專利名稱：配置有機(jī)器人的裝配工具和用于在飛行器結(jié)構(gòu)內(nèi)安裝緊固件的方法
配置有機(jī)器人的裝配工具和用于在飛行器結(jié)構(gòu)內(nèi)安裝緊固件的方法
背景技術(shù)：
0001本公開一般地涉及裝配工具和方法，更具體地，涉及配置有
機(jī)器人的裝配工具和用于在飛行器翼盒或其它結(jié)構(gòu)的內(nèi)部區(qū)域內(nèi)安裝 緊固件的方法。
0002當(dāng)在翼盒裝配期間使用不同緊固件附加機(jī)翼蒙皮到翼梁蓋和 艙壁時(shí)，例如，可能需要操作員機(jī)械進(jìn)入翼盒并且使用不同手工工具 工作以完成裝配工藝。 一般地，操作員定位一個(gè)想要鉆孔的位置，手 工地在翼梁蓋和機(jī)翼蒙皮或艙壁法蘭和機(jī)翼蒙皮的層疊上鉆孔，去除 細(xì)節(jié)部分(detailparts)且隨后進(jìn)行去毛刺和清理。隨后，在緊固件安 裝之前，操作員可重新定位該部分并且對齊被鉆的孔。
0003在翼盒或類似結(jié)構(gòu)的內(nèi)部區(qū)域內(nèi)攜帶許多通常沉重的工具而 且實(shí)施高度重復(fù)性的裝配動(dòng)作可能導(dǎo)致操作員疲勞、不適而且可能對 操作員造成傷害。而且還必須保持足夠的照明和通風(fēng)以確保令人滿意 的工作條件。
0004相應(yīng)地，存在對下面機(jī)構(gòu)的需求該機(jī)構(gòu)用于輔助操作員實(shí) 施緊固件安裝或其它重復(fù)性裝配工作且不必使操作員進(jìn)入飛行器翼盒 或其它結(jié)構(gòu)的內(nèi)部區(qū)域。

發(fā)明內(nèi)容
0005本公開的實(shí)施例提供用于裝配結(jié)構(gòu)的方法，所述結(jié)構(gòu)可以定 義通過至少一個(gè)入口可進(jìn)入的內(nèi)部區(qū)域。所述方法包括通過所述至少 一個(gè)入口插入機(jī)器人到所述內(nèi)部區(qū)域，所述機(jī)器人具有安裝到其上的 裝配工具。所述裝配工具可被定位到緊固件位置，并且可被固定到該 結(jié)構(gòu)?？勺龀龃┻^該結(jié)構(gòu)的孔，并且緊固件可被安裝到該孔內(nèi)。
0006本公開的進(jìn)一步實(shí)施例提供用于裝配一結(jié)構(gòu)的裝配系統(tǒng)，該 結(jié)構(gòu)可定義通過至少一個(gè)入口可進(jìn)入的內(nèi)部區(qū)域。所述裝配系統(tǒng)包括 機(jī)器人，所述機(jī)器人具有安裝在其上的裝配工具。所述裝配工具可以包括用于在所述內(nèi)部區(qū)域定位所述裝配工具的定位機(jī)構(gòu)。在所述結(jié)構(gòu) 內(nèi)制孔期間，可提供用于在結(jié)構(gòu)的內(nèi)部區(qū)域內(nèi)夾緊裝配工具的夾鉗， 并且可提供用于在所述孔內(nèi)安裝緊固件的緊固件安裝機(jī)構(gòu)。
0007本公開的進(jìn)一步實(shí)施例提供用于裝配結(jié)構(gòu)的方法，該結(jié)構(gòu)可 以定義通過至少一個(gè)入口可進(jìn)入的內(nèi)部區(qū)域。所述方法包括通過所述 至少一個(gè)入口插入機(jī)器人臂到所述內(nèi)部區(qū)域，所述機(jī)器人臂具有安裝 到其上的裝配工具。所述裝配工具可被定位在所述結(jié)構(gòu)的緊固件位置， 并且可被固定到所述結(jié)構(gòu)的一內(nèi)表面上以便基本消除要裝配結(jié)構(gòu)的各 部件之間的空隙?？勺龀龃┻^要裝配的這些部件的孔，并且緊固件可 被安裝在所述孔內(nèi)以固定要裝配的各部件。
0008上述特征、功能和優(yōu)點(diǎn)可以以各種實(shí)施例單獨(dú)實(shí)現(xiàn)，或者可 以與另外的實(shí)施例組合實(shí)現(xiàn)。


0009被認(rèn)為是本實(shí)施例特征的新穎特征在所附權(quán)利要求中列出。 然而實(shí)施例本身，以及優(yōu)選的使用方式、進(jìn)一步的目的和它的優(yōu)點(diǎn)， 當(dāng)與附圖一起閱讀時(shí)通過參考有利的實(shí)施例的下述詳細(xì)描述將會(huì)被最 好地理解。
0010圖l描述了飛行器，本公開有利的實(shí)施例可在其中被實(shí)施；0011圖2描述了根據(jù)本公開的有利實(shí)施例，飛行器翼盒的一部分 和用于裝配翼盒的配置有機(jī)器人的裝配工具；
0012圖3描述了根據(jù)本公開的有利實(shí)施例，圖2中的配置有機(jī)器 人的裝配工具的機(jī)器人臂；
0013圖4A和4B分別地描述了根據(jù)本公開的有利實(shí)施例，分別處 于收縮和展開位置的圖2中的配置有機(jī)器人的裝配工具的裝配工具模 塊；
0014圖5、 6和7示出了圖4B的展開的裝配工具模塊的不同視圖；0015圖8描述了根據(jù)本公開的進(jìn)一步有利實(shí)施例的裝配工具模塊；0016圖9描述了圖8的裝配工具模塊的俯視圖；0017圖10描述了根據(jù)本公開更進(jìn)一步有利實(shí)施例的裝配工具模塊； 以及0018圖ll是流程圖，該流程圖描述了根據(jù)本公開有利實(shí)施例的用 于在飛行器翼盒內(nèi)安裝緊固件的方法。
具體實(shí)施例方式
0019參考附圖，并且，具體地，參考圖1，該圖說明了一種飛行器， 其中本公開的一些有利實(shí)施例可以得以實(shí)施。更具體地，飛行器100 是一結(jié)構(gòu)的實(shí)例，其中根據(jù)本公開的有利實(shí)施例的配置有機(jī)器人的裝 配工具和裝配方法可以得以實(shí)施。
0020在此描述性的實(shí)例中，飛行器100具有附在主體106上的翼
102和104。飛行器100包括安裝在翼上的發(fā)動(dòng)機(jī)108、 110、 112和114。 此外，飛行器100也分別包括安裝在主體上的發(fā)動(dòng)機(jī)116、安裝在主體 上的發(fā)動(dòng)機(jī)118和水平和垂直安定面120和122。
