一种用于复材组件装配的拼接式辅助定位工装系统技术方案

本发明专利技术公开了一种用于复材组件装配的拼接式辅助定位工装系统。包括桁架机械臂模块、机械爪模块、工装组件模块、底座模块四个组成部分；桁架机械臂模块为龙门式结构，可以带动机械爪在三维空间内灵活移动；机械爪模块由夹具部分与双目相机构成，主要负责工装组件的抓取、装配以及位姿、误差检测；工装组件模块包含了四种不同形状的工装板，在一定规则的指导下，拼接成与待装配零件形状相适应的工装组件；底座模块包括底座与底板，底座用于安装桁架机械臂，同时作为装配平面，底板用于最终的装配。本发明专利技术通过拼接式辅助定位工装的使用，能够显著增强复材组件的定位特征，机械臂与视觉系统的使用，有效提升了装配自动化水平，提高了装配效率与精度。高了装配效率与精度。高了装配效率与精度。

【技术实现步骤摘要】
一种用于复材组件装配的拼接式辅助定位工装系统


[0001]本专利技术属于航天器数字化装配
，具体涉及一种用于航天器复材组件装配的拼接式辅助定位工装系统。

技术介绍

[0002]随着航天技术的发展，对航天产品零件的精度有着越来越高的要求，虚拟装配技术也被广泛应用于航天装配工艺中。然而，由于有些航天器零件采用复合材料加工而成，其表面精度较低，孔和面的定位精度均不高，缺乏可以在装配过程中准确反映零件位姿的定位特征，导致组件的装配位姿虚实映射困难，虚拟装配的结果难以有效地指导实际组件的装配。
[0003]因此，迫切需要一种高精度的辅助定位工装系统，增强零件的定位特征，以便于后续将零件的装配定位转换为辅助定位工装的装配定位，从而解决组件装配位姿虚实映射的问题。

