基于双机器人协同的自动钻铆终端器及其自动供钉装置的设计与研究

论文摘要

国外航空制造业对自动钻铆技术的研究和应用日渐成熟,并且向着包含机器人、专用柔性工装的柔性自动化装配系统方向发展,而国内的自动化钻铆主要应用于某些国外飞机部件转包生产中,且技术水平普遍较低,所采用的设备几乎全部是进口国外相对比较落后的自动钻铆机。为此,本人所在团队提出了一种用于大型飞机壁板零部件装配的双机器人协同钻铆系统。作为这一大型装配系统的前期研究,本文研究的重点是机器人钻铆终端器,以及其配套的供钉装置。综述了国内外自动钻铆技术及其装备的应用现状。在分析大型飞机机身侧壁板结构特点及主要零件的连接方式的基础上,介绍了双机器人协同自动钻铆系统及其各个组成部分,并制订了双机器人自动钻铆装配壁板组件的工艺流程。在明确机器人钻铆终端执行器功能及工艺过程的前提下,研究了一种一体化的终端执行器及其铆钉插送顶紧装置的结构方案,并通过试制简化的终端执行机构进行多项试验,分别验证基于机器人进行自动钻孔、顶紧、辅助铆接以及完成孔轴配合装配的可行性,获取的优化工艺参数为一体化钻铆工装的进一步设计与优化提供了重要依据。对壁板装配所用铆钉进行具体分析,详细归纳了自动供钉装置的功能需求和设计条件,提出一种包括定向整理、隔料分离和铆钉输送三个模块的方案,针对每个功能模块,提出了多个可行方案并进行分析比较和选优,最后对选定方案的具体结构进行设计。分析了铆钉自动供应时的运动过程,根据参数估算了平均供钉速度,设计了刚性轨道的长度、倾角及截面形状并计算出铆钉进入隔料器时的速度,得出输钉管道最小弯曲半径的计算方法和防止铆钉在管道中卡死的必要条件,并通过实验验证了计算结果,以保证自动供钉装置的工作可靠性。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目次
• 1 绪论
• 1.1 飞机装配中自动钻铆技术发展现状
• 1.1.1 国外飞机装配中自动钻铆技术的发展现状
• 1.1.2 国内飞机装配中自动钻铆技术的应用
• 1.2 飞机装配中工业机器人的应用
• 1.3 钻铆机的自动供料系统
• 1.4 本文研究的背景和意义
• 1.5 本文的主要研究内容
• 2 壁板组件及双机器人自动钻铆系统
• 2.1 壁板组件的结构及连接方式
• 2.1.1 壁板组件结构
• 2.1.2 壁板组件装配的连接方式
• 2.2 双机器人自动钻铆系统组成与功能
• 2.3 双机器人钻铆装配壁板组件的流程
• 2.4 本章小结
• 3 机器人钻铆终端器的设计与试验
• 3.1 钻铆终端器的功能与结构
• 3.1.1 自动钻铆的工艺过程
• 3.1.2 钻铆终端器的功能与结构方案
• 3.2 铆钉插送顶紧装置设计
• 3.2.1 插钉装置端头结构设计
• 3.2.2 输钉管道与插钉装置间的接口机构设计
• 3.3 机器人钻铆试验
• 3.3.1 试验设备与工装
• 3.3.2 机器人自动钻孔试验
• 3.3.3 机器人自动钻锪及辅助铆接试验
• 3.4 机器人执行孔轴装配的重复精度试验
• 3.5 本章小结
• 4 自动供钉装置结构设计
• 4.1 自动供钉装置的需求分析
• 4.1.1 铆钉的种类和规格
• 4.1.2 自动供钉装置的功能需求
• 4.1.3 自动供钉装置的结构组成
• 4.2 供钉装置各功能模块的方案及其优缺点
• 4.2.1 铆钉整理定向模块
• 4.2.2 铆钉隔料分离模块
• 4.2.3 铆钉输送模块
• 4.3 自动供钉装置结构设计
• 4.3.1 自动供钉装置总体结构设计
• 4.3.2 自动供钉装置的安装布局
• 4.3.3 振动盘顶盘设计与底盘选型
• 4.3.4 隔料机构及其气动控制回路设计
• 4.4 本章小结
• 5 影响铆钉传送的关键部件分析与设计
• 5.1 铆钉在振动盘内的运动与供料速度分析
• 5.1.1 铆钉在振动盘内的运动原理
• 5.1.3 影响铆钉供应速度的参数设计
• 5.1.4 平均供料速度估算
• 5.2 铆钉沿刚性轨道滑落运动的分析计算
• 5.2.1 单段倾斜轨道
• 5.2.2 倾斜段与水平段经圆弧连接的轨道
• 5.2.3 轨道截面形状分析与设计
• 5.3 柔性输钉管道分析计算与实验
• 5.3.1 输料管道最小弯曲半径计算
• 5.3.2 铆钉在管道中的运动分析
• 5.3.3 软管输送铆钉实验
• 5.4 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 作者简历