CN114476116A - 一种大型直升机装配柔性对接系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大型直升机装配柔性对接系统，系统包括AGV车（29）和安装在车上的数控定位单元（28）；数控定位单元（28）包括X轴调姿机构（1）、Y轴调姿机构（2）和Z轴调姿机构（3）；X轴调姿机构（1）通过固定装置（28）安装在车身上；Y轴调姿机构（2）和Z轴调姿机构（3）的底部均安装有滑块；Y轴调姿机构（2）通过其底部滑块安装X轴调姿机构（1）顶部；Z轴调姿机构（3）通过其底部滑块安装Y轴调姿机构（2）顶部。本发明通过设计数控定位单元进行调姿定位，并将其安装在AGV车上，可以实现直升机部件对接之前的精确定位和姿态调整，以及对接部件之间的姿态对齐，提高了直升机部件的装配效率。
Description
技术领域
本发明涉及直升机装配设备领域，尤其涉及一种大型直升机装配柔性对接系统。
背景技术
飞机装配是将各零件或组合件按产品技术要求相互准确定位，并用规定的连接方法装配成部件或产品的过程。受结构特点和结构刚性等网素影响，在飞机装配中大量采用铆接和螺接等连接手段，同时，为了保证装配协调及外形准确度要求，并保证装配过程中组件、部件具有一定的结构刚度，飞机装配巾采用了大量的结构复杂、准确度高的装配型架这一切均显示出，与一般机械产品的装配过程相比，飞机装配具有非常显著的特点。
飞机结构不同于一般机械产品，在它的装配过程中，不能仅仅依靠零件自身形状与尺寸的加工精度来保证装配出合格的组、部件。因此，除了采用各种通用机床、常用工具和试验设备以外，还需针对不同机型的组件及部件，制定专门的装配工艺装备，如装配型架、对合型架、精加工型架、壁板装配夹具等。这些专用的生产装备用于完成飞机产品从零组件到部件的装配以及总装配过程，一般尺寸较大的称为装配型架，而尺寸较小的称为装配夹具，二者不存在严格、明确的界限。
其中，飞机大部件是指由多个相邻组件或部件连接形成的飞机大型结构件。直升机大部件分为前机身、中机身、过渡段、短翼、动力舱和尾段结构等。大部件的对接直接关系到飞机的最终质量，为保证装配质量，飞机部件在对接之前需要经过精确的定位和姿态调整过程，实现对接部件之间的姿态对齐。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种大型直升机装配柔性对接系统，通过设计数控定位单元进行调姿定位，并将其安装在AGV车上，可以实现直升机部件对接之前的精确定位和姿态调整，以及对接部件之间的姿态对齐，提高了直升机部件的装配效率。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种大型直升机装配柔性对接系统，包括AGV车和固定安装在AGV车车身上的数控定位单元；所述数控定位单元包括X轴调姿机构、Y轴调姿机构和Z轴调姿机构；X轴调姿机构通过固定装置安装在AGV车车身上；Y轴调姿机构和Z轴调姿机构的底部均安装有滑块；Y轴调姿机构通过其底部滑块安装X轴调姿机构顶部；Z轴调姿机构通过其底部滑块安装Y轴调姿机构顶部。此外，数控定位单元上还可以安装控制柜，内置相应的控制器。
具体的，X轴调姿机构包括X轴底座、X轴直线导轨、X轴光栅尺、X轴传动电机、X轴传动滚轮和拖链电缆；X轴直线导轨安装在X轴底座顶部，且与Y轴调姿机构底部的滑块滑动连接；X轴光栅尺安装在X轴底座的侧壁上；X轴传动电机通过螺栓安装在Y轴调姿机构的底部，X轴传动电机的转轴上安装有联轴器和X轴传动丝杠，X轴传动滚轮设置在X轴传动丝杠上，X轴传动滚轮顶部固定与Y轴调姿机构固接；拖链电缆敷设在X轴底座上。
Y轴调姿机构包括Y轴底座、传动丝杠、Y轴传动电机、Y轴直线导轨、Y轴光栅尺；传动丝杠和Y轴传动电机分别安装在Y轴底座上；传动丝杠通过联轴器与Y轴传动电机的转轴连接；Y轴直线导轨通过螺钉固定在Y轴底座上，且Y轴直线导轨与Z轴调姿机构的底部滑块滑块连接；Y轴光栅尺安装Y轴底座侧壁上；传动丝杠上设有Y轴传动滚轮，Y轴传动滚轮顶部与Z轴调姿机构固接。