0021圖2描述了根據(jù)本公開的有利實(shí)施例的飛行器翼盒一部分和 用于裝配該翼盒的配置有機(jī)器人的裝配工具。具體地，圖2描述了翼 盒200的一部分，例如，盡管不僅僅局限于翼，如翼102禾卩104中的 一個(gè)，以及配置有機(jī)器人的裝配工具250，配置有機(jī)器人的裝配工具 250用于安裝翼盒200的各部件。雖然應(yīng)該理解的是有利的實(shí)施例不局 限于某個(gè)特定區(qū)域使用配置有機(jī)器人的裝配工具250，翼盒200的內(nèi)部 區(qū)域，總體由參考數(shù)字210指示，是被限制或有界的區(qū)域的實(shí)例，配 置有機(jī)器人的裝配工具250可在該區(qū)域被有利地使用。
0022翼盒200包括多個(gè)部件，部件包括頂蒙皮板212、底蒙皮板 214、翼梁216和218、以及翼盒艙壁220。翼梁216和218每個(gè)都包 括翼梁腹板部分222和翼梁蓋部分224，而翼盒艙壁220包括艙壁法蘭 226的艙壁法蘭。如圖2所示，翼盒200的裝配要求翼梁216和218 的蓋部分224和翼盒艙壁220的艙壁法蘭226使用合適的緊固件(在 圖2中未示出)在許多緊固件位置被緊固在頂部和底部蒙皮板212和 214上并且相互之間緊固，這些緊固件位置包括諸如各位置230的位于 中心的直緊固件位置，以及諸如各位置232的角緊固件位置。然而如 果需要，也可以進(jìn)行其它緊固操作。緊固件可包括，但不局限于螺栓 和螺釘，螺栓和螺釘可延伸穿過要裝配的各部件內(nèi)的對齊開口，并且 螺栓和螺釘可被螺母、環(huán)或法蘭盤或其它合適的固定元件固定。0023緊固操作可能需要進(jìn)入翼盒200的內(nèi)部區(qū)域210，而且，一般 而言，這一操作在大翼盒的情況下通過操作員進(jìn)入內(nèi)部區(qū)域210并且 使用完成裝配過程所必須的合適的手工工具被實(shí)現(xiàn)。如前面指出的， 在翼盒內(nèi)部區(qū)域?qū)嵤└叨戎貜?fù)性的裝配操作可能導(dǎo)致操作員疲勞、不 適以及對操作員可能造成傷害。
本公幵的有利實(shí)施例提供配置有機(jī)器人的裝配工具，如圖2中的配置 有機(jī)器人的裝配工具250，該裝配工具250通過使操作員不需要進(jìn)入翼 盒200的內(nèi)部區(qū)域210來便利翼盒200的各部件的裝配。0024更具體地，配置有機(jī)器人的裝配工具250 —般地包括機(jī)器人 主體252、機(jī)器人臂254以及裝配工具模塊256。雖然應(yīng)該理解的是其 它機(jī)構(gòu)可用于提供移動(dòng)性給配置有機(jī)器人的裝配工具250，并且不是為 了將有利實(shí)施例限制為用于移動(dòng)配置有機(jī)器人的裝配工具250的任意 特定機(jī)構(gòu)，機(jī)器人主體252可被安裝在軌道258上，軌道258用于向 所需裝配位置的移動(dòng)。機(jī)器人臂254可從機(jī)器人主體252伸展并且在 機(jī)器人臂254的外端攜帶裝配工具模塊256。
0025如圖2所示，在翼盒200中一般地提供的一個(gè)或多個(gè)入口用 于維護(hù)目的或類似目的，所述一個(gè)或多個(gè)入口可提供進(jìn)入翼盒200內(nèi) 部區(qū)域210的機(jī)器人臂254和附在機(jī)器人臂254上的裝配工具模塊 256。在圖2所示的有利實(shí)施例中，在頂蒙皮板212中提供一個(gè)入口 242 以及在底蒙皮板214中提供一個(gè)入口 244。然而應(yīng)該理解的是入口的數(shù) 量和它們的位置僅僅是示例性的，例如，在翼盒200的任何所需的一 個(gè)位置或各位置能夠提供一個(gè)或多個(gè)入口 。
0026圖2描述了配置有機(jī)器人的裝配工具250的機(jī)器人臂254，機(jī) 器人臂254通過底蒙皮板214內(nèi)的入口 244被插入翼盒200的內(nèi)部區(qū) 域210。機(jī)器人臂254可被伸展用于定位裝配工具模塊256以實(shí)施緊固 操作，在本例中，用于在緊固位置280將翼梁蓋224緊固到底蒙皮板 214。
0027在緊固件位置280完成緊固操作后，機(jī)器人臂254可被操作 用于將裝配工具模塊256移動(dòng)到第二個(gè)緊固件位置以便在該第二個(gè)緊 固件位置實(shí)施緊固操作。此過程可被重復(fù)直到緊固操作己經(jīng)在所有通 過入口 214可進(jìn)入的緊固位置被實(shí)施。之后，配置有機(jī)器人的裝配工具250可被移動(dòng)到另一個(gè)入口，如入口 242，并且緊固操作可隨后在通 過入口 242可進(jìn)入的各緊固位置被實(shí)施。該過程被重復(fù)直到所有緊同 操作己經(jīng)完成。
0028配置有機(jī)器人的裝配工具250可被用戶從在270被示出的遠(yuǎn) 程控制臺(tái)來操作。例如，控制臺(tái)270可以是具有視頻顯示終端272、鍵 盤274、可包括永久性和可被擦寫的存貯介質(zhì)的存儲(chǔ)裝置276、以及鼠 標(biāo)278的計(jì)算機(jī)。如控制桿、軌跡球、觸摸板和類似裝置的附加輸入 裝置也可被包括在計(jì)算機(jī)270內(nèi)。
0029圖3描述了根據(jù)本公開的有利實(shí)施例的圖2中的配置有機(jī)器 人的裝配工具250的機(jī)器人臂254。機(jī)器人臂254可包括多個(gè)連接件， 其中包括連接到圖2中機(jī)器人底座252的第一連接件(link) 302、 最末連接件304，最末連接件304具有附在最末連接件304上的圖2 中所示的裝配工具模塊256 (如將在下面描述的)和包括連接件306 和308的多個(gè)中間連接件。機(jī)器人臂254的各連接件可相對彼此放置 并且通過本領(lǐng)域技術(shù)人員己知的液壓、電動(dòng)或氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的控制機(jī)構(gòu)(未 被示出)放置到內(nèi)部區(qū)域210?？刂茩C(jī)構(gòu)可在嵌套位置(圖3中未示出) 和伸展位置之間移動(dòng)機(jī)器人臂254，在該嵌套位置，機(jī)器人臂254被完 全收縮，在該伸展位置，機(jī)器人臂254被完全伸展(也未示出)。在 圖3所示的有利的實(shí)施例中，這些連接件被構(gòu)造為C通道形的連接件， 并且通過相對另一個(gè)連接件旋轉(zhuǎn)一個(gè)連接件可被收縮或伸展。然而應(yīng) 該理解的是機(jī)器人臂254能夠由其它合適構(gòu)形的連接件組成，例如矩 形橫截面的塊形式的連接件，并且連接件可被不偏離有利實(shí)施例的其 它機(jī)構(gòu)伸展或收縮。
