本發(fā)明屬于機械自動化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種飛機裝配型架定位器用連接結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

飛機裝配過程中所使用的具有定位要求的裝備，統(tǒng)稱為裝配工藝裝備，簡稱裝配工裝，其主要任務(wù)在于保證飛機產(chǎn)品的互換協(xié)調(diào)與幾何參數(shù)，并提高勞動生產(chǎn)率及降低成本。其中，飛機裝配型架是飛機裝配中的專用工藝裝備，是裝配工裝的重要組成部分，具有與飛機構(gòu)造密切相關(guān)的特點，是保證飛機裝配質(zhì)量的可靠措施。裝配型架結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理正確，不但對裝配型架本身制造工作量大小、周期長短、成本高低和裝配條件有直接影響，而且也決定著各工件的對接、配合尺寸是否一致，對飛機裝配的互換協(xié)調(diào)性、制造質(zhì)量和進度有很大的影響，影響著整個飛機的制造周期。

飛機裝配型架主要由骨架和定位器兩部分組成。圖1和圖2為一種無人機裝配型架的整體和局部結(jié)構(gòu)圖。其中骨架是型架的基體，主要用于定位器、夾緊器的固定和支撐，同時確保這些元件空間位置的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。定位器是飛機裝配型架中廣泛采用的定位元件，主要用于支撐、定位和夾緊工件，保證所定位的工件處于正確、可靠的位置，以及各部件的互換和對接接頭的協(xié)調(diào)等?，F(xiàn)有技術(shù)中在裝配型架上使用了多種類型的定位器，如外形定位器、接頭定位器以及工藝孔定位器等。隨著我國飛機制造業(yè)水平的大幅提升，整體結(jié)構(gòu)件大量應(yīng)用于飛機設(shè)計制造中，接頭定位器因其定位準(zhǔn)確、節(jié)省空間、方便美觀等優(yōu)點，在設(shè)計和生產(chǎn)中越來越多地被采用，已成為裝配型架中主要的定位元件。

在裝配型架設(shè)計過程中，由于設(shè)計水平和風(fēng)格等的差異，接頭定位器的結(jié)構(gòu)形式多樣。從接頭定位器的定位和互換性功能方面考慮，結(jié)構(gòu)通常都可以劃分為支撐部件和工作部件兩大部分，圖3所示即為一種典型的傳統(tǒng)定位器，其主要由工作件、支臂和支臂座組成，支臂座與工裝骨架直接相連?，F(xiàn)定義X軸方向沿支臂軸線方向；Y軸方向與X軸垂直，并平行于支臂座與工裝骨架的貼合面；Z軸垂直于支臂座與工裝骨架的貼合面。該種定位器在X軸方向的平移和轉(zhuǎn)動自由度主要靠調(diào)整支臂實現(xiàn)，在沿X軸、Y軸方向的平移和繞Z軸轉(zhuǎn)動的自由度的調(diào)整主要靠支臂座在工裝骨架上的滑動實現(xiàn)，而繞Y軸的翻轉(zhuǎn)和沿Z軸的移動只能靠打磨支臂座底面或者在支臂座與骨架之間加墊片來實現(xiàn)。這種調(diào)整方式對工人的操作能力要求較高，也非常費時。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種飛機裝配型架定位器用連接結(jié)構(gòu)。所述的連接結(jié)構(gòu)為L型連接件，所述的L型連接件具有相互垂直的兩個平面，分別與工裝骨架和定位器的支臂座之間平面接觸連接，連接方式為螺釘連接；定位器的支臂與支臂座之間為圓柱副，調(diào)整好位置后銷釘緊固連接。

所述的L型連接件的兩個平面上分別開有四個長圓孔；每個平面上的長圓孔的長度方向垂直于所述L型連接件兩個互相垂直的面的交線；所述的長圓孔的長度為l，寬度和半徑均為r₁，如果螺釘?shù)陌霃綖閞₂，則有r₁>r₂，L型連接件相對于工裝骨架沿Y軸平移的位置調(diào)整空間為：l+2(r₁-r₂)；所述Y軸垂直于L型連接件與支臂座的貼合面。

當(dāng)所述的長圓孔的長度l＝0時，此時的長圓孔變?yōu)榘霃綖閞₁的圓孔結(jié)構(gòu)，L型連接件相對于工裝骨架沿Y軸平移的位置調(diào)整空間為：2(r₁-r₂)。

L型連接件相對于工裝骨架有沿Y軸方向移動和繞Z軸方向旋轉(zhuǎn)的兩個自由度；支臂座相對于L型連接件有沿Z軸方向移動和繞Y軸方向旋轉(zhuǎn)的兩個自由度；支臂相對于支臂座有沿X軸方向移動和繞X軸方向旋轉(zhuǎn)的兩個自由度；所述的Y軸垂直L型連接件與支臂座的貼合面，所述X軸沿著支臂長軸方向，所述的Z軸垂直L型連接件與工裝骨架的貼合面。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

