[发明专利]一种自主爬行钻铆系统及其运行方法

说明书

本发明公开了一种自主爬行钻铆系统及其运行方法，包括机器人吸附行走装置、机器人基准检测装置、机器人法向检测与修正装置、集成控制装置以及钻铆装置；吸附行走装置包括内框架、内腿、外框架、外腿、X向电机以及Z向电机，基准检测装置包括设置在工件上的若干个不连成一条直线的基准孔以及设置在内框架中部的主架体，主架体下表面固定有一可转动的相机；集成控制装置包括控制器，控制器与X向电机、Z向电机以及真空发生器连接，并控制X向电机、Z向电机和真空发生器运作，控制器与相机以及激光位移传感器连接。本发明的机器人具有应用灵活性高；结构重量轻，装配质量稳定等优点，满足当前飞机先进装配技术的要求。

技术领域

本发明属于航空制造业自动化装配技术领域，特别涉及一种以自主爬行钻铆系统为载体，通过真空吸盘将自身吸附在飞机蒙皮表面，从而对飞机机翼或机身框架进行自动钻孔、锪窝以及铆接的数字化装配技术，具体的说，涉及一种自主爬行钻铆系统及其运行方法。

背景技术

目前，装配领域多采用手工装配、半机械化与机械化装配相结合的传统装配方式，使用大量较复杂的专用型架定位和夹紧的非精益化装配方法，技术陈旧、落后，制孔精度、铆接质量、密封质量均靠工人经验保证。今后的产品正在进入构型多、批量少、更新换代快的时代，传统的装配模式与方法已不能满足要求，迫切需要引进一种灵活通用、快速适应、自动化程度高的新装配模式。

目前飞机结构采用的主要连接方法是机械连接，一架大型飞机上大约有150万～200万个铆钉和螺栓。飞机零部件制孔数量多，制孔精度要求高，采用传统手工制孔铆接的方式无法满足精度要求。为了满足现代飞机高寿命、高强度、密封、抗疲劳的要求，首先要保证机械连接的安全性和可靠性，因此需要使用先进的自动钻铆设备来提高装配的质量和精度。

手工制孔虽然设备成本小，加工适应范围较大；但是加工效率低，精度低，对工人的要求高，以及无法满足现代先进飞机的装配要求。

自动钻铆设备成本高昂，适用面较窄，需要预铺行走导轨，设备体积较大，使用场所固定，对环境要求较高，大空间多坐标系变换导致位姿误差大，操作空间有限，往往需要多台设备联合作业，需配备专用的托架系统，增大了使用和操作的难度。

大型自动化装配系统的缺点也比较明显：包括成本高昂，柔性差以及生产转型困难等。

为了规避风险和降低成本，当前自动化钻铆设备正向柔性化、模块化、轻量化方向发展。轻型自动化装配系统是在效率、柔性和成本之间折中的一种方案。比较典型的轻型自动化装配系统主要有基于工业机器人自动化装配系统、柔性轨道自动化装配系统、自行走机器人自动化装配系统三种。

基于工业机器人自动化装配系统是利用市场上通用的工业机器人（臂）为设备本体，配合相应的末端执行器组成的自动化装配系统，是当前应用最多的一种轻型自动化装配系统解决方案，工业机器人装配系统虽然柔性化程度好、精度及效率高、加工范围较广，但也存在关节刚度较低；绝对定位精度较低的缺点。

柔性轨道系统是由波音公司提出（并申请专利）的轻型自动化装配系统解决方案。柔性轨道系统是在产品表面吸附有柔性轨道，在其上安装有移动小车。工作时，移动小车沿轨道滑动到相应位置，安装在小车上的末端执行器进行自动化制孔；自主移动式轻型自动制孔系统（爬行机器人）是由空客支持的轻型自动化装配系统解决方案，与柔性轨道系统功能类似但柔性更好，属于目前最新形式的轻型自动化装配系统。

轻型自主移动式自动化装配系统属于轻型、柔性自动化装配系统，利用真空吸盘将自身吸附在工件上表面进行制孔，这也是与一般的大型数控自动化装配系统最大的不同。自主移动式装配系统具有一些重要的优点，比如设备安装简单，简化了安装工作及安装系统所用的工装，因此投入生产前的准备时间大大缩短，应用的灵活性也更高。

轻型自主移动式自动化装配系统是一种自动化装配的轻量化解决方案，符合柔性化和模块化的发展方向，实现了几大目标：

1)柔性好：可适应多种工件，用于多个项目；