0030圖4A和4B分別描述了處于嵌套401位置和展開403位置的 圖2所示的裝配工具模塊256。圖5、 6、 7描述了圖4B所示展開的裝 配工具模塊256的不同視圖。有關(guān)圖5-7的每個(gè)圖的不同視圖的方向 由圖4B中箭頭標(biāo)出。圖7描述了帶有不同部分的裝配工具模塊256， 這些不同部分包括為了清楚起見去除的實(shí)用工具450和452。裝配工具 模塊256可包括下面參考圖4A、 4B和5-7具體描述的幾個(gè)部件。
0031接頭連接件402被附在機(jī)器人臂254的最末連接件304上， 并且在機(jī)器人臂和總體以參考數(shù)字406指示的裝配工具之間可起到接口的作用。
0032如在圖4B被最清晰顯示的，接頭連接件402借助總體由參考 數(shù)字410標(biāo)示的展開機(jī)構(gòu)可被安裝到機(jī)器人臂連接件304上，展開機(jī) 構(gòu)可包括但不局限于，電機(jī)和一套合適的齒輪，以用于在圖4A所示的 嵌套位置401和圖4B所示的展開位置403之間相對于機(jī)器人臂連接件 304旋轉(zhuǎn)接頭連接件和旋轉(zhuǎn)被安裝到接頭連接件的裝配工具。
0033在圖4A-7所描述的有利實(shí)施例中，機(jī)器人臂連接件被配置為 如圖3所示的C通道形連接件，并且當(dāng)處于圖4A所示的嵌套位置401 時(shí)，機(jī)器人臂連接件304的尺寸可以使其容納在機(jī)械人臂連接件304 內(nèi)。然而應(yīng)該理解的是，接頭連接件402可以是其它適合的構(gòu)形并且 并無意將有利實(shí)施例限制為任合特定的構(gòu)形。
0034接頭連接件402可支撐視覺模塊412和執(zhí)行器機(jī)構(gòu)414，執(zhí)行 器機(jī)構(gòu)414可提供下文將會(huì)描述的裝配工具406的旋轉(zhuǎn)。接頭連接件 402借助多個(gè)鉸鏈416可被連接到裝配工具406上，多個(gè)鉸鏈416被連 接到后板422上，如也將在下文全面描述的。
0035視覺模塊412可包括相機(jī)472、光源474和激光傳感器476。 如在圖4B中被最清楚顯示的，視覺模塊412可在存放位置(未示出) 和圖4B示出的展開位置之間沿軌道427上下滑動(dòng)，存放位置在接頭連 接件402內(nèi)，其用于在裝配工具模塊256從機(jī)器人臂連接件304展開 之前實(shí)施保護(hù)。操作員可使用視覺模塊412的相機(jī)472和光源474來 在翼盒200的內(nèi)部區(qū)域210內(nèi)引導(dǎo)機(jī)器人臂254移動(dòng)。激光傳感器476 可對需要鉆孔的位置起位置檢查的作用。視覺模塊412也可用于在鉆 孔操作執(zhí)行完之后檢查鉆孔質(zhì)量，例如，不是用于限制，用于檢查所 鉆孔的直徑和圓度、孔邊距和被鉆孔表面的垂直度，并且， 一般而言， 可用于檢査總體緊固操作。
0036如在圖5中被最清楚顯示的，裝配工具406可被三個(gè)板連接 到接頭連接件402上，三個(gè)板在這里被稱為后板422、中板424和前板 426。如上所示，后板422可被四個(gè)鉸鏈416鉸接到接頭連接件402頂 部以提供裝配工具406相對于接頭連接件402的向外旋轉(zhuǎn)。后板422 可包括它的前表面上的兩個(gè)垂直軌道428。
0037如圖7所示，中板424可以包括兩個(gè)垂直凹槽 和水平軌道432，而前板426可以包括水平凹槽434和圓形螺柱436。后板422 的垂直軌道428可滑動(dòng)地容納在中板424的垂直凹槽430內(nèi)，使得中 板能沿垂直軌道上下滑動(dòng)。中板424的水平軌道432可被容納在前板 426的水平凹槽434內(nèi)，使得前板可相對于中板水平滑動(dòng)。圓形螺柱 436通過旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器442可為裝配工具殼體440提供安裝和旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn) 執(zhí)行器442被安裝在前板426的頂角處。
0038工具裝配殼體440是一個(gè)框架，該框架可支撐裝配工具406 攜帶的各種實(shí)用工具并且可包括用于實(shí)用工具的一組安裝和滑動(dòng)板。 工具運(yùn)動(dòng)執(zhí)行器446可被附在殼體頂部的側(cè)板上。
0039根據(jù)有利實(shí)施例的裝配工具406的實(shí)用工具可包括用于分配 環(huán)或法蘭盤/螺母/墊圈的分配工具450和用于固定由分配工具450分 配的環(huán)/螺母的固定工具452。如下文將描述的，分配工具450和固定 工具452都可被遠(yuǎn)離和朝向鉆孔的工具運(yùn)動(dòng)執(zhí)行器448上下移動(dòng)，使 得分配工具和固定工具能實(shí)施它們的功能。
0040夾緊足454可借助四個(gè)螺栓456被附在殼體440的下腿。夾 緊足454可由鋼或其它合適材料形成并且與圖2所示的外部便攜電磁 體298 —起實(shí)現(xiàn)電磁夾緊。夾緊足454穩(wěn)定和夾緊在夾緊足454和便 攜磁體之間被鉆孔/裝配的各部件，并且在鉆孔之前可去除各部件之間 的任意空隙。這一夾緊過程可實(shí)現(xiàn)貫穿各部件的基本上無毛刺鉆孔。 夾緊足454可包括叉狀的切去部分458，切去部分458從任一端延伸以 避免當(dāng)足被移動(dòng)到且放置在新的鉆孔位置時(shí)與緊固件互相干擾。夾緊 足454中的孔460可提供鉆孔間隙。通道切口 462可被包括在夾緊足 454內(nèi)用以給來自視覺模塊412的激光束提供開放路徑以幫助定位鉆 孔位置。
