一种飞机外翼自动化调姿对接方法

1.本发明属于飞机数字化装配领域，尤其是涉及一种飞机外翼自动化调姿对接方法。


背景技术：

2.在飞机装配制造过程中，中央翼和外翼均属于飞机的重要关键部件，是实现飞机起飞、飞行和降落过程中飞机姿态控制的核心单元。为保证飞机的可靠性，必须保证中央翼和外翼的可靠装配。
3.申请公布号为cn108216682a的发明专利公开了一种六自由度便携式无人机机翼及v型尾翼通用调姿对接托车，该设备包括液压升降车、菱形倾转机构组件、铰链组件、倾转支撑板、蜗轮蜗杆升降机、升降机传动连杆、纵横托板组件、机翼支撑板、高密度海绵、万向球头组件、支撑架、第一手轮组件和若干个万向脚轮。该发明虽然增加了定位调节机构和柔性铰链结构，也采用了运输小车来转移工位，但是对接时在小车上完成，容易发生倾倒和位移，位置调节也都是采用手动方式，自动化程度很低，依然无法满足装配精度的要求，且工人的技术要求也很高。
4.授权公告号为cn206125462u的实用新型专利公开了一种飞机机翼连接安装辅助设备，该设备包括机翼调姿机构、机翼托架和agv小车，机翼托架底部设有多个机翼调姿机构，多个机翼调姿机构安装于agv小车顶部，机翼设置在机翼托架上，机翼调姿机构包括升降驱动机构、上下叠装的y轴滑移机构和x轴滑移机构，x轴滑移机构和y轴滑移机构分别通过各自的驱动电机驱动滑移，升降驱动机构设置在所述的y轴滑移机构的滑台上的旋转驱动机构上，升降驱动机构的顶部通过球头与所述的机翼托架底部活动铰接，通过机翼调姿机构上下前后左右位移使机翼处于合适的角度对准飞机机身的安装孔来实现对接装配。该实用新型虽然增加了调姿机构，减少了人工调姿操作的难度和误差，但是由于其下部是安装在小车上，存在平台不稳，容易位移和倾倒的问题，故其安装精度仍然无法达到飞机机翼安装的要求。该设备也没有集成数字化测量系统、控制系统、监视系统等闭环控制系统，存在自动化程度和可视化程度低，工人操作技术要求较高的问题。
5.目前，中央翼和外翼等特殊部件的装配依旧采用传统吊装和人工辅助装配，数字化程度相对较低，也无法实现柔性装配，从而造成装配的对接应力过大，装配效率很低，装配平台稳定性差，容易发生安全事故。装配工人的技能要求相对较高。


技术实现要素：

6.为实现上述目的，本发明提供一种飞机外翼自动化调姿对接方法，包括以下步骤：1)s1：安装前准备；2)s2：外翼上架；3)s3：运输前准备；4)s4：agv车入位顶升；5)s5：整体平台入位；6)s6：外翼调姿对接；7)s7：外翼与调姿托架分离；8)s8：agv车带整体平台撤离，其特征是：步骤s2：外翼上架时，将第一托架转动至机翼托架上表面呈水平状态，再将外翼放置在机翼托架上；步骤s6：外翼调姿对接时，将第一托架转动至机翼托架上表面呈倾斜状
态，倾斜角度与外翼插耳面相匹配。自动化程度很高，对接精准。
7.优选地，步骤s1：安装前准备，包括：1)agv车将外翼调姿系统从存放站位移动至指定位置；2)外翼调姿系统的各支撑脚支撑地面，调姿定位器处于对接理论位置，机身由三台千斤顶支撑并调平。为外翼上架准备好稳定的支撑平台，过程中数字化，自动化程度很高。
8.优选地，步骤s2：外翼上架，包括：1)使用v型定位块快速将外翼固定在外翼固定架上；2)将第一托架调整至机翼托架上表面呈水平状态；3)将外翼连同外翼固定架吊装至机翼托架上表面；4)将机翼托架和外翼固定架固定在一起；5)实时监控外翼与外翼固定架连接处的三向应力和真空吸附盘的压力，并实时在显示器上显示。实时检测外翼与外翼固定架连接处的应力，保证外翼牢牢的固定在对接单元上。
