本發(fā)明涉及一種定位系統(tǒng)，具體涉及一種柔性定位系統(tǒng)。

背景技術：

傳統(tǒng)的柔性定位技術，通常主要是針對飛機部件的蒙皮或者壁板的裝配定位，其主要是因固定型架不能適用于不同表面形狀的飛機部件而應運而生。采用柔性定位技術后，飛機部件可以通過柔性定位系統(tǒng)來進行定位和支撐，從而實現(xiàn)空間點陣位置的伸縮，同時通過接口卡具和工裝設計來實現(xiàn)對部件的抓取和固定。此外，柔性定位技術還具體應用于大型裝備制造行業(yè)中，例如鐵路裝備、船舶制造等。

如圖1所示，現(xiàn)有的一種柔性定位系統(tǒng)為行列式高速柱陣柔性定位系統(tǒng)，其采用行列式分布柱陣，根據(jù)定位部件的支撐點或部件位置，分散設置支撐柱8，其能夠進行X、Y、Z三個自由度的空間位置調(diào)整(例如POGO柱)。通過對行列式點陣支撐柱8進行手動或自動化調(diào)整，從而實現(xiàn)支撐柱8的三維姿態(tài)擺放。上述行列式高速柱陣柔性定位系統(tǒng)為動力分散性，即單點具有獨立的動力源，通過三維驅(qū)動伺服軸、氣動軸或液壓軸，對單柱體進行X、Y、Z三個自由度的空間位置調(diào)整，此種技術只能實現(xiàn)三維空間的柱頂空間定位，單柱體需要三組動力系統(tǒng)，設備柱點較多時，動力系統(tǒng)投資成本高。

如圖2所示，現(xiàn)有的另一種柔性定位系統(tǒng)為并聯(lián)機器人定位系統(tǒng)，其是一種具有x、y、z三個方向的平移自由度的定位系統(tǒng)，包括上盤座91、下盤座92和三組連桿93，每組連桿93由主動桿和從動桿構(gòu)成，從動桿跟隨主動桿運動，每組連桿93的兩端均分別與上盤座91和下盤座92相連，在下盤座92固定時，上盤座91可以實現(xiàn)3個自由度的定位。上述并聯(lián)機器人定位系統(tǒng)雖然具有3個平移自由度的定位功能，然而空間作業(yè)范圍只有上盤座91的活動范圍，并聯(lián)時投資成本較高。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種柔性定位系統(tǒng)，其能夠節(jié)約變形時間、提高變形精度、降低系統(tǒng)制造成本及動力裝置配套費用。

本發(fā)明提供一種柔性定位系統(tǒng)，包括支撐框架、動力機器手系統(tǒng)和多個從動機器手系統(tǒng)，

所述動力機器手系統(tǒng)包括第一立柱和動力機器手，所述第一立柱沿所述支撐框架的長度方向滑設在所述支撐框架的頂部與底部之間，所述動力機器手具有驅(qū)動機構(gòu)并且滑設在所述第一立柱的高度方向上，

多個所述從動機器手系統(tǒng)沿所述支撐框架的長度方向間隔設置在所述動力機器手系統(tǒng)的外側(cè)，每一所述從動機器手系統(tǒng)包括第二立柱和多個間隔設置在所述第二立柱高度方向上的從動機器手，所述第二立柱滑設在所述支撐框架的頂部與底部之間，所述動力機器手在所述第一立柱的高度方向上滑動時能夠帶動所述從動機器手沿所述第二立柱的高度方向滑動，所述驅(qū)動機構(gòu)能夠帶動所述從動機器手沿所述第二立柱的寬度方向滑動。

進一步地，所述從動機器手包括層疊設置的第一座板、第二座板和第三座板，所述第三座板滑設在所述第二立柱的高度方向上，所述第二座板滑設在所述第三座板的長度方向上，所述第一座板滑設在所述第二座板的長度方向上，在所述第二座板的前端設有抓手，所述第一座板在相對所述第二座板滑動時通過連桿和軸承帶動所述抓手擺動。

進一步地，所述抓手擺動的角度為-45°至45°。

進一步地，在所述第三座板的末端設有安全鉗，并且在所述動力機器手上設有觸發(fā)機構(gòu)，在所述第三座板滑動至預設高度時，所述觸發(fā)機構(gòu)觸發(fā)所述安全鉗鎖止所述第三座板。

