一種用于精密裝配的兩級(jí)并聯(lián)機(jī)器人裝置制造方法
【專利摘要】一種用于精密裝配的兩級(jí)并聯(lián)機(jī)器人裝置，屬于精密儀器設(shè)備領(lǐng)域，該裝置由繩索并聯(lián)機(jī)構(gòu)和Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)組成，繩索并聯(lián)機(jī)構(gòu)的索平臺(tái)同時(shí)充當(dāng)所述Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)的靜平臺(tái)，Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)的動(dòng)平臺(tái)位于其靜平臺(tái)下端，通過6根伸縮腿與其靜平臺(tái)相連接，其中索平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍內(nèi)位姿調(diào)整，但由于繩索的剛度低，容易在裝配沖擊等干擾下產(chǎn)生振動(dòng)，Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)的動(dòng)平臺(tái)在伸縮腿的驅(qū)動(dòng)下可以有效的妳補(bǔ)位姿偏移，測(cè)量系統(tǒng)由6個(gè)拉線編碼器和精確測(cè)量點(diǎn)組成，拉線編碼器的測(cè)量端點(diǎn)有規(guī)律地與各精確測(cè)量點(diǎn)相連接，在裝配過程中實(shí)時(shí)測(cè)量并解算索平臺(tái)的位姿，用于繩索并聯(lián)機(jī)構(gòu)和Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)的控制，從而實(shí)現(xiàn)精密裝配。
【專利說明】—種用于精密裝配的兩級(jí)并聯(lián)機(jī)器人裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于精密儀器設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及一種用于精密裝配的兩級(jí)并聯(lián)機(jī)器人裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]裝配技術(shù)是制造業(yè)的核心關(guān)鍵技術(shù)，在航天器對(duì)接以及飛機(jī)裝配制造過程中，裝配零部件往往尺寸大、載荷重，另外，加工精密的零部件對(duì)裝配精度有比較苛刻的要求。不僅如此，對(duì)作業(yè)效率和自動(dòng)化程度的需求，使得制造裝備對(duì)機(jī)器人技術(shù)的依賴增大。因此，具有大工作空間、重載荷能力的用于精密裝配的機(jī)器人裝置的開發(fā)對(duì)裝配技術(shù)乃至制造業(yè)
具有重要意義。
[0003]在飛機(jī)制造中主要采用以下幾種裝配機(jī)構(gòu)。第一種為型架加吊車方式裝配，它利用廠房天車或地面吊車吊起參與裝配的飛機(jī)部件，將支撐位于機(jī)體外表面的定位接頭放置在型架上的定位交點(diǎn)，利用型架本身的相對(duì)基準(zhǔn)，完成產(chǎn)品部件的裝配。該種方法能夠完成較大質(zhì)量構(gòu)件的裝配，但是自動(dòng)化程度較低。由于吊車或者廠房天車的定位精度較低，所以必須采用專用的夾具，且必須針對(duì)不同裝配部件定制型架。第二種為串聯(lián)式機(jī)械支柱，它能夠?qū)崿F(xiàn)3個(gè)相互垂直方向平移運(yùn)動(dòng)，且具有較高定位精度的模塊化單元?？梢圆捎枚嗯_(tái)機(jī)械支架形成一個(gè)網(wǎng)狀系統(tǒng)，與飛機(jī)部件或部件外表面的固定托架上的支撐接頭一對(duì)一連接，以提高承載能力。串聯(lián)式機(jī)械支柱的承載能力有限，一般多用于壁板及翼梁的裝配。還有一種是剛性并聯(lián)機(jī)構(gòu)，相對(duì)于傳統(tǒng)的串聯(lián)機(jī)構(gòu)而言，并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有剛度較大、承載能力強(qiáng)、累積誤差小以及運(yùn)動(dòng)性能好等優(yōu)點(diǎn)。并聯(lián)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)很好的彌補(bǔ)了原有串聯(lián)機(jī)構(gòu)的不足，拓寬了機(jī)械自動(dòng)化的應(yīng)用范圍。但是并聯(lián)機(jī)構(gòu)存在工作空間體積較小、靈活性較差等缺點(diǎn)。
[0004]因此，以上方法很難完成大范圍工作空間、部件質(zhì)量較大并且精度要求苛刻的裝配任務(wù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種用于精密裝配的兩級(jí)并聯(lián)機(jī)器人裝置，鑒于已有單個(gè)裝配機(jī)構(gòu)的不足，本發(fā)明將繩索并聯(lián)機(jī)構(gòu)和剛性Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行組合，來實(shí)現(xiàn)精密裝配任務(wù)，達(dá)到增大工作空間、增強(qiáng)承載能力的目標(biāo)。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0007]一種用于精密裝配的兩級(jí)并聯(lián)機(jī)器人裝置，由繩索并聯(lián)機(jī)構(gòu)和Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)組成，所述繩索并聯(lián)機(jī)構(gòu)的索平臺(tái)同時(shí)充當(dāng)所述Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)的靜平臺(tái),所述Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)的動(dòng)平臺(tái)位于其靜平臺(tái)下端，通過6根伸縮腿與其靜平臺(tái)相連接。