9.优选地，步骤s3：运输前准备，包括：1)将第一托架旋转至对接状态；2)调姿定位器带外翼调姿系统沿x轴往翼尖方向行走，为后续工作腾出操作空间；3)丝杆升降机顶升整体平台上升，为agv车进入做准备。
10.优选地，步骤s4：agv车入位顶升，包括：1)agv车自动进入整体平台底部，通过视觉相机寻找支撑平台标识点位置；2)通过视觉相机判定agv车入位后，agv车上顶升机构顶升整体平台，此时整体的平台主升降支撑脚离地。
11.优选地，步骤s5：整体平台入位，包括：1)agv车自动导航将整体平台移动至指定位置；2)agv车顶升机构下降，使主升降支撑脚着地，将整体平台放置于地面上，agv车撤离；3)整体平台主撑脚带动主体平台下降，下降到位后辅助撑脚撑地，增强平台稳定性；4)调姿定位器带调姿托架往翼根方向移动复位。准备开始对接。
12.优选地，步骤s6：外翼调姿对接，包括：1)激光跟踪仪测量中央翼及外翼姿态；2)将第一托架转动至机翼托架上表面呈倾斜状态，倾斜角度与外翼插耳面相匹配；调姿定位器根据激光跟踪仪所得的测量数据，调整外翼姿态；3)拔去六自由度柔顺机构上的复位插销，启动进给电机，使整个调姿系统沿进给轴向前滑动，让外翼与中央翼柔顺对接；4)人工安装连接螺栓。柔顺的对接能有效减小对接装配应力，保证了产品性能的稳定。
13.优选地，步骤s7：外翼与调姿托架分离，包括：1)安装外翼作动筒；2)拆除外翼前缘安全防脱钩，松开外翼真空吸附盘；3)调姿定位器带整体托架下降；4)将复位插销插回柔顺机构；5)调姿定位器带整体托架往翼尖方向退回250mm；6)第一托架转动至机翼托架上表面水平状态。
14.优选地，步骤s8：agv车带整体平台撤离，包括：1)整体平台主撑脚带动主体平台上升，为agv车进入预留空间；2)agv车进入整体平台底部，agv车顶升机构顶升整体平台；3)agv车带整体平台移动至指定位置存放；连接折叠翼测试系统，测试折叠翼的收放。
15.如上所述，本发明具有以下有益效果：
16.1、整个过程一气呵成，人工干预很少，自动化程度，数字化程度极高。
17.2、减少了对接装配应力，提高了装配效率，保证了稳定的产品质量。
18.3、避免了车间安全事故，保证了工人的健康安全。
附图说明
19.图1是本发明一种飞机外翼自动化调姿对接方法采用的装置结构示意图。
20.图中：整体平台101、调姿定位器102、调姿托架103、六自由度柔顺机构104、外翼前
缘安全防脱钩105、外翼固定架106、v型定位块107、真空吸附盘108、显示器109、辅助支撑脚110、agv车111、主升降支撑脚112、第一托架113、机翼托架114；
21.图2是外翼支撑调姿对接平台的总体结构示意图；
22.图3是图2中平台框架上部结构示意图；
23.图4是图2中平台框架底部结构示意图；
24.图5是图2中agv小车结构示意图；
25.图6是图2中主升降支撑脚组件结构示意图；
26.图7是图2中辅助气动支撑脚组件结构示意图；
27.图8是2中调姿定位器结构示意图；
28.图9是柔顺对接系统总体的结构示意图；
29.图10是图9中基座和对接进给组件的结构示意图；
30.图11是图9中进给座和第一托架的结构示意图；
31.图12是图9中进给座和第一托架上的驱动部件的结构示意图；
32.图13是图9中滚动组件和环状导轨的截面配合结构示意图；
33.图14是图9中第二托架和柔顺机构的结构示意图；
34.图15是图9中柔顺机构的结构示意图。
具体实施方式