0041
一般地，夾緊足454、殼體440以及實(shí)用工具450和452構(gòu)成 裝配工具406的子組件或局部裝配，裝配工具406可被移動(dòng)用于保持 工具垂直于被鉆孔面。局部裝配享有用于微位置調(diào)整的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)
(圖5所示的旋轉(zhuǎn)405和圖7所示的旋轉(zhuǎn)407)和兩個(gè)平移運(yùn)動(dòng)(圖5 所示的垂直409和水平411)的結(jié)合。圖6使用表格和相應(yīng)的被編S的 箭頭描述了使用裝配工具模塊256 —般可用的不同運(yùn)動(dòng)和動(dòng)作。根據(jù) 有利實(shí)施例，所有運(yùn)動(dòng)和實(shí)用工具動(dòng)作可以是氣動(dòng)、電動(dòng)或液壓驅(qū)動(dòng)
15的并且借助不同的執(zhí)行器、聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)等等從內(nèi)部區(qū)域的外部被控制臺(tái)
270遙控，配置有機(jī)器人的裝配工具在內(nèi)部區(qū)域內(nèi)操作。然而應(yīng)該理解 的是其它形式的動(dòng)力和遙控機(jī)構(gòu)也可被使用并且不是為了將本公開的 示例性實(shí)施例限制為任何具體的控制行為。
0042在圖4A-7描述的裝配工具模塊256在緊固件位置可能特別有 效，各緊固件位置位于翼盒內(nèi)的中心位置(在圖2中被稱為直的緊固 件位置230)。在圖4A-7描述的裝配工具模塊256的機(jī)器人的移動(dòng)性 在角緊固件位置(在圖2中被稱為角緊固件位置232)可被結(jié)構(gòu)干擾限 制。圖8描述了根據(jù)本公開的進(jìn)一步有利實(shí)施例的裝配工具模塊256。 圖9描述了圖8的裝配工具模塊256從圖8中箭頭9-9方向看的局部 俯視圖。圖8和9所示的裝配工具模塊256可特別適合在諸如圖2中 的角緊固件位置232的各角位置實(shí)施緊固操作。圖8和9所示的裝配 工具模塊256可被有利地附在第二個(gè)機(jī)器人臂(未示出)上，第二個(gè) 機(jī)器人臂將會(huì)與圖4A-7所示的裝配工具模塊256并行工作，圖4A-7 所示的裝配工具模塊256可攜帶用于直的緊固件位置的實(shí)用工具。
0043裝配工具模塊256可包括在圖8和9中所示的平移板802，平 移板802取代了圖4A-7所示的裝配工具406的殼體440。平移板802 可被連接到一組運(yùn)動(dòng)控制板(后板822、中板824和前板826)，這組 運(yùn)動(dòng)控制板可類似于圖4A-7中所示的裝配工具模塊256的板422、 424 和426。平移板802保持裝配工具806相對于前運(yùn)動(dòng)控制板826的旋轉(zhuǎn) 能力并且為新工具部件提供建造基礎(chǔ)。為了靈活地到達(dá)角緊固位置， 圖8和9所示的裝配工具模塊256可擁有四個(gè)額外的自由度(圖8中 箭頭803示出的軸旋轉(zhuǎn)和箭頭805、807、和809示出的三個(gè)工具平移)。
0044實(shí)用支架810可被附到平移板802。實(shí)用支架810提供工具軸 支撐，并且也可安置前視覺模塊812、執(zhí)行器814以及總體標(biāo)記為816 的齒條和滑道。
0045前視覺模塊812可位于實(shí)用支架810的上左端。前視覺模塊 812可包括相機(jī)892、光源894以及激光裝置896，且可被額外提供后 視覺模塊(在圖8和9中未示出)。前視覺模塊812可進(jìn)一步輔助操 作員在翼盒200的內(nèi)部區(qū)域210內(nèi)操縱配置有機(jī)器人的裝配工具。
0046齒條(rack)和小齒輪(pinion)驅(qū)動(dòng)裝置815是用于提供旋轉(zhuǎn)工具軸運(yùn)動(dòng)的一組齒輪，旋轉(zhuǎn)工具軸的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換和放置實(shí)用工具
到所需的孔位置。當(dāng)小齒輪被可被鍵入旋轉(zhuǎn)的工具軸818時(shí)，齒條可 在附在實(shí)用支架810上的軌道上滑動(dòng)。
0047旋轉(zhuǎn)工具軸818使實(shí)用工具850和852以及夾緊足860的轉(zhuǎn) 換成為可能。上軸鎖820和下鍵銷(未示出)將軸818保持在實(shí)用支 架810上。軸818的下端可被附在工具部署平臺(tái)870上。
0048工具部署平臺(tái)870可以是位于旋轉(zhuǎn)軸818下端的T-形部件。 工具部署平臺(tái)870可持有實(shí)用工具850和852、夾緊足860以及它們各 自的激活執(zhí)行器。旋轉(zhuǎn)工具軸以及執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)的組合利于實(shí)用工具850 和852以及夾緊足960的部署或展開。
0049工具運(yùn)動(dòng)引導(dǎo)裝置872是線性的運(yùn)動(dòng)引導(dǎo)裝置，運(yùn)動(dòng)引導(dǎo)裝 置可包括滑動(dòng)器874、引導(dǎo)殼體876以及每個(gè)工具的工具架878。線性 運(yùn)動(dòng)可由執(zhí)行器880使用例如液壓、電動(dòng)或氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)活塞桿的任一種 來啟動(dòng)。
0050錐形夾緊足860占據(jù)了工具部署平臺(tái)870的中心位置。錐形 夾緊足860也可被附在角形支架882上用于方便到達(dá)和避免干擾。夾 緊可被但不局限于圖2所示的外部電磁體298，通過鋁蒙皮和翼梁蓋或 鋁蒙皮和典型翼盒的艙壁法蘭的堆疊來執(zhí)行或激活。