進一步地，在所述第二立柱的高度方向設有直線導軌，在所述第三座板上設有滑設于所述直線導軌上的垂直滑塊，在所述第三座板和第二座板的頂面分別設有齒輪，在所述第二座板和第一座板的底面分別設有齒條導軌，所述第三座板的齒輪與所述第二座板的齒條導軌嚙合，所述第二座板的齒輪與所述第一座板的齒條導軌嚙合，在所述第三座板和第二座板的齒輪上分別設有電磁離合器。

進一步地，所述動力機器手包括箱體、伺服電機和所述驅(qū)動機構(gòu)，所述伺服電機和所述驅(qū)動機構(gòu)安裝在所述箱體中，

所述驅(qū)動機構(gòu)包括第一電動伺服缸和第二電動伺服缸，所述第一電動伺服缸能夠與所述第一座板連接并驅(qū)動所述第一座板沿所述第二立柱的寬度方向滑動，所述第二電動伺服缸能夠與所述第二座板連接并驅(qū)動所述第二座板沿所述第二立柱的寬度方向滑動。

進一步地，在所述第一立柱的高度方向上設有齒條機構(gòu)，所述伺服電機與齒輪連接并且驅(qū)動所述齒輪在所述齒條機構(gòu)上滑動。

進一步地，在所述第一座板和第二座板的末端分別設有V型槽，在所述第一電動伺服缸和第二電動伺服缸的前端分別設有楔形塊，所述楔形塊能夠嵌設于所述V型槽中。

進一步地，在所述支撐框架的頂部和底部分別相對設有用于第一立柱滑動的第一底座和用于第二立柱滑動的第二底座，

在所述第一立柱和第二立柱的端部分別設有伺服電機和齒輪，在所述第一底座和第二底座上分別設有直線導軌和齒條機構(gòu)，所述齒條機構(gòu)設置在所述直線導軌上，所述伺服電機驅(qū)動所述齒輪在所述齒條機構(gòu)上滑動。

進一步地，所述動力機器手與控制部和信息采集部連接，所述信息采集部采集所述第二立柱和從動機器手的位置信息，所述控制部通過所述位置信息驅(qū)動所述動力機器手。

本發(fā)明的柔性定位系統(tǒng)在空間內(nèi)建立X軸、Y軸和Z軸三維坐標系，從而能夠進行X、Y、Z三個自由度的空間位置調(diào)整以滿足空間三維點陣型定位需求，其中X軸方向采用驅(qū)動機構(gòu)進行驅(qū)動，Y軸和Z軸方向采用動力集中方式，通過動力機器手帶動多個從動機器手在Y軸和Z軸方向運動，該柔性定位系統(tǒng)能夠為大型裝備加工、裝配制造工裝提供柔性的變形解決方案，不僅能夠大大節(jié)約系統(tǒng)變形時間、提高變形精度，此外系統(tǒng)制造成本及動力裝置配套費用大大降低。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有的行列式高速柱陣柔性定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為現(xiàn)有的并聯(lián)機器人定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明一實施方式的柔性定位系統(tǒng)的主視圖；

圖4為本發(fā)明一實施方式的柔性定位系統(tǒng)的右視圖；

圖5為本發(fā)明一實施方式的從動機器手的主視圖；

圖6為本發(fā)明一實施方式的從動機器手的俯視圖；

圖7為本發(fā)明一實施方式的動力機器手的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明一實施方式的動力機器手與從動機器手的連接結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為本發(fā)明一實施方式的動力機器手與從動機器手的局部安裝示意圖。

附圖標記說明：

1：支撐框架；11：第一底座；12：第二底座；13：直線導軌；2：動力機器手系統(tǒng)；3：從動機器手系統(tǒng)；4：第一立柱；5：動力機器手；51：箱體；52：伺服電機；53：第一電動伺服缸；54：第二電動伺服缸；55：楔形塊；6：第二立柱；7：從動機器手；71：第一座板；711：齒條導軌；72：第二座板；721：齒條導軌；722：齒輪；723：電磁離合器；724：水平滑塊；73：第三座板；731：垂直滑塊；732：齒輪；733：電磁離合器；734：水平滑塊；74：抓手；75：連桿；76：軸承；77：安全鉗；78：V型槽；8：支撐柱；91：上盤座；92：下盤座；93：連桿。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明的附圖和實施例，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