35.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例的限制。本文中所涉及的方位词“上”、“下”、“左”和“右”，是以对应附图为基准而设定的，可以理解，上述方位词的出现并不限定本发明的保护范围。
36.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
37.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
38.如图1所示为本发明所用的装置，本发明为一种机外翼自动化调姿对接方法，包括以下步骤：1)s1：安装前准备；2)s2：外翼上架；3)s3：运输前准备；4)s4：agv车入位顶升；5)s5：整体平台入位；6)s6：外翼调姿对接；7)s7：外翼与调姿托架分离；8)s8：agv车带整体平台撤离。
39.步骤s1：安装前准备，包括：1)agv车将外翼调姿系统从存放站位移动至指定位置；2)外翼调姿系统的各支撑脚支撑地面，调姿定位器处于对接理论位置，机身由三台千斤顶支撑并调平。为外翼上架准备好稳定的支撑平台。
40.步骤s2：外翼上架，包括：1)使用v型定位块快速将外翼固定在外翼固定架上；2)将第一托架调整至机翼托架上表面呈水平状态；3)将外翼连同外翼固定架吊装至机翼托架上
表面；4)将机翼托架和外翼固定架固定在一起；5)实时监控外翼与外翼固定架连接处的三向应力和真空吸附盘的压力，并实时在显示器上显示。实时检测外翼外翼与外翼固定架连接处的应力，保证外翼牢牢的固定在对接单元上。
41.步骤s3：运输前准备，包括：1)将第一托架旋转至对接状态；2)调姿定位器带外翼调姿系统沿x轴往翼尖方向行走，为后续工作腾出操作空间；3)丝杆升降机顶升整体平台上升，为agv车进入做准备。
42.步骤s4：agv车入位顶升，包括：1)agv车自动进入整体平台底部，通过视觉相机寻找支撑平台标识点位置；2)通过视觉相机判定agv车入位后，agv车上顶升机构顶升整体平台，此时整体的平台主升降支撑脚离地。
43.步骤s5：整体平台入位，包括：1)agv车自动导航将整体平台移动至指定位置；2)agv车顶升机构下降，使主升降支撑脚着地，将整体平台放置于地面上，agv车撤离；3)整体平台主撑脚带动主体平台下降，下降到位后辅助撑脚撑地，增强平台稳定性；4)调姿定位器带调姿托架往翼根方向移动复位。准备开始对接。
44.步骤s6：外翼调姿对接，包括：1)激光跟踪仪测量中央翼及外翼姿态；2)将第一托架转动至机翼托架上表面呈倾斜状态，倾斜角度与外翼插耳面相匹配；调姿定位器根据激光跟踪仪所得的测量数据，调整外翼姿态；3)拔去六自由度柔顺机构上的复位插销，启动进给电机，使整个调姿系统沿进给轴向前滑动，让外翼与中央翼柔顺对接；4)人工安装连接螺栓。柔顺的对接能有效减小对接装配应力，保证了产品性能的稳定。
45.步骤s7：外翼与调姿托架分离，包括：1)安装外翼作动筒；2)拆除外翼前缘安全防脱钩，松开外翼真空吸附盘；3)调姿定位器带整体托架下降；4)将复位插销插回柔顺机构；5)调姿定位器带整体托架往翼尖方向退回250mm；6)第一托架转动至机翼托架上表面水平状态。
46.步骤s8：agv车带整体平台撤离，包括：1)整体平台主撑脚带动主体平台上升，为agv车进入预留空间；2)agv车进入整体平台底部，agv车顶升机构顶升整体平台；3)agv车带整体平台移动至指定位置存放；连接折叠翼测试系统，测试折叠翼的收放。
