用于飛機(jī)部件自動制孔的機(jī)器人制孔系統(tǒng)研究

王婕

摘 要：結(jié)合飛機(jī)部件自動制孔發(fā)展的趨勢，本文對機(jī)器人制孔系統(tǒng)的總體構(gòu)成進(jìn)行了分析，并對系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和控制流程進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)能夠利用上位機(jī)+PLC控制方式實(shí)現(xiàn)飛機(jī)部件自動制孔流程的控制，能夠較好地完成機(jī)器人和執(zhí)行器的控制要求。

關(guān)鍵詞：飛機(jī)部件；自動制孔；機(jī)器人制孔系統(tǒng)

中圖分類號：TP242.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2018）02-0184-02

Research on Robot Hole System for Automatic Hole Making of Aircraft Components

WANG Jie

（AVIC Xi'an Aircraft Industry （GROUP） Co.，Ltd.，Xi'an 710089，China）

Abstract：The combination of aircraft components of automatic drilling and development trend，this paper analyzes a robot drilling system，then studied the system hardware design and control process，found that the system can use the PC +PLC control method for aircraft components control automatic drilling process，better control robot and actuator requirements.

Keywords：aircraft components；automatic hole making；robot hole making system

0 引 言

一直以來，航空工業(yè)制造技術(shù)都處于制造業(yè)的前端。在飛機(jī)數(shù)字化裝配領(lǐng)域，機(jī)器人擁有的低成本、柔性化等特點(diǎn)引起了制造業(yè)的關(guān)注。伴隨著飛機(jī)制造的自動化發(fā)展，同時(shí)隨著機(jī)器人位置精度的提升，目前工業(yè)機(jī)器人也引入到飛機(jī)部件制造領(lǐng)域，用以實(shí)現(xiàn)飛機(jī)部件的自動制孔，滿足飛機(jī)裝配的效率要求。因此，我們還應(yīng)加強(qiáng)對用于飛機(jī)部件自動制孔的機(jī)器人制孔系統(tǒng)的研究，以便更好地探究飛機(jī)制造未來的發(fā)展方向。

1 機(jī)器人制孔系統(tǒng)總體構(gòu)成

從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來看，機(jī)器人制孔系統(tǒng)由機(jī)器人、制孔執(zhí)行器、視覺檢測裝置及上位機(jī)構(gòu)成，能夠用于進(jìn)行飛機(jī)部件鉆孔和鉸孔等操作，是多功能鉆削系統(tǒng)。其中，機(jī)器人負(fù)責(zé)結(jié)合制孔任務(wù)將制孔執(zhí)行器移動至目標(biāo)位置，在制孔執(zhí)行器與飛機(jī)工件接觸后在上位機(jī)控制下進(jìn)行制孔[1]；視覺檢測裝置負(fù)責(zé)向上位機(jī)及機(jī)器人提供制孔位置信息和焊縫信息；上位機(jī)負(fù)責(zé)進(jìn)行軟件層啟停控制，并負(fù)責(zé)進(jìn)行制孔參數(shù)設(shè)置及監(jiān)控各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

2 機(jī)器人制孔系統(tǒng)主要硬件設(shè)計(jì)分析

2.1 機(jī)器人

系統(tǒng)采用的機(jī)器人為IRB6640機(jī)器人，內(nèi)部包含IRC5 M2004控制系統(tǒng)，擁有多個處理器，采用PCI總線進(jìn)行通信。利用I/O板，機(jī)器人可對外圍設(shè)備的輸入信號進(jìn)行相應(yīng)的控制。在系統(tǒng)工作時(shí)，主要采用自動模式、手動減速模式和手動全速模式，工作電壓為24V，可以按照PAPID語言程序運(yùn)動。利用以太網(wǎng)，機(jī)器人可以與上位機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動指令、位置信息及運(yùn)行狀態(tài)的發(fā)送，并利用RS-232C傳輸鉆孔參數(shù)等數(shù)據(jù)。

2.2 視覺檢測裝置

系統(tǒng)采用的視覺檢測裝置由FV2520型號的鏡頭和GRAS-20S4M-C型號的攝像機(jī)構(gòu)成。根據(jù)需要識別的視場大小及識別精度選型。該裝置能夠用于進(jìn)行制孔位置信息檢測，并對系統(tǒng)的各組成設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。通過手眼標(biāo)定，可以對制孔位置進(jìn)行識別和計(jì)算。此外，它還能利用檢測裝置進(jìn)行焊縫檢測。

2.3 制孔執(zhí)行器

系統(tǒng)制孔器能夠?qū)崿F(xiàn)一體化制孔，它包含制孔單元、基準(zhǔn)測量單元、壓緊單元等各種單元，能夠在制孔前將設(shè)備壓緊，以減小機(jī)器人懸臂振動給制孔質(zhì)量帶來的影響。利用制孔單元，可以進(jìn)行鉆、鉸一體化操作，并通過真空吸除廢屑。另外，利用基準(zhǔn)測量單元，可以進(jìn)行制孔位置找正。