Z轴调姿机构包括Z轴基座、Z轴传动电机、Z轴滚珠丝杠、Z轴导轨、Z轴滑块、Z轴光栅尺、Z轴伸缩立柱、Z轴密封罩、Z轴拖链、检测传感器、蜗杆减速机和球头锁紧装置；Z轴基座内壁上安装有Z轴滑块；Z轴伸缩立柱上通过螺栓固定有Z轴导轨；Z轴伸缩立柱通过Z轴导轨与Z轴滑块滑动连接并安装在Z轴基座内部；Z轴密封罩安装在Z轴伸缩立柱顶部；球头锁紧装置安装在Z轴密封罩顶部；Z轴滚珠丝杠安装Z轴伸缩立柱内部；Z轴光栅尺和检测传感器分别安装在Z轴伸缩立柱外部；蜗轮蜗杆减速机和Z轴传动电机安装在Z轴伸缩立柱底部。
固定装置包括调整装置和地脚螺栓；调整装置通过螺钉固定在X轴底座底部；地脚螺栓一端固定安装在调整装置上，另一端固定在AGV车车身上。
球头锁紧装置具体为定位柱、三维力传感器和视觉相机；定位柱内部分别对称设有四个锁紧块和四个气缸；每个锁紧块均与气缸连接；定位柱顶部设有呈锥面的顶窝口；顶窝口内安装三维力传感器和视觉相机。
本发明的有益效果：
本发明通过设计数控定位单元进行调姿定位，并将其安装在AGV车上，可以实现直升机部件对接之前的精确定位和姿态调整，以及对接部件之间的姿态对齐，提高了直升机部件的装配效率。
附图说明
图1是本发明的系统装置示意图；
图2是本发明的数控定位单元整体结构示意图；
图3是本发明的X轴调姿机构结构示意图；
图4是本发明的Y轴调姿机构结构示意图；
图5是本发明的Y轴调姿机构俯视图；
图6是本发明的Z轴调姿机构结构示意图；
图7是本发明的Z轴调姿机构剖视图；
图8是本发明球头锁紧装置的结构示意图。
附图中：1-X轴调姿机构，2-Y轴调姿机构，3-Z轴调姿机构，4-X轴底座，5-X轴直线导轨，6-X轴光栅尺，7-X轴传动电机，8-X轴传动滚轮，9-拖链电缆，10-Y轴底座，11-传动丝杠，12-Y轴传动电机，13-Y轴直线导轨，14-Y轴光栅尺，15-Z轴基座，16-Z轴传动电机，17-Z轴滚珠丝杠，18-Z轴导轨，19-Z轴滑块，20-Z轴光栅尺，21-Z轴伸缩立柱，22-Z轴密封罩，23-Z轴拖链，24-检测传感器，25-蜗杆减速机，26-球头锁紧装置，27-控制柜，28-数控定位单元，29-AGV车，30-定位柱，31-三维力传感器，32-视觉相机，33-锁紧块。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案精选以下详细说明。显然，所描述的实施案例是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，不能理解为对本发明可实施范围的限定。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的其他所有实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例一：
本实施例中，一种大型直升机装配柔性对接系统，包括AGV车29和固定安装在AGV车29车身上的数控定位单元28。其中，如图1和图2所示，数控定位单元28包括X轴调姿机构1、Y轴调姿机构2和Z轴调姿机构3；X轴调姿机构1通过固定装置28安装在AGV车29车身上；Y轴调姿机构2和Z轴调姿机构3的底部均安装有滑块；Y轴调姿机构2通过其底部滑块安装X轴调姿机构1顶部；Z轴调姿机构3通过其底部滑块安装Y轴调姿机构2顶部。此外，数控定位单元28上还可以安装控制柜，内置相应的控制器，也可以选择将控制箱安装在AGV车29上。
本实施例中，如图3所示，X轴调姿机构1包括X轴底座4、X轴直线导轨5、X轴光栅尺6、X轴传动电机7、X轴传动滚轮8和拖链电缆9；X轴直线导轨5安装在X轴底座4顶部，且与Y轴调姿机构2底部的滑块滑动连接；X轴光栅尺6安装在X轴底座4的侧壁上；X轴传动电机7通过螺栓安装在Y轴调姿机构2的底部，X轴传动电机7的转轴上安装有联轴器和X轴传动丝杠，X轴传动滚轮8设置在X轴传动丝杠上，X轴传动滚轮8顶部固定与Y轴调姿机构固接；拖链电缆9敷设在X轴底座4上。
本实施例中，定位单位元进行X轴调姿时，驱动X轴传动电机7带动X轴传动丝杠转动，使得X轴传动滚轮8沿X轴传动丝杠前后移动从而实现定位单元的X轴移动。此外，利用X轴光栅尺6采集移动数据可精细控制定位单元的精准X轴移动。
