一种直升机尾梁自动安装方法及系统

技术领域

本发明属于直升机部件动态安装以及直升机制造与维修技术领域，更具体地说，本发明涉及一种直升机尾梁自动安装方法及系统。

背景技术

随着社会各方面的发展，直升机的应用也越来越被重视，因此产量需求量很大。目前世界先进国家在飞机自动化装配上技术上前进摸索了很多年。以美国为例，美国的飞机装配大型配件比如机身，机翼都是利用机器人或者自动安装平台实现自动化操作完成安装。国内近几年也发展迅速，比如浙江大学团队开发的成组定位系统、移动机器人制孔系统、环形轨道制孔系统、5+X轴专用机床制孔系统、卧式双机联合钻铆机等全产权、全配套的飞机自动化装配原创装备，为运-20、歼-20、运-9等9个重点型号飞机的成功研制和批量生产提供了工艺、技术、装备及系统的重要支撑。但是由于环境，仪器，算法等原因。配件安装的精度和时间长短并不能很好控制，会产生多次重复校准安装等问题。

现在的直升机尾梁基本都是人为操作，用吊臂或者手推安装车将尾梁和直升机机身进行对接。这样的安装方式效率低，耗费时间，成本高，不利于产品的大规模生产。

发明内容

本发明的一个目的是解决上述问题和/或缺陷，并提供后面将说明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的优点，提供了一种直升机尾梁自动安装系统，包括：

全向移动平台；

升降平台，其设置在所述全向移动平台上；

六自由度平台，其设置在所述升降平台上，所述六自由度平台上设置有用于固定尾梁的尾梁定位工装；

视觉系统，其设置在所述尾梁上；

控制系统，其与所述全向移动平台、升降平台和六自由度平台通信连接。

优选的是，其中，所述全向移动平台的底部设置有麦克纳姆轮。

优选的是，其中，所述升降平台的结构包括：

升降底座，其正上方设置有升降上座；

X型升降架，其设置在所述升降底座与升降上座之间；

所述升降底座的一端设置有下固定轴，所述升降上座的一端设置有上固定轴，所述X型升降架的上端与所述上固定轴转动连接，所述X型升降架的下端与所述下固定轴转动连接；

所述升降底座的内侧设置有下滑槽，所述升降上座的内侧设置有上滑槽，所述上滑槽内滑动设置有上滑轴，所述下滑槽内滑动设置有下滑轴，所述X型升降架的上端与所述上滑轴转动连接，所述X型升降架的下端与所述下滑轴转动连接；所述上滑轴和下滑轴分别对应连接有液压缸。

优选的是，其中，所述六自由度平台的结构包括：

下座架，其固定设置在所述升降平台的上端平台上；

上座架，其设置在所述下座架的上方；

六个伸缩气缸，其缸体通过万向轴与所述下座架转动连接，所述伸缩气缸的活塞杆通过万向轴与所述上座架转动连接；所述伸缩气缸连接有电机驱动器；

所述万向轴的结构包括：

安装座，其设置在所述上座架和下座架上；

连接轴，其与所述安装座转动连接；

U型连接架，其与所述伸缩气缸的缸体或活塞杆相接，且所述U型连接架与所述连接轴转动连接。

优选的是，其中，所述尾梁定位工装的结构包括：

前端板；

后端板，其与所述前端板之间连接有连接板，所述前端板和后端板分别设置有与直升机尾梁外形相适配的半圆槽体。

优选的是，其中，所述视觉系统包括三组相机和三组激光测距仪。

一种直升机尾梁自动安装方法，包括以下步骤：

步骤一、人工遥控全向移动平台，将直升机尾梁自动安装系统移动到尾梁安装区域；

步骤二、将视觉系统安装在尾梁上，将尾梁放置到尾梁定位工装上，在中机身上安装视觉标记块和十字激光发生器，十字激光发生器投影标线；

步骤三、将直升机尾梁自动安装系统移动到中机身旁，并调整升降平台使尾梁高度与中机身高度接近对齐；通过在中机身上安装十字激光发生器，将激光标记在地上，手动遥控全向移动平台，让对接设备平台两侧边对齐两条垂直激光线，从而实现系统的粗定位，将尾梁与中机身初步对齐；

步骤四、进行自动对接，视觉系统中的激光测距仪测量中机身安装端面的平面姿态，发送运动指令给六自由度平台，步步逼近最终对接位置；

步骤五、在人工初调到尾梁距离中机身10cm后，通过视觉系统和六自由度平台，系统实现自动调整阶段；六自由度平台根据正反解运算自动对接实在视觉的引导下，由上位机控制六自由度平台运动进行自动对接；在对接前通过控制界面的手动微调窗口调整六自由度平台使得尾梁姿态达到自动对接的位置要求；