47.如上所示，本发明提供的一种飞机外翼自动化调姿对接方法，在飞机装配时大大减少了人工干预，自动化程度和数字化程度极高。柔性装配的应用减少了对接装配应力，提高了装配效率，能保证稳定的产品质量。装配人员的大大减少使工伤安全事故大大下降，保证了工人的安全和健康。
48.用于实现上述机外翼自动化调姿对接方法的装置主要包括外翼支撑调姿对接平台和柔顺对接系统。
49.如图2～图8所示的外翼支撑调姿对接平台，包括agv小车201和放置在小车上的平台框架202，平台框架202长4200mm，宽2900mm，高850mm，底部agv小车201进出的空间高度为630mm，平台框架202上设有：
50.四个主升降支撑脚组件203，行程450mm，位于平台框架底部四角，在机翼对接时能同时下降，可降低平台重心，提高设备稳定性。主升降支撑脚组件203包括升降动力机构204，该升降动力机构204通过底部的过渡连接件205与主支撑脚206连接，其中过渡连接件205和主支撑脚206用球铰方式连接，能适应地面
±
5mm的不平整度，主支撑脚206上还设有维力传感器，能够实时监控支撑力变化。升降动力机构204可以是丝杠、气缸、电机等本领域
常用的结构，本实施例中具体是丝杠升降机，且四个丝杠升降机采用一个电机通过连接杆传递动力的运动方式来驱动，实现四支撑点同步升降，在平台升降过程中有效的避免了由于行程不统一而造成平台倾斜甚至倾倒。丝杠升降机还具有自锁功能，静止状态下能提供稳定牢固的支撑力。
51.如图3和7所示，四个辅助气动支撑脚组件207，行程40mm，位于平台框架底部中间位置，在主升降支撑脚组件着地后进行辅助支撑，增强平台稳定性，辅助气动支撑脚组件207包括由气缸208驱动的滑块209，滑块209上设有倾斜的滑槽210、该滑槽210内滚动配合有滚轮211，该滚轮211的轴与竖直设置的升降柱212固定连接，升降柱212的底部设有辅助支撑脚213，升降柱212与辅助支撑脚213之间采用球铰连接，同样能适应地面
±
5mm的不平整度，四个辅助支撑脚组件207的气缸208均分别配备压力监测装置，根据设定的压力阈值来监测是否运动到位，并实时反馈工作状态。
52.如图2和8所示，四个调姿定位器214，位于平台框架四角，调姿定位器214包括固定在平台框架的底座215，底座215上设有沿x向滑动的x轴托板216，x轴托板216设有沿y向滑动的y轴托板217，y轴托板17设有可沿立柱上下滑动的z轴托板218，z轴托板218上设有支撑装置。通过这四个调姿定位器214可以在坐标系三个平动方向上调整机翼的位置，且为了保证在中央翼下翼面离地高度条件要求下确保对接系统可实现外翼与中央翼对接，四个调姿定位器214是镶嵌在平台框架202内部的。
53.如图2-4所示，agv小车1上设有升降定位柱219，平台框架上设有定位孔220。升降定位柱219和定位孔220相配合。便于平台框架202更好的定位和更稳定的放置在agv小车201上。平台框架202上设有四个吊点227，用来吊起平台。在平台底部一端装有一个视觉数码相机222，实时监测地面上的标记点，监控平台水平方向的位移。在平台框架202底部四角上装有4个高精度激光测距位移传感器221，实时监控平台放置地面后的高度。通过视觉数码相机222和激光测距位移传感器221得到的数据反馈至控制平台用于调整平台姿态。集成控制平台223能够实时显示测量系统、数控系统、监视系统相关参数与画面，实时监控机翼对接过程中的姿态并调姿，保证对接过程的平顺性，并预留有网络线缆。