基于机器人的飞机部件自动制孔末端执行器设计Designofanaircraftcomponentsautomaticdrillingendeffectorbasedonrobots张杰，秦现生，胡鹏，刘建平ZHANG激e,QINXian-sheng,HUPeng,LIU激an-ping（西北工业大学机电学院，西安710072）摘要：为满足飞机部件装配中对制孔精度和效率的要求，设计了一种基于机器人的自动制孔末端执行器。该设备采用机器人实现柔性工装调型，并通过视觉检测相机和激光距离传感器校正制孔基准和法向偏差。设计了一体化制孔装置，并实现制孔一次成型。进行了制孔精度和效率测试试验。结果表明，该设备达到了设计要求，具有一定的实用性和推广价值。关键词：飞机部件；自动制孔；机器人；光视检测：TP23文献标识码：B：1009-0134(2013)08(下)-0015-04Doi：10.3969/j.issn.1009-0134.2013.08(下).050引言。量约150Kg；可加工孔径3-8mm；加工对象为复合材料＋铝合金。该设备制孔质量要求：孔径精度H8，光洁度；不产生棱角、破边和裂纹；孔位置精度±；法向测量精度±°；锪窝深度±。单孔钻制节拍≤10s。为此，设备的构成包括：1）柔性工装调型：用于工件定位，在制孔前由机器人配合末端执行器，将POGO柱拉伸至合适的位置。2）视觉检测：用于制孔基准找正，工件上预先标志有基准孔，在制孔前，设备用工业相机获取基准孔2D信息，经运算后补偿实际孔位置与理论值之间的误差。3）法向检测：于法向找正，由于机器人、末端执行器和工装都存在误差，制孔时刀具轴线不一定沿孔位实际法线。法向检测采用四个高精度激光距离传感器检测工件法失信息，经运算后补偿法向偏差。4）一体化制孔：包括压紧工件、伺服进给、锪窝深度控制、断刀检测、钻铰锪一次成型和真空吸屑。一体化制孔是末端执行器核心功能，其整体性能的好坏与制孔精度密切相关。1.2设备工作原理末端执行器通过连接法兰与机器人固连。开始工作后，机器人配合末端执行器，通过末端执行器上的柔性工装调整单元逐一完成工装调型。接着开始基准检测、法向检测、断刀检测和制孔工作。设备工作原理如图2所示。图1机器人自动制孔系统与末端执行器1设备构成及工作原理1.1设备构成依据实际加工需要，末端执行器应满足：重2末端执行器设计2.1机器人法兰连接单元设计收稿日期：2013-06-03作者简介：张杰（1989-），男，湖北武汉人，硕士研究生，研究方向为先进机械电子装置与数控系统。第35卷第8期2013-08(下)【15】图4末端执行器与机器人法兰连接图5法兰设计图图2设备工作原理图末端执行器和机器人的安装方式概括起来共有3种：同轴式、悬挂式和侧面式[4]。如图3所示。2.2柔性工装调型单元设计本文所讨论的柔性工装属于多点阵成型真空吸盘式，如图6所示。多点阵成型真空吸盘柔性工装由一组立柱吸盘组成，吸盘在程序控制下移动定位，生成与装配件曲面完全符合并均匀分布的吸附点阵[5]。末端执行器柔性工装调型单元由Festo公司导向气缸与Camozzi公司气爪气缸组成。在机器人的配合下，柔性工装调型单元抓取并拉伸立柱到合适的位置，使得吸盘与装配件曲面相符合。如图7所示为柔性工装调型实物图与调型示意。这种设计借助机器人拉伸定位工装立柱，省去了为每一个立柱单独配置伺服控制模块，节约了成本，降低了控制系统复杂度。图3末端执行器和机器人的安装方式本文所设计的末端执行器与机器人的连接方式介于同轴式安装于悬挂式安装之间：连接法兰轴线（机器人第六轴轴线）与末端执行器电主轴轴线相交呈30°夹角。其好处是：一定程度上消除了压紧力对机器人第五轴的被动力矩，有利于提高加工孔的精度；机器人可达性好，具有合适的可操作度。再者，这样的设计能够通过心轴定位，使末端执行器安装检测方便，且简洁美观。如图4所示为末端执行器与机器人法兰连接示意图。法兰设计图如图5所示。【16】第35卷第8期2013-08(下)图6多点阵成型真空吸盘式柔性工装图7柔性工装调型实物图与调型示意2.3视觉检测单元设计视觉检测单元由COGNEX公司高精度工业相机Insight5403与专用相机光源组成。相机安装在末端执行器一侧。这种侧置安装方式需要精确标定其像素原点与主轴轴线之间的相对位置关，故设计特定的基准标定板，其一端与电主轴通过芯...