技术实现思路

[0004]为解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提出一种用于复材组件装配的拼接式辅助定位工装系统，本专利技术通过拼接式辅助定位工装的使用，能够显著增强复材组件的定位特征，从而有效避免由于复材加工精度不高，导致在安装过程中由于缺少定位特征，如定位面(表面不平整、尺寸和形状精度低)和定位孔(由于参考表面粗糙，造成加工过程中孔的定位精度低)等造成的定位误差，从而保证了装配定位的准确，且拼接式的工装结构使其具有较强的通用性。
[0005]本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一、一种用于复材组件装配的拼接式辅助定位工装系统
[0007]包括桁架机械臂模块、机械爪模块、工装组件模块和底座模块，桁架机械臂模块安装于底座模块上方；机械爪模块安装于桁架机械臂模块的运动末端，用于抓取、装配与检测工装组件模块；工装组件模块包括连接件和四种不同形状的工装板；若干块工装板通过连接件拼接后组成与待装配零件底面形状相适应的辅助工装组件，用于辅助定位待装配零件；每块工装板上均设置有夹取口、连接口、螺钉安装孔、定位销孔。
[0008]所述的四种不同形状的工装板分别为A型工装板、B型工装板、C型工装板和D型工装板：
[0009]所述A型工装板为等腰梯形，两腰延长线夹角为30
°
，上底和下底在中轴线上均设有夹取口，两腰上各设有一对连接口，中轴线中点处设有一螺钉安装孔，位于中轴线上且靠近下底位置处设有一定位销孔；
[0010]所述B型工装板为正方形，每条边的中点处设有夹取口，每个夹取口两侧各设有一连接口，工装板的几何中心设有一螺钉安装孔，靠近四个边角处各设有一定位销孔；
[0011]所述C型工装板为长方形，短边长度为长边的一半，每条长边的中点处设有夹取
口，长边的夹取口两侧各设有一连接口，每条短边中点处设有一连接口，中轴线中点设有一螺钉安装孔，位于中轴线上且靠近两条短边的位置处各设有一定位销孔；
[0012]所述D型工装板为等腰直角三角形，直角处以及斜边中点处各设有一夹取口，两直角边各设有一对连接口，斜边中线的中点处设有一螺钉安装孔，靠近两45
°
角处位置处各设有一定位销孔。
[0013]所述A型工装板的腰、B型工装板的边、C型工装板的长边和D型工装板的直角边的长度相同，且设置的连接口位置均相同；
[0014]所述连接件为银锭榫结构，两头宽中间窄，四周设有倒角；连接件通过嵌入两块工装板的连接口之间连接固定两工装板，连接件与工装板的连接口过盈配合；工装板的连接口为与银锭榫结构配合的燕尾槽开口。
[0015]所述底座模块包括底座和底板；底座的四角设置有立柱安装槽用于安装立柱，底座表面分布有若干纵横交错的T型槽，用于安装夹具；底板为矩形金属板，底板上加工有与辅助工装组件的工装板上的定位销孔Ⅰ对应的定位销孔Ⅱ，定位销通过穿过定位销孔Ⅰ和定位销孔Ⅱ将辅助工装组件固定于底板上。
[0016]所述夹取口为一对直角缺口，与机械爪模块上的夹取槽相配合，用于进行夹取时的定位。
[0017]螺钉安装孔为阶梯孔，通过沉头螺钉与螺母连接待装配零件与工装板，沉头螺钉由下至上依次穿过工装板的阶梯孔和待装配零件的通孔，且螺钉头部嵌入螺钉安装孔内，工装板底面没有额外凸出结构。
[0018]所述待装配零件一般为使用复材加工工艺获得的盒形件，其精度较低且缺少定位特征。
[0019]所述桁架式机械臂包括：两个水平且相互平行的X轴导轨、垂直设在两个X轴导轨上并能沿X轴导轨移动的Y轴导轨、设在Y轴导轨上并能沿Y轴导轨移动的滑台、设在滑台上并能相对滑台竖向移动的Z轴提升梁、Z轴提升梁的末端设置有可绕Z轴旋转夹具安装口。
[0020]所述机械爪模块包括机械臂安装架和安装于机械臂安装架上的双目相机、舵机、传动齿轮、从动杆、夹取杆；机械臂安装架顶部与桁架机械臂模块的夹具安装口连接；双目相机正对夹取杆夹取的目标物；两根从动杆一端连接传动齿轮，另一端分别与两根夹取杆铰接相连，传动齿轮在舵机的驱动下转动，从而通过从动杆带动两根夹取杆开合进行夹取；两根夹取杆内侧面设置有夹取槽，夹取槽为与工装板的夹取口配合的一对直角槽，用于提高组件的夹取定位精度，提高位姿识别的容错率。
[0021]所述工装板的材质为聚甲醛等不透光且不反光的材料，以便于后续进行激光扫描。所述连接件的材质为45号钢，其可被电磁铁吸附，为后续与电磁铁阵列配合固定做准备，且其与工装板上的连接口进行过盈配合。所述底板、机械爪的材质为铝合金或钢。
[0022]所述工装板和底板上的定位平面采用机械加工并经过表面抛光处理，保障其尺寸精度和形状精度；定位孔则是在机床上进行孔的加工相关操作，并且将经过精加工的侧面作为基准面对定位孔进行孔的定位和加工，从而保证孔的定位精度。
