[发明专利]吸盘式一体化机器人

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种机器人技术领域的装置，具体是一种吸盘式一体化机器人。

背景技术

飞机制造过程中机身各部段环向对接、机身筒段壁板纵向拼接，以及机翼蒙皮和加强肋的连接等均需要在机身表面进行制孔操作，目前主要采用人工方式进行制孔。人工手持钻孔工具进行钻孔，一方面由于飞机结构较多采用碳纤维符合材料，容易产生开裂、起层，精度不够，钻孔质量低，另一方面手工制孔的效率也相对较低，不适应当前飞机先进装配技术的自动化、柔性化、数字化发展方向。

经过对现有技术的检索发现，CN201645049U公开了一种纤维复合材料飞机壁板激光精密制孔装置，将两个立柱分别安装在底座两端，可以沿z向运动，旋转器绕x轴转动，围框包围在飞机壁板两侧，两端固定在围框上，围框两端分别通过旋转器连接在立柱顶端，绕y向转动，从而实现制孔单元的多维运动，进行飞机表面的制孔操作。文献《柔性导轨自动制孔设备控制技术》(航空制造技术，2009年24期，58-60页)提出了一种柔性导轨制孔系统，由带有真空吸盘柔性导轨及带有主轴箱的移动小车组成，柔性导轨铺设于飞机表面，移动小车在导轨上运动，其带有的制孔组件可在垂直工件表面的方向上进给，实现制孔加工。

但是该现有技术仍然需要安装立柱、导轨等辅助设施，一方面使得成本较高，另一方面也不利于飞机制造的柔性化发展。吸盘式一体化制孔机器人不需安装其他任何辅助设施，可实现在飞机表面移动和制孔一体化操作，简化了加工流程，提高了制孔效率。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种吸盘式一体化机器人，采用行走制孔操作一体化设计方案，可用于机身各部段对接环向自动化制孔(如机头、前机身、中机身、中后机身等各部段之间对接)、机身筒段壁板纵向拼接的自动化制孔、翼面类部件壁板表面自动化制孔(如机翼蒙皮和加强肋的连接)等。该机器人系统的优点在于：柔性好，可适应多种工件，且实施周期短、成本较低和重量轻使用方便。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：机架、制孔机构、控制模块和六组腿部机构，其中：六个腿部机构分别固定设置于机架的四周且传感机构的输出端与控制模块相连以输出六维力传感数据，制孔机构及控制模块固定设置于机架上且制孔机构的控制端与控制模块的输出端相连并接收控制指令。

所述的机架上设有与控制模块相连的传感器组，该传感器组由视觉传感器以及位姿传感器组成并向控制模块输出机架的路况信息和三维位姿数据。

所述的制孔机构包括：制孔执行器和与之固定连接的激光法向检测器，其中：制孔执行器的控制端与控制模块相连并接收钻孔指令，激光法向检测器的输出端与控制模块相连并输出制孔执行器的法相位置数值。

所述的腿部机构包括：上平台、下平台以及两端分别与上、下平台相连的电动丝杠组、负压吸盘以及传感机构，其中：上平台与机架固定连接，下平台、传感机构和负压吸盘依次串联连接，传感机构与控制模块相连并输出六维力传感数据。

所述的电动丝杠组的控制端与控制模块相连并接收控制指令，所述的六个腿部机构互相之间独立工作以实现自主移动功能。

所述的电动丝杠组共三根且为三支链并联结构设置，使得每个腿部机构具有个自由度。

所述的控制模块包括：状态计算单元、运动控制单元、轨迹规划单元、步态规划单元、路径规划单元和人机界面模块，其中：状态计算单元根据传感器测量值计算机器人状态，运动控制单元控制机器人本体和关节运动，轨迹规划单元规划机器人身体和足的运动轨迹，步态规划单元规划机器人爬行步态，路径规划单元规划机器人移动路径，人机界面模块提供人机交互操作界面并接收输入参数。

所述的机器人本体和关节运动包括：电机和关节的位置、速度和力矩以及吸盘的吸附力。

本发明中机器人的六条腿不仅能实现自主移动功能，而且当吸盘固定在某一位置时，机器人腿机构与身体构成并联操作机构，机器人身体带动末端制孔机构，通过控制机器人腿的运动实现调姿动作。腿结构采用三支链并联机构，其结构紧凑、刚度大，一体化设计方案可减少驱动电机数目、简化控制系统和减轻装备重量，并且机器人框架的中间部分可节省出来，因此机器人内部工作空间更加开阔，便于安装其他执行器和传感器。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为机器人腿结构图。

图3为控制模块组成图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。