板、横拉杆、减震器、高度阀、板簧、板簧支架等组成。其中，空气弹簧和板簧分别通过空气弹簧支架和板簧支架与车架连接，车桥通过车桥盖板和高强螺栓安装在板簧上，车桥通过横拉杆和车架铰接，从而在车桥和车架之间形成传力和承载结构。板簧和空气弹簧提供承载，板簧传递全向运动的纵向力，横拉杆传递车桥和车架之间的横向力。四个减震器前后两两连接在车桥和车架之间，在运行过程中起到衰减振动的作用。高度阀固定在车架上，通过连接杆和车桥连接，高度阀可以保证移动平台在运动过程中高度的稳定性，同时在到达加工工位后，机器人制孔移动平台不再由车轮支撑地面，而是由刚度较大的承载基座作为机器人制孔系统的支撑，实现移动平台高度的调节。

优选地，由轮毂安装法兰、轴承座、电机安装法兰、桥主梁、气垫调整板以及气垫模块等组成的复合式车桥结构。桥主梁是车桥的主体钢结构是传递平台载荷的核心部件，轮毂安装法兰、轴承座、电机安装法兰以及内部的电机、轴承等构成驱动单元，轮毂安装法兰为麦卡纳姆轮的安装接口，轴承座内的轮毂轴承为麦卡纳姆轮的转动提供精确向导。驱动电机及减速器通过电机安装法兰安装在桥主梁的内部，这样实现四个电机分别控制四个全向轮的转速和转向，从而可以实现移动平台的全向运动；气垫模块通过气垫调整装置安装在桥主梁底部，气垫调整装置实现气垫模块安装高度可调。

优选地，为保证移动机器人制孔平台在移动过程中的平稳性，复合式承载结构中引入了气垫模块作为辅助承载单元，气垫模块通过调整螺母的安装高度，达到气垫和麦卡纳姆轮的同时承载状态，改善了麦卡纳姆轮的实际受载状态，有利于缓解磨损状况。

优选地，机器人制孔平台在移动到加工工位进行后，防止制孔系统在制孔过程中受力发生位置上的移动，影响机器人制孔精度。在加工承载模块底部安装了两套锁紧机构。其中，锁紧机构包括电动缸支座、电动缸、锁紧钩、锁紧钩支座以及锁紧块。在移动平台停靠到位之后，电动缸作为动力带动锁紧钩运动，最终与安装在地面沟槽内的锁紧块勾连。锁紧钩勾连部分设计为斜面，与锁紧块内的斜面配合形成斜面结构。在制孔过程中，电动缸提供的锁紧力，由于斜面作用，锁紧钩不会在锁紧块中松脱，从而实现锁紧。

优选地，移动平台移动到指定位置之后，控制空气弹簧收缩，麦卡纳姆轮脱离地面，随后气垫模块停止工作，中架底部安装的电磁铁与地面预设的钢板吸附，将移动平台固定在指定地面，这样整个平台固定稳固、可靠。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明设计了一种基于复合式车桥结构的移动机器人制孔平台，在机器人制孔平台的移动过程中，平台及其负载重量由气垫单元来承载，而麦卡纳姆轮只是用来起到驱动作用。这样既可以发挥麦卡纳姆轮全向移动、转向空间小的优点，又可以减少麦卡纳姆轮的磨损。移动到指定位置之后，基于两锥销一平面的二次定位技术和电动缸带动锁紧钩的机械锁紧方案保证了整个平台定位的准确性和可靠性。