0051圖IO描述了根據(jù)本公開更進(jìn)一步有利實(shí)施例的裝配工具模塊 256。圖10中所示的裝配工具模塊256可類似于圖8和9中所示的裝 配工具模塊256。
0052圖10中所示的裝配工具模塊256與圖8和9中所示的裝配工 具模塊256不同之處在于分配工具1050和固定工具1052可配置有搖 臂特征。具體地，夾緊足1060在一個(gè)緊固件安裝的整個(gè)周期內(nèi)保持夾 緊。這將有助于確保精確的無毛刺鉆孔而且通過不必在如圖8和9所 示的裝配工具模塊256中的分配和固定操作之間釋放和收縮夾緊足可 縮短周期時(shí)間。圖10所示的裝配工具模塊256提供許多可控制的運(yùn)動(dòng)。 圖10也描述了使用裝配工具模塊256使用表格和相應(yīng)的編號箭頭可用 的不同運(yùn)動(dòng)和動(dòng)作。
0053圖10所示的裝配工具模塊256的部件可包括分配工具搖臂 1090和固定工具搖臂1092。分配工具搖臂1090可被安裝到旋轉(zhuǎn)工具軸1018并且利用附在工具部署平臺(tái)1070上的執(zhí)行器1094可繞軸1018 搖擺。分配工具1050可被附在臂1090上并且由此與臂一起搖擺。0054固定工具搖臂1092可以與分配工具搖臂1090類似而且控制 固定工具1052的位置。固定工具搖臂1092也可被附在工具部署平臺(tái) 1070的相對側(cè)而且可由執(zhí)行器1096引起搖擺。
0055操作中，機(jī)器人臂、在圖IO中未示出，可將裝配工具模塊256 定位在翼盒內(nèi)的所需的鉆孔位置，在圖10中也未示出。裝配工具模塊 256到翼盒內(nèi)表面的夾緊可由外部電磁體執(zhí)行并且在鉆孔和緊固件放 置操作中被保持。當(dāng)足夾緊還在位，足部署平臺(tái)1070上的執(zhí)行器1094 可搖擺分配工具1050且與工具平移執(zhí)行器1098協(xié)作將分配工具1050 放置到緊固件的尾部之上。在分配一個(gè)環(huán)/螺母后分配工具1050隨后 可收縮到默認(rèn)位置。當(dāng)足夾緊還在進(jìn)行，固定工具1052可被執(zhí)行器 1096搖擺以便放置固定工具1052到被分配的環(huán)/螺母之上，再一次與 它的工具平移執(zhí)行器1098協(xié)作，以將環(huán)/螺母固定到緊固件。
0056固定工具1052隨后可被收縮到默認(rèn)位置(未示出)，夾緊可 以失效并且機(jī)器人臂可收縮裝配工具模塊1000且將其移動(dòng)到下一個(gè)緊 固件位置。
0057使用根據(jù)本公開有利實(shí)施例的配置有機(jī)器人的裝配工具250, 固定的總體坐標(biāo)系信息，在圖2中以292描述，可被存儲(chǔ)在控制臺(tái)270 中以便控制總體機(jī)器人移動(dòng)。此外，精細(xì)的位置調(diào)整(圖2中由局部 坐標(biāo)系292描述)使用控制臺(tái)270由裝配工具模塊執(zhí)行。
0058圖11是流程圖，該流程圖描述了用于在飛行器翼盒內(nèi)安裝緊 固件的方法，所述翼盒為諸如根據(jù)本公開有利實(shí)施例的飛行器100的 翼盒200。該方法總體以參考數(shù)字1100標(biāo)示，并且可通過沿軌道258 移動(dòng)配置有機(jī)器人的裝配工具250到翼盒200內(nèi)的入口 244附近以便 被裝配(步驟1102)來幵始。攜帶裝配工具模塊256的配置有機(jī)器人 的裝配工具250的機(jī)器人臂254的嵌套連接件，如，連接件302-308 隨后可通過入口 244被插入且進(jìn)入翼盒200的內(nèi)部區(qū)域210內(nèi)(步驟 1104)。
0059裝配工具模塊256的接頭連接件402可隨后從機(jī)器人臂254 的最末連接件304展開，以在用于展開的接頭連接件402上準(zhǔn)備好視覺模塊412 (步驟1106)。展開的視覺模塊412可隨后被用于引導(dǎo)機(jī) 器人移動(dòng)，而且機(jī)器人臂254的連接件302-308可依次被展開，例如， 通過相對于另一個(gè)嵌套連接件旋轉(zhuǎn)一個(gè)嵌套連接件，以便將裝配工具 模塊256引導(dǎo)到位于翼盒200的內(nèi)部區(qū)域210內(nèi)的所需緊固件位置(步 驟110S)。裝配工具模塊256的裝配工具406隨后可通過局部調(diào)整來 精確定位(步驟1110)。視覺模塊412內(nèi)的相機(jī)472和激光傳感器476 可被用于輔助用戶在控制臺(tái)270實(shí)施這一精細(xì)調(diào)整，例如，通過使用 鼠標(biāo)278在視頻顯示終端272移動(dòng)光標(biāo)。
0060如關(guān)于裝配工具406是否被正確定位的決定可被做出(步驟 1112)。如果裝配工具406沒有被正確定位(步驟1112的否輸出)， 該方法就會(huì)回到步驟1110以便由用戶做進(jìn)一步的裝配工具406的局部 調(diào)整。如果裝配工具406被正確定位(步驟1112的是輸出)，裝配工 具到翼盒內(nèi)表面的電磁夾緊可被用戶使用外部電磁體298在外部執(zhí)行
(步驟1114)。
0061鉆穿過要裝配的翼盒部件的孔，例如翼梁蓋224和底部蒙皮 板214，可隨后從翼盒200的外部實(shí)施(步驟1116)。這樣的鉆孔操 作可包括例如諸如埋頭孔(countersinking)的孔制備。由于夾緊操 作，被鉆孔的兩部件之間的任何空隙基本被去除導(dǎo)致基本上無毛刺的 鉆孔。相機(jī)472和激光傳感器476可在控制臺(tái)270被用戶用于在鉆孔 操作以后，檢查所鉆孔的內(nèi)側(cè)和外側(cè)，以確定孔是否達(dá)到可接受的質(zhì) 量(步驟1118)。如果孔沒有達(dá)到可接受的質(zhì)量(步驟1118的否輸出)， 視需要可修正該孔，例如，通過進(jìn)一步鉆孔操作(步驟1120)。
