用于空間異型管路焊接的多點柔性夾持裝置的制造方法
【專利摘要】一種用于空間異型管路焊接的多點柔性夾持裝置，包括：固定底板、龍門架、兩自由度移動機構(gòu)、三軸平面操作臂、管路‐接頭復合夾鉗和滑動設(shè)置于固定底板上的五自由度位姿調(diào)整機構(gòu)，其中：兩自由度移動機構(gòu)滑動設(shè)置于龍門架的水平部分，三軸平面操作臂與兩自由度移動機構(gòu)相連并位于兩自由度移動機構(gòu)的下方；龍門架橫跨固定底板滑動設(shè)置于水泥地基上，五自由度位姿調(diào)整機構(gòu)在固定底板上沿龍門架方向等間距分布；管路‐接頭復合夾鉗設(shè)置于五自由度位姿調(diào)整機構(gòu)上方；本發(fā)明設(shè)計合理，作業(yè)快速準確，適用于大型管路的夾持和支撐。
【專利說明】
用于空間異型管路焊接的多點柔性夾持裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及的是一種機械加工領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種用于空間異型管路焊接的多點柔性夾持裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]空間導管系統(tǒng)是一個由若干接頭和異型管構(gòu)成的復雜空間體系，主要作用是實現(xiàn)流體系統(tǒng)的連通關(guān)系，常用于聯(lián)接汽車、飛機乃至航天設(shè)備的氣路、油路等系統(tǒng)。空間導管系統(tǒng)的制造通常采用焊接工藝實現(xiàn)，傳統(tǒng)的手工定位-焊接方法目前仍是該領(lǐng)域最為常用的技術(shù)手段。這種方法生產(chǎn)效率低、定位精度差，無法滿足自動化生產(chǎn)對于效率和精度的要求。針對此問題，需要設(shè)計一種適合復雜空間管路焊接的柔性夾持工裝，解決接頭零件的位姿調(diào)整速度和精度問題，實現(xiàn)基于儀器設(shè)備位姿數(shù)據(jù)的離體式空間管路焊接工藝，從而提高生產(chǎn)效率。
[0003]目前的管路焊接夾持工裝大多是針對簡單、輕質(zhì)的管路系統(tǒng)設(shè)計的，可以處理空調(diào)、冰箱、汽車等設(shè)備管路系統(tǒng)的焊接，但不能實現(xiàn)對運載火箭等大型設(shè)備管路的可靠夾持和支撐，并且自由度不足的問題不僅使得它們無法實現(xiàn)對一系列尺寸管路的柔性夾持，而且還會減小其操作范圍，降低焊接作業(yè)的靈活性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)無法柔性夾持異型管道接頭、夾持裝置的數(shù)目和相對運動范圍較少，且難以解決復雜空間管路系統(tǒng)中各管道相對位姿調(diào)整等問題，提出一種用于空間異型管路焊接的多點柔性夾持裝置，通過滑動設(shè)置于固定底板上的五自由度位姿調(diào)整機構(gòu)，對管道進行快速定位，并通過管路-接頭復合夾鉗實現(xiàn)對軸向尺寸較大的管道和管道接頭的柔性夾持，作業(yè)靈活度高。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0006]本發(fā)明包括:固定底板、龍門架、兩自由度移動機構(gòu)、三軸平面操作臂、管路-接頭復合夾鉗和滑動設(shè)置于固定底板上的五自由度位姿調(diào)整機構(gòu)，其中:兩自由度移動機構(gòu)滑動設(shè)置于龍門架的水平部分，三軸平面操作臂與兩自由度移動機構(gòu)相連并位于兩自由度移動機構(gòu)的下方;龍門架橫跨固定底板滑動設(shè)置于水泥地基上，五自由度位姿調(diào)整機構(gòu)在固定底板上沿龍門架方向等間距分布;管路-接頭復合夾鉗設(shè)置于五自由度位姿調(diào)整機構(gòu)上方。