結(jié)合圖3至圖9所示，本發(fā)明的柔性定位系統(tǒng)，包括支撐框架1、動力機器手系統(tǒng)2和多個從動機器手系統(tǒng)3，動力機器手系統(tǒng)2包括第一立柱4和動力機器手5，第一立柱4沿支撐框架1的長度方向(設為X軸方向)滑設在支撐框架1的頂部與底部之間，動力機器手5具有驅(qū)動機構(gòu)并且滑設在第一立柱4的高度方向(設為Z軸方向)上，多個從動機器手系統(tǒng)3沿支撐框架1的長度方向間隔設置在動力機器手系統(tǒng)2的外側(cè)，每一從動機器手系統(tǒng)3包括第二立柱6和多個間隔設置在第二立柱6高度方向上的從動機器手7，第二立柱6滑設在支撐框架1的頂部與底部之間，動力機器手5在第一立柱4的高度方向上滑動時能夠帶動從動機器手7沿第二立柱6的高度方向滑動，驅(qū)動機構(gòu)能夠帶動從動機器手7沿第二立柱6的寬度方向(設為Y軸方向)滑動。

在本發(fā)明的柔性定位系統(tǒng)中，支撐框架1用于支撐動力機器手系統(tǒng)2和多個從動機器手系統(tǒng)3，并且支持第一立柱4和第二立柱6沿X軸方向運動；動力機器手系統(tǒng)2用于帶動多個從動機器手7沿Y軸和Z軸方向運動，其中動力機器手5能夠在外設驅(qū)動機構(gòu)的驅(qū)動下沿X軸和Z軸方向運動；從動機器手系統(tǒng)3用于進行X、Y、Z三個自由度的空間位置調(diào)整并實現(xiàn)對部件的抓取和固定，其中從動機器手7能夠在外設驅(qū)動機構(gòu)的驅(qū)動下沿X軸方向運動，并且在動力機器手5的帶動下沿Y軸和Z軸方向運動。在滿足上述功能的前提下，對柔性定位系統(tǒng)中的各部件的具體結(jié)構(gòu)不作嚴格限制。

上述柔性定位系統(tǒng)能夠在空間內(nèi)建立X軸、Y軸和Z軸三維坐標系從而滿足空間三維點陣型定位需求，其中X軸方向可以采用伺服電機等外設驅(qū)動機構(gòu)進行驅(qū)動，而Y軸方向和Z軸方向采用動力集中方式，通過動力機器手5帶動多個從動機器手7在Y軸和Z軸方向運動，其能夠為大型裝備加工、裝配制造工裝提供柔性的變形解決方案，不僅大大地節(jié)約了系統(tǒng)變形時間、提高了變形精度，此外系統(tǒng)制造成本及動力裝置配套費用大大降低。

結(jié)合圖5和圖6所示，在一實施方式中，從動機器手7可以包括層疊設置的第一座板71、第二座板72和第三座板73，第三座板73滑設在第二立柱6的高度方向(Z軸方向)上，第二座板72滑設在第三座板73的長度方向(Y軸方向)上，第一座板71滑設在第二座板72的長度方向(Y軸方向)上，在第二座板72的前端設有抓手74，第一座板71在相對第二座板72滑動時通過連桿75和軸承76帶動抓手74在Y軸和Z軸所形成的平面內(nèi)擺動。該設置方式的從動機器手7在沿Y軸方向運動的同時還能夠沿Z軸方向運動，即相當于增加了一個軸線的運動，從而能夠更好地實現(xiàn)任意多點空間角度的調(diào)整，有利于滿足空間三維尺寸的精準定位。

本發(fā)明對抓手74擺動的角度不作嚴格限制，可以根據(jù)實際定位需要進行設置，例如可以設置為-45°至+45°，其中將朝向第二座板72下方的擺動設為“-”，將朝向第二座板72上方的擺動設為“+”。

進一步地，還可以在第三座板73和第二座板72的背面分別安裝水平滑塊734和水平滑塊724，從而分別作為第二座板72和第一座板71的水平運動卡座；該水平滑塊可與齒輪和電磁離合器配合，從而實現(xiàn)相應座板在水平方向(即Y軸方向)上的傳動和鎖止。