3 機(jī)器人制孔系統(tǒng)用于飛機(jī)部件自動制孔流程

3.1 系統(tǒng)控制方式

從系統(tǒng)采用的控制方式來看，主要是上位機(jī)與PLC聯(lián)合控制的方式。利用PLC，可以與上位機(jī)構(gòu)成安裝靈活、擴(kuò)展方便和性價(jià)比高的控制系統(tǒng)，同時(shí)系統(tǒng)可靠性較強(qiáng)，能夠滿足飛機(jī)部件自動制孔需求。其中，上位機(jī)負(fù)責(zé)進(jìn)行機(jī)器人制孔系統(tǒng)啟停控制，并負(fù)責(zé)制孔狀態(tài)監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置。采用PLC，可以進(jìn)行主軸旋轉(zhuǎn)、進(jìn)氣和氣缸往復(fù)運(yùn)動的控制，即實(shí)現(xiàn)對執(zhí)行器制孔操作過程的控制。從總體流程來看，系統(tǒng)開始運(yùn)行后，機(jī)器人會先運(yùn)動，上位機(jī)確認(rèn)機(jī)器人是否到位，未到位繼續(xù)運(yùn)動，到位后會控制執(zhí)行器鉆孔[2]。鉆孔后，系統(tǒng)需確認(rèn)是否完成當(dāng)前孔，未完成需要繼續(xù)鉆孔，完成后系統(tǒng)會進(jìn)行已鉆孔信息的統(tǒng)計(jì)，確認(rèn)任務(wù)是否完成，未完成需要重新進(jìn)行機(jī)器人運(yùn)動，完成則能結(jié)束任務(wù)。

3.2 上位機(jī)控制

在上位機(jī)控制過程中，其界面包含手動模塊、參數(shù)設(shè)置模塊和自動模塊三種，能夠通過界面操作完成各項(xiàng)操作。利用手動模塊，可以手動實(shí)現(xiàn)進(jìn)給電機(jī)、主軸電機(jī)等裝置的運(yùn)行控制；通過參數(shù)設(shè)置模塊，可以對系統(tǒng)各部門的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如進(jìn)給電機(jī)進(jìn)給率、制孔初始行列等；利用自動模塊，可以使系統(tǒng)自動開展制孔任務(wù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控和啟停控制。

3.3 PLC控制

在PLC控制方面，需要采用模塊化思想進(jìn)行編程。結(jié)合不同的控制對象進(jìn)行不同模塊的調(diào)用，如初始化指令模塊、自動操作模塊和回原點(diǎn)操作模塊等。在執(zhí)行器開始執(zhí)行制孔任務(wù)時(shí)，可以進(jìn)行手動、回零、自動三個模式的選擇。選擇自動模式，將實(shí)現(xiàn)初始化操作，然后進(jìn)行壓力采集，將工件壓緊。在初始化階段，系統(tǒng)需要進(jìn)行故障檢測，發(fā)現(xiàn)故障后，系統(tǒng)會報(bào)警，并進(jìn)行復(fù)位操作。初始化完成后，才能進(jìn)行鉆孔。鉆孔時(shí)，確認(rèn)壓緊到位后，會啟動主軸，開始進(jìn)給運(yùn)動。進(jìn)給完成后，將進(jìn)行退刀，使執(zhí)行器回到原點(diǎn)，然后退回壓腳，完成鉆孔。

3.4 系統(tǒng)控制關(guān)鍵點(diǎn)

在系統(tǒng)控制過程中，關(guān)鍵在于要保證系統(tǒng)信號協(xié)調(diào)。在機(jī)器人運(yùn)動到指定位置后，需向PLC發(fā)送鉆孔信號。完成鉆孔任務(wù)后，PLC需要發(fā)出運(yùn)動指令，使機(jī)器人移動。在制孔階段，需要保證刀具軸線始終與工件表面垂直。利用機(jī)器人工具標(biāo)定功能，可以進(jìn)行刀具軸線與機(jī)器人第六軸法蘭盤相對位置關(guān)系標(biāo)定，來保證軸線垂直工件[3]。在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，需要實(shí)時(shí)躲避障礙物，采用示教方式，可以對機(jī)器人路徑進(jìn)行規(guī)劃，避免機(jī)器人與障礙物發(fā)生碰撞。

4 結(jié) 論

通過研究發(fā)現(xiàn)，采用機(jī)器人進(jìn)行制孔執(zhí)行器移動，同時(shí)利用視覺檢測裝置進(jìn)行制孔位置檢測可以使執(zhí)行器準(zhǔn)確落在制孔位置，在上位機(jī)和PLC控制下完成制孔操作。所以在飛機(jī)裝配領(lǐng)域，采用機(jī)器人制孔系統(tǒng)可以完成部件自動制孔，提高飛機(jī)裝配的效率，滿足飛機(jī)部件制孔的質(zhì)量要求。因此，相信隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人制孔系統(tǒng)將能在飛機(jī)自動裝配生產(chǎn)領(lǐng)域得到應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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