(1)定位可靠：該連接結(jié)構(gòu)與定位器其他零件之間的連接方式為面與面的貼合，經(jīng)過螺釘緊固后可實現(xiàn)定位器的可靠定位；

(2)操作簡便：避免了傳統(tǒng)定位器須打磨、加墊片等復(fù)雜操作，對工人操作水平要求低，可有效提高生產(chǎn)效率；

(3)應(yīng)用范圍廣：當(dāng)飛機機身零部件已放置到某一確定位置，具備該新型連接結(jié)構(gòu)的定位器可以通過調(diào)整適應(yīng)零部件的當(dāng)前位置，然后緊固保證定位，故該連接結(jié)構(gòu)可應(yīng)用于機械手自動化裝配的場合。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的無人機裝配型架的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1中所述的無人機裝配型架的局部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是現(xiàn)有技術(shù)中典型的傳統(tǒng)定位器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是采用本發(fā)明的新型定位器結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是L型連接件與工裝骨架的連接方式示意圖。

圖6是螺釘在長圓孔中的移動范圍示意圖。

圖7是定位器旋轉(zhuǎn)空間分析原理圖。

圖8是圖7的局部放大圖。

圖9是采用本發(fā)明所述新型連接結(jié)構(gòu)的定位器各零件坐標(biāo)系示意圖。

圖中：

1.定位器；2.工裝骨架；3.支臂；4.支臂座；

5.L型連接件；501.長圓孔；6.螺釘。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明作進一步的詳細(xì)說明。

本發(fā)明提供一種飛機裝配型架定位器用連接結(jié)構(gòu)，所述連接結(jié)構(gòu)為L型連接件，所述的L型連接件的兩個面相互垂直，并分別連接定位器的支臂座與工裝骨架，如圖4所示。工裝骨架與L型連接件、L型連接件與支臂座之間皆為平面貼合，定位完成后靠螺釘緊固。支臂與支臂座之間為圓柱副，調(diào)整完成后靠銷釘緊固。所述L型連接件的兩個互相垂直的面上分別設(shè)置有四個長圓形螺釘間隙孔，如圖5所示，所述的長圓形螺釘間隙孔的長軸垂直于所述L型連接件兩個互相垂直的面的交線。這樣在所述L型連接件分別與所述的支臂座和工裝骨架用螺釘連接時，螺釘與長圓形螺釘間隙孔之間的間隙可保證定位器末端有一定的調(diào)整空間。所述的調(diào)整空間是指定位器沿Y軸和Z軸的位移空間和旋轉(zhuǎn)空間。

使用方法：先將L型連接件上的八個螺釘輕輕擰緊，保證L型連接件與工裝骨架及支臂座接觸面貼合并可進行一定的滑動。根據(jù)定位要求對定位器進行六個自由度的調(diào)整，滿足要求后將八個螺釘擰緊，同時在支臂和支臂座上安裝銷釘，保證定位的可靠性。

采用本發(fā)明所述連接結(jié)構(gòu)的定位器具有的自由度如圖4所示?，F(xiàn)定義X軸方向沿支臂軸線方向；Y軸垂直于支臂座與L型連接件的貼合面；Z軸垂直于L型連接件與工裝骨架的貼合面。L型連接件相對于工裝骨架有沿Y軸方向移動和繞Z軸方向旋轉(zhuǎn)的兩個自由度；支臂座相對于L型連接件有沿Z軸方向移動和繞Y軸方向旋轉(zhuǎn)的兩個自由度；支臂相對于支臂座有沿X軸方向移動和繞X軸方向旋轉(zhuǎn)的兩個自由度。根據(jù)以上分析，定位器末端的位置可以實現(xiàn)六個自由度的調(diào)整。

受骨架制造、安裝等誤差的影響，定位器末端的位姿也會產(chǎn)生較大誤差，其中主要是位置誤差，也有一定的姿態(tài)誤差。因此定位器末端需要有足夠的調(diào)整空間。L型連接件上的長圓形螺釘間隙孔設(shè)計如圖5所示，保證了定位器末端有足夠的沿Y、Z方向移動的調(diào)整空間；所述長圓形螺釘間隙孔為長圓孔，所述長圓孔的直徑比螺釘直徑稍大，可保證定位器末端有一定的繞Y、Z轉(zhuǎn)動的調(diào)整空間。長圓孔的長度、寬度和直徑可根據(jù)實際需要的調(diào)整空間進行設(shè)計。長圓孔長度越大，定位器沿Y、Z軸移動地調(diào)整空間越大；長圓孔直徑越大，定位器繞Y、Z軸轉(zhuǎn)動的調(diào)整空間越大。

首先分析L型連接件相對于工裝骨架沿Y軸平移的位置調(diào)整空間以及繞Z軸旋轉(zhuǎn)的姿態(tài)調(diào)整空間。

易知L型連接件相對于骨架沿Y軸平移的位置調(diào)整空間為：l+2(r₁-r₂)，其中r₁、l分別為長圓孔的半徑和長度，r₂為螺釘半徑，r₁>r₂，如圖6所示。