在本發(fā)明的從動機器手7中，還可以設置用于對從動機器手7進行鎖止的鎖止裝置。例如，可以在第三座板73的末端設置安全鉗77(第一鎖止裝置)，并且在動力機器手5上可以設置觸發(fā)機構(gòu)(未圖示)，在第三座板73滑動至預設高度時，觸發(fā)機構(gòu)觸發(fā)安全鉗77鎖止第三座板73。安全鉗77能夠在Z軸上鎖止第三座板73，從而使從動機器手7在Z軸上相對第二立柱6固定。

此外，在第二立柱6的高度方向可以設置直線導軌(未圖示)，在第三座板73上可以設置滑設于直線導軌上的垂直滑塊731；此外，在第三座板73和第二座板72的頂面可以分別設置齒輪732和齒輪722，在第二座板72和第一座板71的底面可以分別設置齒條導軌721和齒條導軌711，第三座板73的齒輪732與第二座板72的齒條導軌721嚙合，第二座板72的齒輪722與第一座板71的齒條導軌711嚙合，在第三座板73和第二座板72的齒輪732和齒輪722上分別設有電磁離合器733(第二鎖止裝置)和電磁離合器723(第三鎖止裝置)。電磁離合器733和電磁離合器723能夠在Y軸方向分別鎖止第二座板72和第一座板71，從而使從動機器手7在Y軸上相對第二立柱6固定，并且使抓手74固定在預設角度。

如圖7所示，在一實施方式中，動力機器手5可以包括箱體51、伺服電機52和驅(qū)動機構(gòu)，伺服電機52和驅(qū)動機構(gòu)安裝在箱體51中，驅(qū)動機構(gòu)可以包括第一電動伺服缸53和第二電動伺服缸54，第一電動伺服缸53能夠與第一座板71連接并驅(qū)動第一座板71沿第二立柱6的寬度方向(Y軸方向)滑動，第二電動伺服缸54能夠與第二座板72連接并驅(qū)動第二座板72沿第二立柱6的寬度方向滑動。上述動力機器手5可以通過第一電動伺服缸53和第二電動伺服缸54的伸縮實現(xiàn)動力的輸出，從而帶動從動機器手7沿Y軸方向運動。

本發(fā)明對動力機器手5在第一立柱4高度方向上的滑動設置方式不作嚴格限制，例如可以在第一立柱4的高度方向上設置齒條機構(gòu)，伺服電機52可與齒輪連接并且驅(qū)動齒輪在齒條機構(gòu)上滑動，該動力機器手5通過伺服電機和齒輪配合第一立柱4上的齒條機構(gòu)，從而實現(xiàn)在Z軸方向上的上下運動。

此外，本發(fā)明對動力機器手5與從動機器手7的對接方式不作嚴格限制，結(jié)合圖8和圖9所示，在一實施方式中，可以在第一座板71和第二座板72的末端分別設置V型槽78，并且在第一電動伺服缸53和第二電動伺服缸54的前端分別設置楔形塊55，楔形塊55能夠嵌設于V型槽78中。在對接時，V型槽78與楔形塊55的插接可實現(xiàn)粗定位嵌入；進一步地，V型槽78的限位最終實現(xiàn)精密對接，該設置方式可以消除動力機器手5與從動機器手7對接過程的誤差。

本發(fā)明的上述柔性定位系統(tǒng)將動力裝置與鎖止裝置進行分離，通過設計一個動力機器手系統(tǒng)2來服務多個從動機器手系統(tǒng)3，從而實現(xiàn)動力機器手5與從動機器手7的精密對接、驅(qū)動和鎖止功能，其能夠為大型裝備加工、裝配制造工裝提供柔性的變形解決方案，并且大大節(jié)約了變形調(diào)節(jié)時間，提高了變形精度，降低了系統(tǒng)制造成本。

在本發(fā)明中，對第一立柱4和第二立柱6的滑動設置方式不作嚴格限制；在一實施方式中，可以在支撐框架1的頂部和底部分別相對設置用于第一立柱4滑動的第一底座11和用于第二立柱6滑動的第二底座12，在第一立柱4和第二立柱6的端部可以分別設置伺服電機和齒輪，在第一底座11和第二底座12上分別設置直線導軌和齒條機構(gòu)，齒條機構(gòu)設置在直線導軌上，伺服電機驅(qū)動齒輪在齒條機構(gòu)上滑動。