步骤六、安装螺栓，通过拧紧枪拧紧螺栓，使尾梁固定在中机身上。

优选的是，其中，所述步骤五的具体流程包括：

S51、锁定全向移动平台的底盘和升降平台；

S52、建立六自由度平台坐标系与转换；

S53、上位机界面启动控制六自由度平台自动对齐；

S54、自动对齐软件以逐步逼近的形式，对齐法兰；

S55、自动对齐后锁定六自由度平台。

优选的是，其中，所述S52中，建立六自由度平台坐标系与转换的具体方法包括：

以六自由度平台下座架的中心点为O点，建立O-XYZ坐标系，其中Y轴垂直于尾梁的端面，Z轴垂直于地面；以上座架的中心点为O

矩阵

同理，将O

矩阵

将O

矩阵

通过六个伸缩气缸的伸缩来实现六自由度平台坐标系的旋转变换；电机驱动器通过移动伸缩气缸的活塞杆改变上座架在空间中的位置和姿态，将六个伸缩气缸依次记为

利用六自由度平台的几何尺寸得出六自由度平台初始状态下各铰链点在过渡坐标系O-XYZ下的坐标值，可算出第一个伸缩气缸的矢量

即可求出第一根伸缩气缸的初始长度

同理，可以依次求出第二个伸缩气缸的矢量

电机驱动器需要驱动伸缩气缸活塞杆伸缩的位移量为：

其中，

本发明至少包括以下有益效果：本发明提供的一种直升机尾梁自动安装方法及系统，通过先半自动方式的初步定位，然后全自动的精确定位相结合方式，实现了尾梁与机身的对接，减少了系统开发和运行成本。

本发明优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明提供的直升机尾梁自动安装系统的整体结构示意图；

图2为全向移动平台和升降平台的结构示意图；

图3为升降平台另一侧的结构示意图；

图4为六自由度平台的结构示意图；

图5为伸缩气缸的结构示意图；

图6为伸缩气缸上端的万向轴的结构示意图；

图7为伸缩气缸下端的万向轴的结构示意图；

图8为尾梁定位工装的结构示意图；

图9为本发明提供的一种直升机尾梁自动安装方法的流程示意图；

图10为人工初调初步对接流程示意图。

图中，各结构部件对应附图标记如下：全向移动平台1，升降平台2，六自由度平台3，尾梁定位工装4，尾梁5，中机身6，麦克纳姆轮11，升降底座21，升降上座22，X型升降架23，下固定轴24，上固定轴25，下滑槽26，上滑槽27，上滑轴28，下滑轴29，上端平台210，下座架31，上座架32，伸缩气缸33，缸体331，活塞杆332，电机驱动器37，安装座34，连接轴35，U型连接架36，前端板41，后端板42，连接板43，半圆槽体44。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个元件或其组合的存在或添加。

如图1-图8所示：本发明的一种直升机尾梁自动安装系统，包括：

全向移动平台1；

升降平台2，其设置在所述全向移动平台1上；

六自由度平台3，其设置在所述升降平台2上，所述六自由度平台3上设置有用于固定尾梁5的尾梁定位工装4；

视觉系统，其设置在所述尾梁5上；

控制系统，其与所述全向移动平台1、升降平台2和六自由度平台3通信连接。

工作原理：本发明提供的一种直升机尾梁自动安装系统，用于将直升机的尾梁5安装至直升机的中机身6上；尾梁5被放置在尾梁定位工装4上，全向移动平台1主要实现将尾梁5运送到指定位置。全向移动平台1具有手动步进功能，用于初步调节对齐粗定位位置，可以先控制粗定位精度误差在20mm以内。升降平台2用于对其上的六自由度平台3、尾梁定位工装4和尾梁5进行升降作业，用于适配中机身6高度，升降平台2最低可以达到的高度为1250mm，最高到2500mm。在升降平台2上安装六自由度平台3用来对尾梁5相对中机身6的位置进行精确微调对位，并且六自由度平台3可实现6个自由度方向上的运动，用来精确调节尾梁5姿态来对接中机身6。六自由度平台3将运动中心解算至尾梁5端面中心，六自由度平台3带动尾梁5运动使尾梁5端面中心与中机身6端面中心重合，完成尾梁5与中机身6的对接。视觉系统用于自动找对位位置。

在上述技术方案中，所述全向移动平台1的底部设置有四个麦克纳姆轮11，通过麦克纳姆轮11的形式，全向移动平台1能够以直行、平移、原地旋转进行移动，从而将尾梁5运送至指定位置。

在上述技术方案中，所述升降平台2的结构包括：

升降底座21，其正上方设置有升降上座22；

X型升降架23，其设置在所述升降底座21与升降上座22之间；

所述升降底座21的一端设置有下固定轴24，所述升降上座22的一端设置有上固定轴25，所述X型升降架23的上端与所述上固定轴25转动连接，所述X型升降架23的下端与所述下固定轴24转动连接；

所述升降底座21的内侧设置有下滑槽26，所述升降上座22的内侧设置有上滑槽27，所述上滑槽27内滑动设置有上滑轴28，所述下滑槽26内滑动设置有下滑轴29，所述X型升降架23的上端与所述上滑轴28转动连接，所述X型升降架23的下端与所述下滑轴29转动连接；所述上滑轴28和下滑轴29分别对应连接有液压缸（未示出）。

