[发明专利]用于现场制造最低限度地用工具加工的桁条的系统和方法

说明书

提供了用于现场制造最低限度地用工具加工的桁条的系统和方法。示例性机器人末端执行器包括可旋转卷轴，该可旋转卷轴具有缠绕在卷轴上的扁平材料条带。末端执行器进一步包括成形靴，该成形靴包括与材料条带接触的成形表面。成形表面的第一端对应于起始形状，并且成形表面的第二端对应于终止形状。在材料条带从成形表面的第一端传递到成形表面的第二端时，材料条带从起始形状过渡到终止形状并作为成形的桁条层沉积到施加表面上。成形靴可进一步包括真空系统，以沿着成形表面通过多个端口抽吸空气以推动材料条带抵靠成形表面。

技术领域

本公开总体上涉及飞机支撑结构，并且更具体地，涉及飞机桁条的制造和构造。

背景技术

在飞机和运载火箭结构中，各种表面，例如飞机的蒙皮，可以附接到被称为桁条或纵梁或加强件的结构支撑构件。在飞机机身中，桁条连接到模型(也被称为机架)并在飞机的纵向方向上延伸。它们主要负责将作用在蒙皮上的空气动力载荷传递到机架和模型上。在机翼或水平稳定器中，纵梁沿翼展方向延伸并附接在肋条之间。这里的主要功能还在于将作用在机翼上的弯曲载荷传递到肋条和翼梁上。

复合零件上的加强构件的传统制造使用大量工具。由于机翼和机身的尺寸大，用于这些零件的成形和处理设备非常昂贵、笨重，并且需要大量的工厂占地面积、人力和时间。

因此，存在对用于制造飞机支撑结构的改进的且自动化的系统和方法的需要，该系统和方法减少了对人力、大量工具加工和材料处理设备的需求。

发明内容

下文呈现了本公开的简化概述，以提供对本公开的某些实施例的基本理解。该概述不是本公开的广泛概述，并且它没有标识本公开的关键和重要元件或描绘本公开的范围。其唯一目的是作为稍后呈现的更详细描述的序言以简化形式介绍本文公开的一些概念。

提供了用于制造和构造桁条和其他飞机支撑结构的机器人系统和末端执行器组件。在一些示例中，提供了一种机器人末端执行器，该末端执行器包括可旋转卷轴，其中扁平的材料条带缠绕在该卷轴上。末端执行器进一步包括成形靴(forming shoe)，该成形靴包括与材料条带接触的成形表面。成形表面的第一端对应于起始形状，并且成形表面的第二端对应于终止形状。

材料条带可以从成形表面的第一端传递到成形表面的第二端，使得材料条带从起始形状过渡到终止形状，并且作为成形的桁条层(ply)沉积到施加表面上。终止形状可以为“L”形。终止形状可以为帽形。

成形靴可进一步包括从成形表面延伸以在成形表面的第一端和第二端之间引导材料条带的一组导轨。成形靴可进一步包括真空系统，以沿着成形表面通过多个端口抽吸空气以推动材料条带抵靠成形表面。

机器人末端执行器可进一步包括压缩机构，以用于向成形的桁条层施加压力，以将成形的桁条层定位在施加表面上。压缩机构可进一步被配置成将成形的桁条层连接到以下中的一者或多者：施加表面和另一成形的桁条层。例如，压缩机构可包括圆盘，该圆盘包括用于接触成形的桁条层的一个或多个部分的接触表面。作为另一个示例，压缩机构可包括成角度的夹爪。

机器人末端执行器可进一步包括收集卷筒，其中，材料条带包括背衬基材，当材料条带从第一端传递到第二端时，背衬基材与材料条带分离并缠绕在收集卷筒上。背衬基材可包括多个穿孔。多个穿孔可以沿着材料条带的长度均匀地间隔开并用于从卷轴分配材料条带。

本公开的其他实施方式包括与所述设备相对应的系统和方法。例如，在可包括前述和/或后续示例和方面中的任一者的主题的至少一部分的另一方面中，提供了一种系统，该系统包括如上所述的机械臂和末端执行器。

还提供了一种构造飞机加强件的方法。该方法包括从卷轴分配复合材料条带并使复合材料条带穿过成形靴。成形靴包括与材料条带接触的成形表面。成形表面的第一端可以对应于起始形状，并且成形表面的第二端可以对应于终止形状。