進一步地，還可以在第一立柱4和第二立柱6的端部設置滑塊，其可以配合支撐框架1和設置在底座上的直線導軌、齒輪和齒條機構(gòu)，在實現(xiàn)沿X軸運動的同時減少摩擦。

本發(fā)明對從動機器手系統(tǒng)3和從動機器手7的設置個數(shù)不作嚴格限制，可根據(jù)實際需求進行增減、設置或行列式分布。如圖1所示，在一實施方式中，可以設置9個從動機器手系統(tǒng)3，并且每一從動機器手系統(tǒng)3可以包括5個間隔設置在第二立柱6高度方向上的從動機器手7。

進一步地，動力機器手5還可以與控制部(未圖示)和信息采集部(未圖示)連接，信息采集部采集第二立柱6和從動機器手7的位置信息，控制部通過位置信息驅(qū)動動力機器手；其中，信息采集部可以包括定位型導軌、超聲波傳感器等。采用上述方式設置的柔性定位系統(tǒng)不僅便于操作，并且能夠快速且精確地實現(xiàn)空間三維點陣型定位，變形時間短、變形精度高。

根據(jù)實際需要設置柔性定位系統(tǒng)中從動機器手系統(tǒng)3和從動機器手7的數(shù)量，利用柔性定位系統(tǒng)進行定位的步驟具體可以包括：

(1)X軸定位

外設驅(qū)動機構(gòu)(例如伺服電機等)驅(qū)動每一第二立柱6在X軸方向運動至預設位置，信息采集部采集每一第二立柱6的位置信息，同時控制部根據(jù)第二立柱6的位置信息通過外設驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動第一立柱4在X軸方向運動，從而精準地找到從動機器手7的絕對位置，對其實施X軸方向的跟蹤尋找，并最終實現(xiàn)動力機器手5與第二立柱6的對正。

(2)Z軸定位

信息采集部依次采集每一第二立柱6上的各從動機器手7在Z軸上的位置信息，控制部根據(jù)從動機器手7在Z軸上的位置信息通過外設驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動動力機器手5在Z軸方向運動，在精準地找到從動機器手7的絕對位置后，通過V型槽78和楔形塊55進行精密對接，控制部按照設定的Z值通過外設驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動動力機器手5在Z軸方向運動同時帶動從動機器手7在Z軸上運動，運動至達到設定的Z值后，通過信息采集部反饋的Z值信號進行校準，校準后觸發(fā)安全鉗77對從動機器手7進行Z軸上的鎖止。

(3)Y軸定位

Z軸定位完成后，信息采集部(例如安裝在動力機器手5上的超聲波傳感器)向從動機器手7發(fā)出測距信號，測量未移動時原定距離是否為零，并通過動力機器手5上的第二電動伺服缸54按照設定的Y值對第二座板72進行驅(qū)動，第二座板72在Y軸方向運動到位后，通過超聲波傳感器再次進行測量校準(在產(chǎn)生偏差時通過第二電動伺服缸54進行校準)，直至Y值符合要求，隨后通過電磁離合器733對第二座板72進行Y軸上的鎖止。

(4)θ角(抓手74擺動角度)定位

Y軸定位完成后，通過動力機器手5上的第一電動伺服缸53按照設定的距離對第一座板71進行驅(qū)動，通過距離與角度的轉(zhuǎn)換關系，驅(qū)動至達到設定的θ角，運動到位后，通過超聲波傳感器進行距離測量并校準，從而實現(xiàn)抓手74的空間定位，并最終完成空間三維點陣型定位。

本發(fā)明的上述柔性定位系統(tǒng)能夠在大型部件焊接、鉚接、裝配時滿足空間三維空間點陣型定位需求，其可在大型飛機機身制造、軌道車輛車體制造、船舶船體制造時裝卡復雜曲面，不僅能夠滿足空間三維尺寸精準定位，并且能夠?qū)崿F(xiàn)任意多點空間角度的調(diào)整，僅需一套動力系統(tǒng)即可實現(xiàn)多點裝卡定位功能，動力裝置配套費用少，從而大大降低了系統(tǒng)制造成本。

最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術方案的范圍。