[0023]所述工装板和底板需要设计合适的厚度，使其拥有足够强度和刚度，以减少加工过程中由于受力变形造成的定位面和定位孔的形状和尺寸精度误差，并且同时满足工装加工制造的经济性。
[0024]二、采用上述拼接式辅助定位工装系统的装配方法
[0025]包括以下步骤：
[0026]1)对每个待装配零件，根据工装板的拼接规则拼接与待装配零件形状适配的辅助工装组件，将辅助工装组件与待装配零件通过螺钉螺母固接，得到工装组件装配体；
[0027]2)将所有工装组件装配体置于底座模块上，并对其进行扫描，得到三维点云模型数据，进而通过计算机辅助技术进行虚拟装配，得到装配信息；
[0028]3)通过双目相机识别所有工装组件装配体的类型和摆放位姿，机械爪根据位姿信息和装配信息对其进行抓取和装配；
[0029]4)然后通过视觉检测记录装配后的各工装组件装配体上未被遮挡的定位销孔Ⅰ的位置，再将所有工装组件装配体从底座上取下，根据记录的定位销孔位置在底板上加工出对应的定位销孔Ⅱ；
[0030]5)最后通过定位销将装配后的工装组件装配体固定于底板上，完成待装配零件的辅助定位。
[0031]所述步骤1中工装板的拼接规则包括：
[0032]1)对于底面面积大于B型工装板面积2倍的待装配零件，优先使用B型工装板；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于复材组件装配的拼接式辅助定位工装系统，其特征在于，包括桁架机械臂模块(1)、机械爪模块(2)、工装组件模块(3)和底座模块(4)，桁架机械臂模块(1)安装于底座模块(4)上方；机械爪模块(2)安装于桁架机械臂模块(1)的运动末端，用于抓取、装配与检测工装组件模块(3)；工装组件模块(3)包括连接件(3
‑
5)和四种不同形状的工装板；若干块工装板通过连接件(3
‑
5)拼接后组成与待装配零件底面形状相适应的辅助工装组件，用于辅助定位待装配零件；每块工装板上均设置有夹取口(3
‑
4)、连接口(3
‑
1)、螺钉安装孔(3
‑
3)、定位销孔(3
‑
2)。2.根据权利要求1所述的一种用于复材组件装配的拼接式辅助定位工装系统，其特征在于：所述的四种不同形状的工装板分别为A型工装板、B型工装板、C型工装板和D型工装板：所述A型工装板为等腰梯形，两腰延长线夹角为30
°
，上底和下底在中轴线上均设有夹取口(3
‑
4)，两腰上各设有一对连接口(3
‑
1)，中轴线中点处设有一螺钉安装孔(3
‑
3)，位于中轴线上且靠近下底位置处设有一定位销孔(3
‑
2)；所述B型工装板为正方形，每条边的中点处设有夹取口(3
‑
4)，每个夹取口(3
‑
4)两侧各设有一连接口(3
‑
1)，工装板的几何中心设有一螺钉安装孔(3
‑
3)，靠近四个边角处各设有一定位销孔(3
‑
2)；所述C型工装板为长方形，短边长度为长边的一半，每条长边的中点处设有夹取口(3
‑
4)，长边的夹取口(3
‑
4)两侧各设有一连接口(3
‑
1)，每条短边中点处设有一连接口(3
‑
1)，中轴线中点设有一螺钉安装孔(3
‑
3)，位于中轴线上且靠近两条短边的位置处各设有一定位销孔(3
‑
2)；所述D型工装板为等腰直角三角形，直角处以及斜边中点处各设有一夹取口(3
‑
4)，两直角边各设有一对连接口(3
‑
1)，斜边中线的中点处设有一螺钉安装孔(3
‑
3)，靠近两45
°
角处位置处各设有一定位销孔(3
‑
2)。3.根据权利要求2所述的一种用于复材组件装配的拼接式辅助定位工装系统，其特征在于：所述A型工装板的腰、B型工装板的边、C型工装板的长边和D型工装板的直角边的长度相同，且设置的连接口(3
‑
1)位置均相同。4.根据权利要求1所述的一种用于复材组件装配的拼接式辅助定位工装系统，其特征在于：所述连接件(3
‑
5)为银锭榫结构，两头宽中间窄，四周设有倒角；连接件(3
‑
5)通过嵌入两块工装板的连接口(3
‑
1)之间连接固定两工装板，连接件(3
‑
5)与工装板的连接口(3
‑
1)过盈配合；工装板的连接口(3
‑
1)为与银锭榫结构配合的燕尾槽开口。5.根据权利要求1所述的一种用于复材组件装配的拼接式辅助定位工装系统，其特征在于：所述底座模块(4)包括底座和底板(4
‑
4)；底座的四角设置有立柱安装槽(4
‑
2)用于安装立柱(1
‑
5)，底座表面分布有若干纵横交错的T型槽(4
‑
3)，用于安装夹具；底板(4
‑
4)为矩形金属板，底板(4
‑
4)上加工有与辅助工装组件的工装板上的定位销孔Ⅰ(3
‑
2)对应的定位销孔Ⅱ(4
‑
5)，定位销(3
‑
8)通过穿过定位销孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：段桂芳，吴越，刘振宇，谭建荣，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：