[0008]所述繩索并聯(lián)機(jī)構(gòu)包括索平臺(tái)2，上拉索I的底端設(shè)置于索平臺(tái)2的上方中央位置，頂端連接天車9上的卷筒繩索，6根下拉索3的頂端設(shè)置于索平臺(tái)2的下方邊沿位置，底端連接出索機(jī)構(gòu)4的卷筒10。[0009]所述出索機(jī)構(gòu)4安裝于固定小車16上，由驅(qū)動(dòng)電機(jī)13、減速器12、卷筒10以及導(dǎo)向輪11組成，其中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)13的輸出接減速器12由其降低轉(zhuǎn)速放大轉(zhuǎn)矩后傳遞至卷筒10，導(dǎo)向輪11設(shè)置于卷筒10上的繩索出索路徑上以改變出索方向。
[0010]還包括由多個(gè)精確測(cè)量點(diǎn)15和6個(gè)安裝于固定小車16上的拉線編碼器14組成的測(cè)量系統(tǒng)，所述精確測(cè)量點(diǎn)15分別布置在Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)靜平臺(tái)和目標(biāo)工件8上，所述拉線編碼器14的測(cè)量端點(diǎn)有規(guī)律地與精確測(cè)量點(diǎn)15相連接，實(shí)時(shí)測(cè)量解算靜平臺(tái)的位姿。
[0011]所述Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)由靜平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)6和6條伸縮腿5組成,其中所述動(dòng)平臺(tái)上安裝有裝配工件7，所述伸縮腿5上端通過虎克鉸和靜平臺(tái)連接，下端通過球鉸和動(dòng)平臺(tái)6連接，伸縮腿5在電機(jī)控制下伸長或縮短，實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)相對(duì)靜平臺(tái)的移動(dòng)和調(diào)姿。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0013]⑴采用兩級(jí)并聯(lián)機(jī)器人構(gòu)型，其中繩索并聯(lián)機(jī)構(gòu)使裝置具有大工作空間，Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)承載能力強(qiáng)且能夠?qū)崟r(shí)補(bǔ)償裝置的位姿誤差，從而實(shí)現(xiàn)大工作空間、重載荷條件下的精密裝配任務(wù)。
[0014]⑵繩索并聯(lián)機(jī)構(gòu)的上拉索可以直接利用車間中已有天車，工作范圍覆蓋面廣；下拉索出索機(jī)構(gòu)安裝于固定小車，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且方便重組。
[0015]⑶在裝配過程中，拉線編碼器實(shí)時(shí)測(cè)量靜平臺(tái)精確測(cè)量點(diǎn)到固定小車相應(yīng)點(diǎn)的長度并解算出靜平臺(tái)的位姿，用于繩索并聯(lián)機(jī)構(gòu)和Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)的控制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為兩級(jí)并聯(lián)機(jī)器人裝置示意圖。
[0017]圖2為繩索并聯(lián)機(jī)器人示意圖。
[0018]圖3為出索機(jī)構(gòu)示意圖。
[0019]圖4為測(cè)量系統(tǒng)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0021]圖1為一種用于精密裝配的兩級(jí)并聯(lián)機(jī)器人裝置的示意圖。上拉索1、索平臺(tái)2、下拉索3組成7索并聯(lián)機(jī)構(gòu)。靜平臺(tái)2、動(dòng)平臺(tái)5、伸縮腿6組成Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)。該裝置由繩索并聯(lián)機(jī)構(gòu)和Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)兩級(jí)機(jī)構(gòu)組成,繩索并聯(lián)機(jī)構(gòu)的索平臺(tái)2同時(shí)充當(dāng)Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)的靜平臺(tái)。裝配工件7安裝于動(dòng)平臺(tái)6,其在空間中的位姿由繩索并聯(lián)機(jī)構(gòu)和Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)共同決定。索平臺(tái)2在上拉索I和下拉索3的綜合控制下能夠?qū)崿F(xiàn)裝配工件7大范圍內(nèi)位姿調(diào)整，但由于繩索的剛度低，容易在裝配沖擊等干擾下產(chǎn)生振動(dòng)，造成裝配工件7的位姿偏移。動(dòng)平臺(tái)6在伸縮腿5的驅(qū)動(dòng)下可以有效的妳補(bǔ)裝配工件7的位姿偏移，實(shí)現(xiàn)與目標(biāo)工件8的精密裝配。
[0022]圖2為繩索并聯(lián)機(jī)構(gòu)的示意圖。上拉索I的頂端與天車9卷筒繩索相連接，能夠跟隨天車9實(shí)現(xiàn)水平面內(nèi)大范圍的移動(dòng)，并在天車卷筒收放運(yùn)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)垂直方向的升降。下拉索3的頂端與索平臺(tái)2連接，底端纏繞于出索機(jī)構(gòu)4的卷筒，隨著卷筒的旋轉(zhuǎn)從而實(shí)現(xiàn)繩索的伸長與縮短。裝置向上拉力全部由上拉索I提供，因此上拉索I需選用大直徑型號(hào)，6根下拉索3向下的拉力使機(jī)構(gòu)能夠保持一定的姿態(tài)并具有足夠的剛度。