特殊情況，當(dāng)所述的長圓孔的長度l＝0時，此時的長圓孔變?yōu)榘霃綖閞₁的圓孔結(jié)構(gòu)，L型連接件相對于工裝骨架沿Y軸平移的位置調(diào)整空間為：2(r₁-r₂)。

下面以一對長圓孔和螺釘為研究對象分析L型連接件繞Z軸旋轉(zhuǎn)的姿態(tài)調(diào)整空間。以四個長圓孔分布圓圓心O₁和四個螺釘分布圓圓心O₂為坐標(biāo)原點分別建立長圓孔平面坐標(biāo)系O₁X₁Y₁和螺釘平面坐標(biāo)系O₂X₂Y₂，X1軸和X2軸沿長圓孔的寬度方向，Y1軸和Y2軸沿長圓孔的長度方向，如圖7所示。現(xiàn)分析螺釘坐標(biāo)系原點O₂在長圓孔坐標(biāo)系中坐標(biāo)為(Δx,Δy)時螺釘坐標(biāo)系可實現(xiàn)的繞O₂旋轉(zhuǎn)的角度范圍。

圖7中半徑為r₁的圓表示長圓孔兩端的圓弧所在的圓，半徑為r₂的圓表示螺釘，虛線和雙點劃線所示為兩個螺釘繞O₂旋轉(zhuǎn)到兩個極限位置時的情形。

連接圖8中A、B、C三點構(gòu)成三角形ABC。其中A點為初始螺釘中心點(即圖8中半徑為r2的圓的圓心)，B點為長圓孔中一端圓弧的圓心點(即圖8中半徑為r1的圓的圓心)，C點為旋轉(zhuǎn)后螺釘中心點(圖8中虛線圓的圓心)。圖8中三角形ABC的邊a代表螺釘坐標(biāo)系原點相對于長圓孔坐標(biāo)系的偏移量，長度即為邊b代表螺釘和長圓孔的半徑差，即為Δr＝r₁-r₂；邊c為螺釘從圖中r₂實線位置旋轉(zhuǎn)到圖中虛線位置的偏移量，因旋轉(zhuǎn)角度很小，其方向可近似看作沿豎直方向，如圖8所示。

根據(jù)余弦定理可得方程：

b²＝Δx²+(Δy+c)²

由于c＞0，解得：

則螺釘坐標(biāo)系繞O₂的旋轉(zhuǎn)角度θ₁為：

其中R為螺釘分布圓半徑。

同理可求得圖8中

則L型連接件相對于工裝骨架平移到(Δx,Δy)位置時繞Z軸旋轉(zhuǎn)的最大角度θ_z為:

同理可求得支臂座相對于L型連接件平移至(Δx,Δz)位置時繞Y軸旋轉(zhuǎn)的最大角度θ_y為：

易知支臂座相對于L型連接件沿X軸平移的調(diào)整空間為l+2(r₁-r₂)；而支臂的調(diào)整空間為沿X軸平移L(L為支臂在支臂座中可移動長度)，沿X軸可旋轉(zhuǎn)360°。

綜上可得定位器調(diào)整空間如下表1：

表1定位器調(diào)整空間

現(xiàn)給定定位器末端的任意位姿，分析能否通過定位器在各自由度的調(diào)整實現(xiàn)這一位姿。

在工裝骨架、L型連接件、支臂座、支臂上分別建立直角坐標(biāo)系O₀X₀Y₀Z₀、O₁X₁Y₁Z₁、O₂X₂Y₂Z₂和O₃X₃Y₃Z₃，其中，面O₀X₀Y₀和面O₁X₁Y₁都位于L型連接件與骨架的貼合面；Y₂軸垂直于L型連接件與支臂底座的貼合面；X₂軸與X₃軸皆與支臂軸線重合。

已知O₃X₃Y₃Z₃相對于O₀X₀Y₀Z₀的RPY角A、B、C和位置坐標(biāo)X、Y、Z，即可寫出兩個坐標(biāo)系的相對位姿矩陣：

設(shè)定位器各零件的調(diào)整量為Δx、Δy、Δz、Δα、Δβ、Δγ，它們分別為沿X、Y、Z軸的三個移動量和三個轉(zhuǎn)動量，其中L型連接件的兩個調(diào)整量為Δy、Δγ，支臂座的兩個調(diào)整量為Δz、Δβ，支臂調(diào)整量為Δx、Δα。

則定位器各坐標(biāo)系的位姿變換矩陣如下：

則O₃X₃Y₃Z₃相對于O₀X₀Y₀Z₀的位姿變換矩陣為：

由矩陣(1)和矩陣(2)相等可得方程組：

解得：

跟據(jù)以上分析，當(dāng)給定定位器末端的一組位姿參數(shù)A、B、C、X、Y、Z，即可求得定位器在各個自由度上的調(diào)整量Δx、Δy、Δz、Δα、Δβ、Δγ。這就證明了通過定位器的六自由度調(diào)整實現(xiàn)其末端調(diào)整空間內(nèi)任意位姿的可行性。