附图说明

图1为基于复合式车桥结构的移动机器人制孔平台整体结构图。

图2为可进行高度调整的空气弹簧悬架结构图。

图3为复合式车桥结构图。

图4为全向轮和气垫复合式承载结构图。

图5-1为移动机器人制孔平台定位前结构示意图。

图5-2为移动机器人制孔平台定位后结构示意图。

图6-1为移动机器人制孔平台锁紧前锁紧机构示意图。

图6-2为移动机器人制孔平台锁紧后锁紧机构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细地说明。

图1为基于复合式车桥结构的移动机器人制孔平台整体结构图。对图1各部分进行说明如下：

1、悬架单元2、承载锁紧单元3、车架单元4、车桥及驱动单元5、控制集成单元6、全向轮

图2为可进行高度调整的空气弹簧悬架结构图。各部分进行说明如下：

7、空气弹簧支架8、横拉杆9、减震器10、高度阀11、车架结构12、空气弹簧13、车桥盖板14、板簧15、板簧支架16、车桥

图3为复合式车桥结构图。各部分进行说明如下：

17、轮毂安装法兰18、轴承座19、电机安装法兰20、复合车桥主梁21、气垫调整装置22、气垫模块

图4为全向轮和气垫复合式承载结构图。各部分进行说明如下：

23、全向轮支撑24、气垫支撑25、平台载荷

图5-1为移动机器人制孔平台定位前结构示意图。

图5-2为移动机器人制孔平台定位后结构示意图。

图6-1为移动机器人制孔平台锁紧前锁紧机构示意图。各部分进行说明如下：

26、电动缸支座27、电动缸28、锁紧钩29、锁紧钩支座30、锁紧块

图6-2为移动机器人制孔平台锁紧后锁紧机构示意图，各部分说明如上。

如图1所示，复合式车桥结构的移动机器人制孔平台包括1、悬架单元2、承载锁紧单元3、车架单元4、车桥及驱动单元5、控制集成单元6、全向轮。整体结构前后对称、左右对称。所述的车架单元3是移动平台的基体，采用梯形车架结构；所述的悬架单元1是车架和车桥之间的传力连接装置，两组分别通过铰链与前架的后侧和后架的前侧连接；所述的车桥及驱动单元4通过高强螺栓和车桥盖板分别安装于前后悬架单元1上；所述的承载锁紧单元2有四个，分别安装在车架的前后架底部的两侧。所述的控制集成单元5分别安装在承载锁紧单元2中部两侧。

如图2所示，悬架单元主要包括7、空气弹簧支架8、横拉杆9、减震器10、高度阀11、车架结构12、空气弹簧13、车桥盖板14、板簧15、板簧支架16、车桥。空气弹簧12通过空气弹簧支架7与车架11连接，车桥16通过车桥盖板13和高强螺栓安装在板簧上，车桥16通过横拉杆8和车架11铰接，从而在车桥和车架之间形成传力和承载结构。板簧14和空气弹簧提供承载，板簧14传递全向运动的纵向力，横拉杆8传递车桥和车架之间的横向力。四个减震器9前后两两连接在车桥和车架之间，在运行过程中起到衰减振动的作用。高度阀固定在车架11上，通过连接杆和车桥连接，高度阀可以保证移动平台在运动过程中高度的稳定性，同时在到达加工工位后，实现移动平台高度的调节。

如图3所示，复合式车桥结构主要包括：17、轮毂安装法兰18、轴承座19、电机安装法兰20、复合车桥主梁21、气垫调整装置22、气垫模块。车桥结构桥主梁是是传递平台载荷的核心部件；轮毂安装法兰17为麦卡纳姆轮安装提供接口，轴承座18内安装轮毂轴承，为麦卡纳姆轮的转动提供精确向导；驱动电机及减速器通过电机安装法兰19安装在复合桥主梁20的内部，这样实现四个电机分别控制四个麦卡纳姆轮的转速和转向，从而实现移动平台的全向运动；气垫模块22通过气垫调整装置21安装在桥主梁底部。

如图4所示，麦卡纳姆轮和气垫复合式承载结构主要包括：23、麦卡纳姆轮支撑24、气垫支撑25、平台载荷。在安装调试过程中，通过调节导向柱两侧的调整螺母就可以对气垫的安装高度进行调整，保证气垫支撑24在移动机器人制孔平台在移动过程中起到辅助支撑作用，减少对麦卡纳姆轮的磨损，当到达要求工位后，气垫调整装置实现气垫模块安装高度可调。

如图5所示，为移动机器人制孔平台定位前后结构示意图。定位前，移动平台在导引系统的导引下到达指定站位，承载基座下方的定位销对准预设在工位地面下的销轴孔，空气弹簧通过高度阀泄气，移动平台高度下降，定位销插入销轴孔中，通过“两锥销一平面”实现移动平台的定位；定位后，移动平台在平面上的自由度被约束，锁紧机构就可以进行正常的锁紧动作了。