[0023]圖3為出索機(jī)構(gòu)的示意圖。下拉索3的伸縮和拉力通過出索機(jī)構(gòu)4進(jìn)行控制。出索機(jī)構(gòu)4安裝于固定小車16，由驅(qū)動(dòng)電機(jī)13、減速器12、卷筒10以及導(dǎo)向輪11組成。驅(qū)動(dòng)電機(jī)13產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩，減速器12將轉(zhuǎn)速降低轉(zhuǎn)矩放大，減速器12輸出軸驅(qū)動(dòng)卷筒10從而控制下拉索3的伸縮和受力，下拉索3在進(jìn)入卷筒10之前經(jīng)由導(dǎo)向輪11，保證卷筒10能夠很好地對(duì)不同出索方向的下拉索實(shí)現(xiàn)纏繞。
[0024]圖4為測(cè)量系統(tǒng)的示意圖。測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量元件是6個(gè)拉線編碼器14，分別安裝于固定小車16上。索平臺(tái)2和目標(biāo)工件8上分別設(shè)有精確測(cè)量點(diǎn)15。拉線編碼器14的測(cè)量端點(diǎn)有規(guī)律地與各精確測(cè)量點(diǎn)相連接，在裝配過程中，實(shí)時(shí)測(cè)量各精確測(cè)量點(diǎn)到固定小車16相應(yīng)點(diǎn)的長度并解算出索平臺(tái)2的位姿，裝置控制系統(tǒng)通過對(duì)索平臺(tái)2和目標(biāo)工件8的位姿比較，發(fā)出控制命令，從而完成精密裝配任務(wù)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于精密裝配的兩級(jí)并聯(lián)機(jī)器人裝置，其特征在于，由繩索并聯(lián)機(jī)構(gòu)和Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)組成,所述繩索并聯(lián)機(jī)構(gòu)的索平臺(tái)同時(shí)充當(dāng)所述Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)的靜平臺(tái)，所述Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)的動(dòng)平臺(tái)位于其靜平臺(tái)下端，通過6根伸縮腿與其靜平臺(tái)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于精密裝配的兩級(jí)并聯(lián)機(jī)器人裝置，其特征在于，所述繩索并聯(lián)機(jī)構(gòu)包括索平臺(tái)(2)，上拉索(I)的底端設(shè)置于索平臺(tái)(2)的上方中央位置，頂端連接天車(9)上的卷筒繩索，6根下拉索(3)的頂端設(shè)置于索平臺(tái)(2)的下方邊沿位置，底端連接出索機(jī)構(gòu)(4)的卷筒(10)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于精密裝配的兩級(jí)并聯(lián)機(jī)器人裝置，其特征在于，所述出索機(jī)構(gòu)(4)安裝于固定小車(16)上，由驅(qū)動(dòng)電機(jī)(13)、減速器(12)、卷筒(10)以及導(dǎo)向輪(11)組成，其中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)(13)的輸出接減速器(12)由其降低轉(zhuǎn)速放大轉(zhuǎn)矩后傳遞至卷筒(10)，導(dǎo)向輪(11)設(shè)置于卷筒(10)上的繩索出索路徑上以改變出索方向。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于精密裝配的兩級(jí)并聯(lián)機(jī)器人裝置，其特征在于，還包括由多個(gè)精確測(cè)量點(diǎn)(15)和6個(gè)安裝于固定小車(16)上的拉線編碼器(14)組成的測(cè)量系統(tǒng)，所述精確測(cè)量點(diǎn)(15)分別布置在Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)靜平臺(tái)和目標(biāo)工件(8)上，所述拉線編碼器(14)的測(cè)量端點(diǎn)有規(guī)律地與精確測(cè)量點(diǎn)(15)相連接，實(shí)時(shí)測(cè)量解算靜平臺(tái)的位姿。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于精密裝配的兩級(jí)并聯(lián)機(jī)器人裝置，其特征在于，所述Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)由靜平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)(6)和6條伸縮腿(5)組成，其中所述動(dòng)平臺(tái)上安裝有裝配工件(7)，所述伸縮腿(5)上端通過虎克鉸和靜平臺(tái)連接，下端通過球鉸和動(dòng)平臺(tái)(6)連接，伸縮腿(5)在電機(jī)控制下伸長或縮短，實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)相對(duì)靜平臺(tái)的移動(dòng)和調(diào)姿。
【文檔編號(hào)】B25J9/00GK103846649SQ201410105598
【公開日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2014年3月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月20日
【發(fā)明者】王立平, 唐曉強(qiáng), 劉志華, 邵珠峰, 王長偉, 王偉方, 唐樂為, 王連振, 魏雙德 申請(qǐng)人:清華大學(xué), 山東億九電氣發(fā)展有限公司