本实施例中，如图4和图5所示，Y轴调姿机构2包括Y轴底座10、传动丝杠11、Y轴传动电机12、Y轴直线导轨13、Y轴光栅尺14；传动丝杠11和Y轴传动电机12分别安装在Y轴底座10上；传动丝杠11通过联轴器与Y轴传动电机12的转轴连接；Y轴直线导轨13通过螺钉固定在Y轴底座10上，且Y轴直线导轨13与Z轴调姿机构3的底部滑块滑块连接；Y轴光栅尺14安装Y轴底座10侧壁上；传动丝杠11上设有Y轴传动滚轮，Y轴传动滚轮顶部与Z轴调姿机构3固接。
本实施例中，定位单位元进行Y轴调姿时，利用Y轴传动电机12带动传动丝杠11转动，使得传动丝杠11上的Z轴调姿机构3沿Y轴方向进行移动。
本实施例中，如图6和图7所示，Z轴调姿机构3包括Z轴基座15、Z轴传动电机16、Z轴滚珠丝杠17、Z轴导轨18、Z轴滑块19、Z轴光栅尺20、Z轴伸缩立柱21、Z轴密封罩22、Z轴拖链23、检测传感器24、蜗杆减速机25和球头锁紧装置26；Z轴基座15内壁上安装有Z轴滑块19；Z轴伸缩立柱21上通过螺栓固定有Z轴导轨18；Z轴伸缩立柱21通过Z轴导轨18与Z轴滑块19滑动连接并安装在Z轴基座15内部；Z轴密封罩22安装在Z轴伸缩立柱21顶部；球头锁紧装置26安装在Z轴密封罩22顶部；Z轴滚珠丝杠17安装Z轴伸缩立柱21内部；Z轴光栅尺20和检测传感器24分别安装在Z轴伸缩立柱21外部；蜗轮蜗杆减速机25和Z轴传动电机16安装在Z轴伸缩立柱21底部。
本实施例中，定位单位元进行Z轴调姿时，同样是通过Z轴传动电机16驱动Z轴伸缩立柱21进行Z轴方向的移动。
固定装置28包括调整装置和地脚螺栓；调整装置通过螺钉固定在X轴底座4底部；地脚螺栓一端固定安装在调整装置上，另一端固定在AGV车29车身上。
如图1所示，将数控定位单元28安装在AGV车29车身上形成柔性对接系统，同时AGV车29也可以运输直升机部件，此时AGV车29也可做运输系统。
如图8所示，球头锁紧装置26具体为定位柱30、三维力传感器31和视觉相机32；定位柱内部分别对称设有四个锁紧块33和四个气缸；每个锁紧块33均与气缸连接；定位柱30顶部设有呈锥面的顶窝口；顶窝口内安装三维力传感器31和视觉相机32。
球头定位锁紧装置26的主要功能是连接并锁紧保型托架下方的球头，对保型托架和产品起到有效的支撑和定位的作用；球头定位装置的顶窝口上部有一段锥面，在对接的时候能有效的起到导向的作用，保证保型托架球头能顺利的滑入顶窝内；顶窝的正下方安装有三维力传感器，能精确的测量出每个顶窝所承受的压力，其测量精度为满量程的0.15%；球头的锁紧机构是由4个锁紧块和4个气缸组成，通过气缸的伸缩来实现对球头的抓紧固定和松放。
实施例二：
本实施例中，在实施例一提供设备基础上，具体提出了一种直升机装配段件柔性对接方法，包括以下步骤：
步骤一：站位准备，将固定工装、工作平台、集成控制及调姿系统、测量系统和柔性对接系统进行对接配置。
在开始实施产品对接装配前，各分系统部件需做好准备。内容具体包括：
2）集成控制及调姿系统准备
启动集成控制系统，含调姿系统和测量系统，系统自检，做好准备。
3）测量系统准备
相关激光跟踪仪开机，预热，自检。测量ERS点和固定工装上的测量点，建立全机坐标系。
4）柔性对接系统准备
柔性对接系统开机，系统自检，做好准备。柔性对接系统利用数控定位单元28进行段件定位，并以中机身中段段件为协调基准进行协调，使数控定位单元28与段件托架的工艺球头完成对接，并锁紧机身段件。机身段件的具体对接过程如下：
柔性对接系统AGV车29由视觉定位系统导航到段件托架下方，完成车体粗定位。
在对机身上预设的测量点上布置激光跟踪仪靶球座，并设置靶球。
通过激光跟踪仪对机身段件的测量点进行X、Y、Z向定位及姿态检测；
协调方法：以飞机某一段段（基准段）为核心协调基准，将对接段的位姿与基准段进行比对，通过集控软件得出当前对接段与理论位置的偏移量，并自动规划对接段的运动轨迹。
循环若干次，直至对接段与基准段的理论误差小于设定值时，默认对接调姿完成。
将对接段沿飞机航向运行至理论位置，完成段件的插接，则段件的调姿定位过程全部完成。