通过液压缸驱动上滑轴28和下滑轴29分别在上滑槽27和下滑槽26内同步滑动，使上滑轴28和下滑轴29拉动X型升降架23，从而使升降上座22进行升降运动，进而改变尾梁5的高度。

在上述技术方案中，所述六自由度平台3的结构包括：

下座架31，其固定设置在所述升降平台2的上端平台210上；

上座架32，其设置在所述下座架31的上方；

六个伸缩气缸33，其缸体331通过万向轴与所述下座架31转动连接，所述伸缩气缸33的活塞杆332通过万向轴与所述上座架32转动连接；所述伸缩气缸33连接有电机驱动器37；

所述万向轴的结构包括：

安装座34，其设置在所述上座架31和下座架32上；

连接轴35，其与所述安装座34转动连接，

U型连接架36，其与所述伸缩气缸33的缸体331或活塞杆332相接，且所述U型连接架36与所述连接轴35转动连接。

六自由度平台3的六个伸缩气缸33不仅对其上的上座架32、尾梁定位工装4和尾梁5形成支撑，同时通过伸缩气缸33在电机驱动器37的控制下，驱动活塞杆332伸缩，由于万向轴结构的设置，六根伸缩气缸33相对上方和下方的安装座34发生转动，导致尾梁5的高度和角度发生变化，从而实现对尾梁5进行六个自由度姿态调节的目的，将尾梁5调节到目标位置，用六个伸缩气缸33的伸缩实现六自由度平台坐标系的旋转变换，实现尾梁5与中机身6的精确对接。

在上述技术方案中，所述尾梁定位工装4的结构包括：

前端板41；

后端板42，其与所述前端板之间连接有连接板43，所述前端板41和后端板42分别设置有与直升机尾梁5外形相适配的半圆槽体44。

通过将尾梁5放置在半圆槽体44中，实现对尾梁5的有效限位固定。

在上述技术方案中，所述视觉系统包括三组相机和三组激光测距仪，激光测距仪用于测量中机身安装端面的平面姿态，通过六自由度平台调整使尾梁端面与中机身端面平行。然后使用3组相机分别取得中机身上3个定位孔的中心，通过3个定位孔的中心来计算出中机身端面中心点位置。

如图9所示，一种直升机尾梁自动安装方法，包括以下步骤：

步骤一、如图10所示，人工遥控全向移动平台（AGV），将直升机尾梁自动安装系统移动到尾梁安装区域；

步骤二、将视觉系统安装在尾梁上，将尾梁放置到尾梁定位工装上，在中机身上安装视觉标记块和十字激光发生器，十字激光发生器投影标线；

步骤三、将直升机尾梁自动安装系统移动到中机身旁，并调整升降平台使尾梁高度与中机身高度接近对齐；通过在中机身上安装十字激光发生器，将激光标记在地上，手动遥控全向移动平台，让对接设备平台两侧边对齐两条垂直激光线，从而实现系统的粗定位，将尾梁与中机身初步对齐；

步骤四、进行自动对接，视觉系统中的激光测距仪测量中机身安装端面的平面姿态，发送运动指令给六自由度平台，步步逼近最终对接位置；

步骤五、在人工初调到尾梁距离中机身10cm后，通过视觉系统和六自由度平台，系统实现自动调整阶段；六自由度平台根据正反解运算自动对接实在视觉的引导下，由上位机控制六自由度平台运动进行自动对接；在对接前通过控制界面的手动微调窗口调整六自由度平台使得尾梁姿态达到自动对接的位置要求；

步骤六、安装螺栓，通过拧紧枪拧紧螺栓，使尾梁固定在中机身上。

在上述技术方案中，所述步骤五的具体流程包括：

S51、锁定全向移动平台的底盘和升降平台；

S52、建立六自由度平台坐标系与转换；

S53、上位机界面启动控制六自由度平台自动对齐；

S54、自动对齐软件以逐步逼近的形式，对齐法兰；

S55、自动对齐后锁定六自由度平台。

在上述技术方案中，所述S52中，建立六自由度平台坐标系与转换的具体方法包括：

以六自由度平台下座架的中心点为O点，建立O-XYZ坐标系，其中Y轴垂直于尾梁的端面，Z轴垂直于地面；以上座架的中心点为O

矩阵

同理，将O

矩阵

将O

矩阵

通过六个伸缩气缸的伸缩来实现六自由度平台坐标系的旋转变换；电机驱动器通过移动伸缩气缸的活塞杆改变上座架在空间中的位置和姿态，将六个伸缩气缸依次记为

利用六自由度平台的几何尺寸得出六自由度平台初始状态下各铰链点在过渡坐标系O-XYZ下的坐标值，可算出第一个伸缩气缸的矢量

即可求出第一根伸缩气缸的初始长度

同理，可以依次求出第二个伸缩气缸的矢量

电机驱动器需要驱动伸缩气缸活塞杆伸缩的位移量

其中，

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。