0062如果被鉆的孔達(dá)到可接受的質(zhì)量(步驟1118的是輸出)，操 作員隨后可從翼盒200的外部將諸如螺栓或螺釘?shù)木o固件插入且穿過 被鉆的孔(步驟1122)，并且分配實(shí)用工具，例如，工具部件406的 分配工具450可使得遞送諸如環(huán)或螺母的緊固件固定元件到被插入的 緊固件(步驟1124)。 一個(gè)實(shí)施例可包括不同大小的環(huán)或螺母和用于 安裝不同大小的環(huán)或螺母的機(jī)構(gòu)。分配實(shí)用工具450可隨后被移開為 隨后的實(shí)用工具留出空間。固定實(shí)用工具，例如，工具部件406的固 定實(shí)用工具452可隨后被移動(dòng)到位(步驟1126)并被使得實(shí)施所需的 操作以便通過作用在緊固件上固定裝置的使用來永久附著緊固件，例
19如，在緊固件固定元件上實(shí)施夾緊、旋鍛(swag)和/或尾銷斷裂操作 (步驟1128)，并且裝配工具406可隨后被移走以便分配實(shí)用工具將 會(huì)在用于下一次緊固件安裝操作的默認(rèn)位置(步驟1130)。0063夾緊可隨后被釋放(步驟1132)，并且是否存在通過入口 244 可進(jìn)入的更多緊固件位置的決定可被做出，在緊固件位置緊固件可被 安裝(歩驟1134)。如果存在更多緊固件位置(步驟1134的是輸出)， 機(jī)器人臂254可縮回工具406且引導(dǎo)工具406到另一個(gè)緊固件位置(步 驟1136)并且該方法可回到用于在新位置處理/安裝緊固件的步驟 1110。
0064如果不存在通過入口 244可進(jìn)入的進(jìn)一步的緊固件位置(步 驟1134的否輸出)，關(guān)于是否存在任何進(jìn)一步入口的一個(gè)決定可被做 出，通過這些入口配置有機(jī)器人的裝配工具250應(yīng)被插入以安裝附加 的各緊固件(步驟1138)。如果存在進(jìn)一步的入口，例如入口 242 (步 驟1138的是輸出)，配置有機(jī)器人的裝配工具可被撤回且被移到下 個(gè)入口 242 (步驟1140)并且該方法回到步驟1104。如果不存在更多 入口 (步驟1138的否輸出)。配置有機(jī)器人的裝配工具250可沿軌道 258被移動(dòng)到用于下一個(gè)裝配操作的預(yù)備位置(未示出)(步驟1142)， 并且該工藝過程結(jié)束。預(yù)備位置可以是遠(yuǎn)離翼盒200的存儲(chǔ)位置，在 存儲(chǔ)位置配置有機(jī)器人的裝配工具被存儲(chǔ)用于下一步使用。
0065提供了有利實(shí)施例的描述是為了說明和描述，而不是為了窮 盡或局限于所公開的形式。許多的修正和變更對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人 員而言是明顯的。例如，雖然有利實(shí)施例結(jié)合裝配飛行器翼盒來描述， 這些實(shí)施例也可用于裝配其它類型的結(jié)構(gòu)諸如與船舶和其它車輛以及 建筑物相關(guān)的結(jié)構(gòu)。并且，根據(jù)有利實(shí)施例的裝配工具能包括用于實(shí) 施不同或附加裝配操作的不同或附加的實(shí)用工具。例如，裝配工具也 能包括鉆孔實(shí)用工具，鉆孔實(shí)用工具用于從要裝配的結(jié)構(gòu)內(nèi)部鉆孔而 不是從結(jié)構(gòu)外部鉆孔。不同的有利實(shí)施例相對于其他有利實(shí)施例可提 供不同的優(yōu)點(diǎn)。被選中的所述實(shí)施例或各實(shí)施例之所以被選擇和描述 是為了最好地解釋特征或?qū)嶋H應(yīng)用，并且使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員中的 其他人能夠理解具有適合被預(yù)期的特定用途的不同修正的不同實(shí)施 例。
權(quán)利要求
1.一種用于裝配結(jié)構(gòu)的方法，所述結(jié)構(gòu)定義了通過至少一個(gè)入口可進(jìn)入的內(nèi)部區(qū)域，所述方法包括將具有安裝在其上的裝配工具的機(jī)器人通過所述至少一個(gè)入口插入所述內(nèi)部區(qū)域；在緊固件位置定位所述裝配工具；將所述裝配工具夾緊到所述結(jié)構(gòu)；穿過所述結(jié)構(gòu)制孔；以及在所述孔內(nèi)安裝緊固件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中將具有安裝在其上的裝配工具 的機(jī)器人通過所述至少一個(gè)入口插入所述內(nèi)部區(qū)域包括將具有安裝在其上的裝配工具的機(jī)器人臂通過所述至少一個(gè)入口 插入所述內(nèi)部區(qū)域。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中在緊固件位置定位所述裝配工 具包括在臨近所述結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的緊固件位置定位所述裝配工具。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中在臨近所述結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的緊固 件位置定位所述裝配工具包括-伸展被插入的機(jī)器人臂；以及相對于所述緊固件位置調(diào)整所述裝配工具的所述位置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中相對于所述緊固件位置調(diào)整所 述裝配工具的所述位置包括借助所述裝配工具上的視覺模塊來相對于所述緊固件位置調(diào)整所 述裝配工具的所述位置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中將所述裝配工具夾緊到所述結(jié) 構(gòu)包括將所述裝配工具夾緊到所述結(jié)構(gòu)的所述內(nèi)表面。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中將所述裝配工具夾緊到所述結(jié)構(gòu)的所述內(nèi)表面包括將所述裝配工具夾緊到所述結(jié)構(gòu)的所述內(nèi)表面以基本消除要裝配 結(jié)構(gòu)的各部件之間的任何空隙。