定位完毕后保持固定状态，方便人员对飞机进行制孔和铆接。
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说明本发明的原理，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。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种大型直升机装配柔性对接系统，其特征在于，包括AGV车（29）和固定安装在AGV车（29）车身上的数控定位单元（28）；所述数控定位单元（28）包括X轴调姿机构（1）、Y轴调姿机构（2）和Z轴调姿机构（3）；X轴调姿机构（1）通过固定装置（28）安装在AGV车（29）的车身上；Y轴调姿机构（2）和Z轴调姿机构（3）的底部均安装有滑块；Y轴调姿机构（2）通过其底部滑块安装X轴调姿机构（1）顶部；Z轴调姿机构（3）通过其底部滑块安装Y轴调姿机构（2）顶部。
2.根据权利要求1所述的一种大型直升机装配柔性对接系统，其特征在于，所述X轴调姿机构（1）包括X轴底座（4）、X轴直线导轨（5）、X轴光栅尺（6）、X轴传动电机（7）、X轴传动滚轮（8）和拖链电缆（9）；X轴直线导轨（5）安装在X轴底座（4）顶部，且与Y轴调姿机构（2）底部的滑块滑动连接；X轴光栅尺（6）安装在X轴底座（4）的侧壁上；X轴传动电机（7）通过螺栓安装在Y轴调姿机构（2）的底部，X轴传动电机（7）的转轴上安装有联轴器和X轴传动丝杠，X轴传动滚轮（9）设置在X轴传动丝杠上，X轴传动滚轮（8）顶部固定与Y轴调姿机构（2）固接；拖链电缆（9）敷设在X轴底座（4）上。
3.根据权利要求1所述的一种大型直升机装配柔性对接系统，其特征在于，所述Y轴调姿机构（2）包括Y轴底座（10）、传动丝杠（11）、Y轴传动电机（12）、Y轴直线导轨（13）、Y轴光栅尺（14）；传动丝杠（11）和Y轴传动电机（12）分别安装在Y轴底座（10）上；传动丝杠（11）通过联轴器与Y轴传动电机（12）的转轴连接；Y轴直线导轨（13）通过螺钉固定在Y轴底座（10）上，且Y轴直线导轨（13）与Z轴调姿机构（3）的底部滑块连接；Y轴光栅尺（14）安装Y轴底座（10）侧壁上；传动丝杠（11）上设有Y轴传动滚轮，Y轴传动滚轮顶部与Z轴调姿机构（3）固接。
4.根据权利要求1所述的一种大型直升机装配柔性对接系统，其特征在于，所述Z轴调姿机构（3）包括Z轴基座（15）、Z轴传动电机（16）、Z轴滚珠丝杠（17）、Z轴导轨（18）、Z轴导轨（19）、Z轴光栅尺（20）、Z轴伸缩立柱（21）、Z轴密封罩（22）、Z轴拖链（23）、检测传感器（24）、蜗杆减速机（25）和球头锁紧装置（26）；Z轴基座（15）内壁上安装有Z轴导轨（19）；Z轴伸缩立柱（21）上通过螺栓固定有Z轴导轨（18）；Z轴伸缩立柱（21）通过Z轴导轨（18）与Z轴导轨（19）滑动连接并安装在Z轴基座（15）内部；Z轴密封罩（22）安装在Z轴伸缩立柱（21）顶部；球头锁紧装置（26）安装在Z轴密封罩（22）顶部；Z轴滚珠丝杠（17）安装Z轴伸缩立柱（21）内部；Z轴光栅尺（20）和检测传感器（24）分别安装在Z轴伸缩立柱（21）外部；蜗轮蜗杆减速机（25）和Z轴传动电机（16）安装在Z轴伸缩立柱（21）底部。
5.根据权利要求1所述的一种大型直升机装配柔性对接系统，其特征在于，所述固定装置（28）包括调整装置和地脚螺栓；调整装置通过螺钉固定在X轴底座（4）底部；地脚螺栓一端固定安装在调整装置上，另一端固定在AGV车（29）车身上。
6.根据权利要求4所述的一种大型直升机装配柔性对接系统，其特征在于，所述球头锁紧装置（26）包括定位柱（30）、三维力传感器（31）和视觉相机（32）；定位柱（30）内部分别对称的设有四个锁紧块（33）和四个气缸；每个锁紧块（33）均与气缸连接；定位柱（30）顶部设有呈锥面的顶窝口；顶窝口内安装三维力传感器（31）和视觉相机（32）。
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