如图6所示，移动机器人制孔平台锁紧机构包括26、电动缸支座27、电动缸28、锁紧钩29、锁紧钩支座30、锁紧块。其中电动缸27铰接安装在电动缸支座1上，锁紧钩28铰接安装在锁紧钩支座29上。电动缸27作为动力，在移动平台停靠到位之后，电动缸27带动锁紧钩28运动，最终与安装在地面沟槽内的锁紧块30勾连。锁紧钩28勾连部分设计为斜面，与锁紧块30内的斜面配合形成斜面结构。在制孔过程中，电动缸提供锁紧力，由于斜面作用，锁紧钩不会在锁紧块中松脱，从而实现锁紧。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于复合式车桥结构的移动机器人制孔平台，其特征在于，包括车架单元、悬架单元、车桥及驱动单元、全向轮单元、承载锁紧单元和控制集成单元，整体结构前后对称、左右对称，所述的车架单元是移动平台的基体，采用梯形车架结构；所述的悬架单元是车架和车桥之间的传力连接装置，两组分别通过铰链与前架的后侧和后架的前侧连接；所述的车桥及驱动单元通过高强螺栓和车桥盖板分别安装于前后悬架单元上；所述的承载锁紧单元有四个，分别安装在车架的前后架底部的两侧，所述的控制集成单元分别安装在承载锁紧单元中部两侧。

2.根据权利要求1所述基于复合式车桥结构的移动机器人制孔平台，其特征在于，所述悬架单元采用空气弹簧悬架结构，主要包括空气弹簧、空气弹簧支架、车桥盖板、横拉杆、减震器、高度阀、板簧和板簧支架，空气弹簧和板簧分别通过空气弹簧支架和板簧支架与车架连接，车桥通过车桥盖板和高强螺栓安装在板簧上，车桥通过横拉杆和车架铰接，从而在车桥和车架之间形成传力和承载结构，板簧和空气弹簧提供承载，板簧传递全向运动的纵向力，横拉杆传递车桥和车架之间的横向力，四个减震器前后两两连接在车桥和车架之间，在运行过程中起到衰减振动的作用，高度阀固定在车架上，通过连接杆和车桥连接，高度阀保证移动平台在运动过程中高度的稳定性，同时在到达加工工位后，实现移动平台高度的调节。

3.根据权利要求1所述基于复合式车桥结构的移动机器人制孔平台，其特征在于，所述的车桥及驱动单元包括：轮毂安装法兰、轴承座、电机安装法兰、桥主梁、气垫调整板以及气垫模块，车桥结构桥主梁是是传递平台载荷的核心部件；轮毂安装法兰为麦卡纳姆轮安装提供接口，轴承座内安装轮毂轴承，为麦卡纳姆轮的转动提供精确向导；驱动电机及减速器通过电机安装法兰安装在桥主梁的内部，这样实现四个电机分别控制四个全向轮的转速和转向，从而实现移动平台的全向运动；气垫模块通过气垫调整装置安装在桥主梁底部。

4.根据权利要求3所述基于复合式车桥结构的移动机器人制孔平台，其特征在于，所述的气垫调整装置由安装耳板、调整螺母、导向柱、气垫安装板构成，在桥主梁上焊接有用于气垫安装的安装耳板，气垫安装板通过导向柱安装在安装耳板上，这样在安装调试过程中，通过调节导向柱两侧的调整螺母就可以对气垫的安装高度进行调整气垫调整装置实现气垫模块安装高度可调。

5.根据权利要求1所述基于复合式车桥结构的移动机器人制孔平台，其特征在于，所述的移动机器人制孔平台到达指定站位，承载基座下方的定位销对准预设在工位地面下的销轴孔，空气弹簧通过高度阀泄气，机器人制孔平台高度下降，定位销插入销轴孔中实现移动平台的准确定位。

6.根据权利要求1所述基于复合式车桥结构的移动机器人制孔平台，其特征在于，为了保证锁紧的可靠性，在加工承载模块底部安装了两套锁紧机构，锁紧机构包括电动缸支座、电动缸、锁紧钩、锁紧钩支座以及锁紧块，其中电动缸铰接安装在电动缸支座上，锁紧钩铰接安装在锁紧钩支座上，同时电动缸缸杆与液压钩一端铰接，这样形成连杆机构：电动缸作为动力，在移动平台停靠到位之后，电动缸带动锁紧钩运动，最终与安装在地面沟槽内的锁紧块勾连，锁紧钩勾连部分设计为斜面，与锁紧块内的斜面配合形成斜面结构，在制孔过程中，电动缸提供锁紧力，由于斜面作用，锁紧钩不会在锁紧块中松脱，从而实现锁紧。

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