系统操控柜225安装于平台框架202靠近翼尖侧部，设计高度为在整体框架支撑脚撑地后，监控显示屏224离地高度1200mm，方便人工观察与操作。集成控制平台223所有快插接口均采用防差错设计，所有操作按钮易于操作，并具有明显的标识以及防止误操作措施，降低设备的操作难度，提高可用性，并满足人机工程学要求。电气控制系统存放于整体框架内部，按区域布置并且放置电气标识，并按照方便后续检维修工作的要求进行合理设计，各个系统之间避免了相互干扰。集成控制平台223外有金属罩壳226，内部布局安排合理，具备抗电磁干扰能力、电磁防护功能。整个设备充分体现了柔性化、数字化的装配理念。
54.工作原理：通过平台框架202上部四角的吊点227用行车将平台吊起并放置在外翼货架附近，四个主支撑脚206稳固的将平台框架202支撑在地面，激光测距位移传感器221和视觉数码相机222收集平台数据，工人通过操控柜将平台调至水平，过渡连接件205和主支撑脚206之间的球铰结构使平台能适应不平整的地面。把外翼通过真空吸附器吸附在外翼托架上并锁住固定。将带外翼的外翼托架定位并放置在平台框架202的四个调姿定位器214上，四个主升降支撑脚组件203中的升降动力机构4在一个驱动电机的驱动下同时开始转动，将整体平台顶升至平台框架202底部空间高度大于agv小车201的车身高度。agv小车1从
平台框架202底部驶入后，四个主升降支撑脚组件203慢慢下降，通过定位孔220和升降定位柱219把平台框架202定位并放置在agv小车201上。agv小车201根据设计好的程序自动行使至装配工位后，四个主升降支撑脚组件203在驱动电机的带动下同时下降，将平台慢慢顶起，agv小车201脱离定位孔20并驶出平台框架202底部，辅助气动支撑脚组件207的辅助支撑脚213在气缸208的带动下下降并支撑地面，此时，整体平台稳稳的放置于地面准备开始对接。装配工人站在集成控制平台223前通过监控显示器224观察平台姿态和对接状态，并结合测量系统、控制系统、监视系统等闭环系统通过调姿定位器214在三个方向上调节，使外翼姿态调整至对接状态，最后完成外翼对接装配。
55.如图9-15所示的柔顺对接系统，包括基座1，设置在基座1上的对接进给组件3、第一托架34、第二托架33和柔顺机构。
56.对接进给组件3，包括进给轴4和两侧的滑轨10，进给轴11和滑轨10均倾斜设置在基座1上，其倾斜角度与外翼插耳面相匹配；进给轴4上固定有进给座14，该进给座14两侧由滑轨10支撑并与滑轨10呈滑动配合，进给轴4由进给电机9通过减速器7驱动，具有自锁功能，并且进给电机9与进给轴4之间设有离合器8，可以使进给电机9与减速器7快速分离，进给轴4上设有手轮6可以手动进给，进给轴4上还设有力传感器5。在自动进给装配时能实时监控进给力，如果对接力过大伺服电机会立刻停止对接，系统会发出声光报警。手动对接过程中如果对接力过大系统也会发出声光报警，提醒工人。
57.第一托架34，其以可转动的方式设于进给座14，其转动轴4与进给座14相垂直，第一托架34倾斜设置，其底端与底面相交，第一托架34的底面与进给座14相平行，在外翼上架时，第一托架34转动至第二托架33呈水平状态；在外翼对接时，第一托架34转动至第二托架33呈倾斜状态，其倾斜角度与外翼插耳面匹配；进给座14上固定设有环状导轨13，第一托架34设在环状导轨13上并与该环状导轨13呈滚动配合，第一托架34设有由转动电机39驱动的齿轮16，该齿轮16与固定在进给座14上的环状齿条17相啮合，第一托架34通过滚动组件18设在环状导轨13上，该滚动组件18包括固定在第一托架34上的滚动座40，滚动座40与环状导轨13之间设有滚动块20，滚动座40两侧还设有滚针凸轮导向器19，该滚针凸轮导向器19抵在环状导轨13的两侧，其中外侧的滚针凸轮导向器19为偏心的，偏心调整量为0.7mm，可保证滚针凸轮导向器19和环状导轨13的紧密贴合，提高回转顺畅性。