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中穿過所述結(jié)構(gòu)制孔包括-穿過所述結(jié)構(gòu)鉆孔。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中穿過所述結(jié)構(gòu)鉆孔包括從所述結(jié)構(gòu)外部穿過所述結(jié)構(gòu)鉆孔。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中將所述裝配工具夾緊到所述 結(jié)構(gòu)包括在穿過所述結(jié)構(gòu)鉆孔期間，將所述裝配工具夾緊到所述結(jié)構(gòu)的所 述內(nèi)表面以基本消除要裝配結(jié)構(gòu)的各部件之間的任何空隙。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中將所述裝配工具夾緊到所述結(jié)構(gòu)包括使用所述結(jié)構(gòu)的外部電磁體將所述裝配工具夾緊到所述結(jié)構(gòu)的內(nèi) 表面。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述孔內(nèi)安裝緊固件包括 穿過所述孔插入緊固件，其中所述緊固件的末端部分延伸進(jìn)所述內(nèi)部區(qū)域；以及操作所述裝配工具將緊固件固定元件附加到所述緊固件的所述末 端部分。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中在所述孔內(nèi)安裝緊固件進(jìn)一步包括在操作所述裝配工具將緊固件固定元件附加到所述緊固件的所述末端部分之前，操作所述裝配工具以將所述緊固件固定元件分配到所 述緊固件。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中操作所述裝配工具將所述緊固件固定元件附加到所述緊固件的所述末端部分包括操作所述裝配工具以將所述緊固件固定元件巻曲到所述緊固件的 所述末端。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述緊固件位置包括可通過 所述至少一個(gè)入口進(jìn)入的多個(gè)緊固件位置的一個(gè)，并且其中所述方法進(jìn)一步包括在所述多個(gè)緊固件位置的每一個(gè)位置定位所述裝配工具；以及 在所述多個(gè)緊固件位置的每一個(gè)位置重復(fù)所述定位、夾緊、制孔 和安裝步驟。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述至少一個(gè)入口包括多個(gè) 入口，并且其中所述方法進(jìn)一步包括-通過所述多個(gè)入口的每一個(gè)入口將具有安裝在其上的所述裝配工 具的所述機(jī)器人插入所述內(nèi)部區(qū)域；以及在通過所述多個(gè)入口的每一個(gè)入口可進(jìn)入的多個(gè)緊固件位置的每 一個(gè)位置重復(fù)所述定位、夾緊、制孔和安裝步驟。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述內(nèi)部區(qū)域包括通過所述 至少一個(gè)入口可進(jìn)入的被限定的內(nèi)部區(qū)域。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述結(jié)構(gòu)包括飛行器翼盒。
19. 用于裝配結(jié)構(gòu)的裝配系統(tǒng)，所述結(jié)構(gòu)定義了通過至少一個(gè)入口 可進(jìn)入的內(nèi)部區(qū)域，所述裝配系統(tǒng)包括機(jī)器人；以及安裝在所述機(jī)器人上的裝配工具，所述裝配工具包括 用于在所述內(nèi)部區(qū)域內(nèi)定位所述裝配工具的定位機(jī)構(gòu)；用于在所述結(jié)構(gòu)內(nèi)制孔期間在所述結(jié)構(gòu)的內(nèi)部區(qū)域夾緊所述裝配工具的夾具；以及用于在所述孔內(nèi)安裝緊固件的緊固件安裝機(jī)構(gòu)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝配系統(tǒng)，其中所述機(jī)器人包括機(jī)器人 臂，并且其中所述裝配工具被安裝在所述機(jī)器人臂上。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝配系統(tǒng)，其中所述機(jī)器人臂包括通過 所述至少一個(gè)入口伸展進(jìn)所述結(jié)構(gòu)的所述內(nèi)部區(qū)域內(nèi)的可伸展機(jī)器人 臂。
22. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝配系統(tǒng)，其中所述定位機(jī)構(gòu)包括-用于引導(dǎo)所述裝配工具到所述結(jié)構(gòu)的所述內(nèi)部區(qū)域內(nèi)的緊固件位< 置的視覺模塊。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的裝配系統(tǒng)，其中所述視覺模塊包括用于 引導(dǎo)所述裝配工具到所述結(jié)構(gòu)的所述內(nèi)部區(qū)域內(nèi)的緊固件位置的相 機(jī)。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝配系統(tǒng)，其中所述視覺模塊進(jìn)一步包 括光源和激光傳感器中的至少一個(gè)。
25. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝配系統(tǒng)，其中所述緊固件安裝機(jī)構(gòu)包括用于將緊固件固定元件固定到所述緊固件的固定實(shí)用工具。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25所述的裝配系統(tǒng)，其中所述緊固件固定機(jī)構(gòu)進(jìn) 一步包括用于將所述緊固件固定元件分配到所述緊固件的分配實(shí)用工 具。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的裝配系統(tǒng)，其中所述裝配工具進(jìn)一步包 括用于分別將所述分配實(shí)用工具和所述固定實(shí)用工具移動(dòng)到分配和固定位置的執(zhí)行器。
28. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝配系統(tǒng)，其中所述夾具包括用于被電 磁夾緊到所述結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的夾緊足。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的裝配系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于電磁夾緊所 述夾緊足到所述結(jié)構(gòu)的所述內(nèi)表面的所述結(jié)構(gòu)的外部的電磁體。
30. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的裝配系統(tǒng)，其中所述夾緊足包括用于在 角緊固件位置將所述裝配工具夾緊到所述結(jié)構(gòu)的所述內(nèi)表面的錐形夾 緊足。
31. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝配系統(tǒng)，其中所述結(jié)構(gòu)包括飛行器翼
32. —種用于裝配結(jié)構(gòu)的方法，所述結(jié)構(gòu)定義了通過至少一個(gè)入U(xiǎn)可進(jìn)入的內(nèi)部區(qū)域，所述方法包括將具有安裝在其上的裝配工具的機(jī)器人臂通過所述至少一個(gè)入口插入所述內(nèi)部區(qū)域；在緊固件位置定位所述裝配工具；將所述裝配工具夾緊到所述結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面以基本消除要裝配結(jié)構(gòu) 的各組件之間的任何空隙；當(dāng)所述裝配工具被夾緊到所述結(jié)構(gòu)的所述內(nèi)表面時(shí)，穿過要裝配 的各部件制孔；以及在所孔內(nèi)安裝緊固件以固定所述要裝配的各部件。
33. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中將所述裝配工具夾緊到所述 結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面包括使用所述結(jié)構(gòu)的外部電磁體將所述裝配工具夾緊到所述結(jié)構(gòu)的所 述內(nèi)表面。
34. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中穿過所述要裝配的各部件制孔包括穿過所述要裝配的各部件鉆孔。
35. 根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中穿過要裝配的各部件制孔包括從所述結(jié)構(gòu)外部穿過要裝配的各部件鉆孔。
36. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中在所述孔內(nèi)安裝緊固件以同 定所述要裝配的各部件包括穿過所述孔插入緊固件，其中所述緊固件的末端部分延伸進(jìn)所述內(nèi)部區(qū)域；以及操作所述裝配工具以將緊固件固定元件附加到所述緊固件的所述 末端部分。
37. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中在所述孔內(nèi)安裝緊固件以固 定所述要裝配的各部件進(jìn)一步包括在操作所述裝配工具以將所述緊固件固定元件附加到所述緊固件 的所述末端部分之前，操作所述裝配工具以分配所述緊固件固定元件 到所述緊固件。
38. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中所述緊固件位置包括可通過 所述至少一個(gè)入口可進(jìn)入的多個(gè)緊固件位置的一個(gè)位置，并且其中所 述方法進(jìn)一步包括在所述多個(gè)緊固件位置的每一個(gè)位置定位所述裝配工具；以及 在所述多個(gè)緊固件位置的每一個(gè)位置重復(fù)所述定位、夾緊、制孔 和安裝步驟。
39. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中所述至少一個(gè)入口包括多個(gè) 入口，并且其中所述方法進(jìn)一步包括通過所述多個(gè)入口的每一個(gè)入口將具有安裝在其上的所述裝配工 具的所述機(jī)器人插入所述內(nèi)部區(qū)域；以及在通過所述多個(gè)入口的每一個(gè)入口可進(jìn)入的多個(gè)緊固件位置的每 -個(gè)位置重復(fù)所述定位、夾緊、制孔和安裝步驟。
40.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中所述結(jié)構(gòu)包括飛行器翼盒。
全文摘要
本發(fā)明提供用于裝配飛行器翼盒(200)或其它結(jié)構(gòu)的方法和裝配系統(tǒng)，飛行器翼盒或其它結(jié)構(gòu)定義了通過至少一個(gè)入口可進(jìn)入的內(nèi)部區(qū)域。所述方法包括將機(jī)器人(250)通過所述至少一個(gè)入口插入所述內(nèi)部區(qū)域，機(jī)器人具有安裝在其上的裝配工具(452)。裝配工具可被定位在緊固件位置，并且可被固定到該結(jié)構(gòu)?？勺龀龃┻^該結(jié)構(gòu)的孔，并且緊固件可被安裝到孔內(nèi)。
文檔編號B21J15/14GK101646512SQ200780048746
公開日2010年2月10日 申請日期2007年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月29日
發(fā)明者B·薩爾赫, C·H·托赫, E·B·哈曼 申請人:波音公司