58.第二托架33，该托架的上表面倾斜设置，其底端与底面相交，在外翼上架时，第一托架34转动至第二托架33呈水平状态，在外翼对接时，第一托架34转动，与第二托架本身的倾斜角度一起形成与插耳面匹配的外翼角度，在进给座14上通过在第二托架33上表面处于对接状态和水平状态处各设置一个接近开关，可以控制和切换工作状态和搬运状态。
59.柔顺机构，位于第一托架34和第二托架33之间，在对接遇到阻力时，让外翼反向避让。柔顺机构35包括与第一托架34上表面固定连接的底板30、可在底板30上做x向运动的中间板31、可在中间板31上转动的顶板32，第二托架33下表面下方支撑有升降机构36且两者之间设有球铰2，升降机构36上设有复位碟簧27，底板30与第二托架33下表面之间设有竖向复位弹簧22，中间板31与第二托架33下表面之间设有斜向复位弹簧24，底板30与第二托架33下表面设有复位插销23，在产品上架时，复位插销23能保证产品有足够的稳定性。顶板32设有转动滑轨25，中间板31上设有与该转动滑轨25相匹配的一组转动轮组件37，并且该组转动轮组件37将顶板32夹持在中间。中间板31设有直线滑轨29，底板30上设有与该直线滑
轨29相匹配的一组滑动轮组件38，并且该组滑动轮组件38将中间板31夹持在中间。升降机构36包括与顶板32固定的导向套28，该导向套28内设有与其呈上下滑动配合的导向柱26，导向柱26与第二托架33用球铰2连接。
60.在对接机翼时，x轴方向为机翼翼展方向，需要较大的柔性。其运动的方式主要通过直线滑轨29实现，同时，四个球铰2也能提供较小的运动行程，其柔性的方式主要通过四角上的竖向复位弹簧22和斜向复位弹簧24共同提供。y轴方向不需要较大柔性。运动的方式通过四个球铰2实现，具有较小的运动行程，其柔性的方式主要通过四角上的竖向复位弹簧22和斜向复位弹簧24共同提供。z轴方向为产品高度方向，需要较大的柔性。运动的方式主要通过导向柱26实现，其柔性的方式主要通过四角上的竖向复位弹簧22和导向套28里的复位碟簧27共同提供。绕x轴和y轴转动的方式都是通过四个球铰2实现的。柔性的方式都主要通过四角上的竖向复位弹簧22和导向套28里的复位碟簧27共同提供。绕z轴转动的方式通过转动滑轨25实现，其柔性的方式主要通过四角上的竖向复位弹簧22和斜向复位弹簧24提供。柔顺机构因此有六自由度可以避让，配合进给速度，可以完全避免强迫装配，还用于平衡产品及产品托架的重力。
61.工作原理：在安装前，第一托架34先绕转动轴11转动将第二托架33上表面转至水平，放置机翼在上面，用吸盘和锁爪固定后再转回对接状态，经过对机构的激光跟踪测量和姿态调整后，拔复位插销23，打开柔性，进行对接。在对接过程中，进给轴4先在进给电机9驱动下进行自动进给完成对接和装配，如遇较大阻力后声光报警，柔性机构35自动后退，离合器8自动分离，进给轴4失去动力，这时可以用手轮6人工缓慢进给，使得顺利对接。接着人工安装连接螺栓，解锁锁爪，顶开吸盘，产品完成装配并与对接系统分离。
62.以上所述仅为本发明的较佳实施举例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。