[0007]所述的兩自由度移動機構(gòu)包括:相互滑動設(shè)置的X軸移動平臺和Z軸移動平臺，其中:X軸移動平臺的運動方向與龍門架的水平部分平行，Z軸移動平臺在豎直平面內(nèi)運動，方向正交于龍門架的水平部分。
[0008]所述的三軸平面操作臂與兩自由度移動機構(gòu)的Z軸移動平臺相連，并且三軸平面操作臂的末端連接有焊接設(shè)備。
[0009]所述的五自由度位姿調(diào)整機構(gòu)包括:由上而下依次相連的A/C軸擺頭機構(gòu)、Z軸移動平臺、X軸移動平臺和Y軸移動平臺，其中:z軸移動平臺滑動設(shè)置于X軸移動平臺上，X軸移動平臺滑動設(shè)置于Y軸移動平臺上。
[0010]所述的A/C軸擺頭機構(gòu)包括:A軸擺頭、C軸擺頭和擺頭基座，其中:C軸擺頭與擺頭基座轉(zhuǎn)動連接，A軸擺頭與C軸擺頭轉(zhuǎn)動連接，A軸擺頭轉(zhuǎn)動的軸線與C軸擺頭轉(zhuǎn)動的軸線正交。
[0011]所述的Z軸移動平臺、X軸移動平臺和Y軸移動平臺采用塔式POGO柱布局。
[0012]所述的管路-接頭復合夾鉗包括:夾鉗基座、設(shè)置于夾鉗基座上方的單自由度接頭夾鉗、接頭固定套和管路支座，其中:接頭固定套固定設(shè)置于單自由度接頭夾鉗的末端，管路支座分別設(shè)置于單自由度接頭夾鉗的兩側(cè)并與接頭固定套同軸設(shè)置。
[0013]所述的A軸擺頭與夾鉗基座相連。
[0014]所述的單自由度接頭夾鉗包括:驅(qū)動連桿、下連桿和上連桿，其中:驅(qū)動連桿與下連桿鉸接，上連桿分別與驅(qū)動連桿和下連桿鉸接。
[0015]所述的驅(qū)動連桿穿過夾鉗基座設(shè)置。
[0016]所述的接頭固定套與上連桿固定連接。
[0017]可選的，所述的接頭固定套與上連桿一體成形。
[0018]所述的管路支座包括:管夾蓋和管路襯套，其中:管夾蓋為兩個鉸接的半筒狀結(jié)構(gòu)，管路襯套固定設(shè)置于管夾蓋內(nèi)側(cè)。
[0019]所述的滑動設(shè)置是指:與絲杠相連的相對運動部分通過移動驅(qū)動組件在水平設(shè)置的并且與絲杠相配合的導軌上滑動。
技術(shù)效果
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能夠按照管路布置方式的要求，夾持一定外徑的各式接頭零件進行快速、精確的空間定位和姿態(tài)調(diào)整，并可在焊接過程中對軸向尺寸較大的彎管進行輔助支撐，以減小焊接位置處的形位誤差，提高焊接質(zhì)量。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明不意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明正視圖；
[0023]圖3為本發(fā)明側(cè)視圖；
[0024]圖4為兩自由度移動機構(gòu)示意圖；
[0025]圖5為五自由度位姿調(diào)整機構(gòu)示意圖；
[0026]圖6為管路-接頭復合夾鉗示意圖；
[0027]圖7為滑動設(shè)置示意圖；
[0028]圖中:I固定底板、2五自由度位姿調(diào)整機構(gòu)、3、4、5分別五自由度位姿調(diào)整機構(gòu)的Y軸移動平臺、X軸移動平臺、Z軸移動平臺、6A/C軸擺頭機構(gòu)、7管路-接頭復合夾鉗、8龍門架、9兩自由度移動機構(gòu)、10、11分別兩自由度移動機構(gòu)的X軸移動平臺、Z軸移動平臺、12三軸平面操作臂、13管道、14水泥地基、15A軸擺頭、16C軸擺頭、17擺頭基座、18單自由度接頭夾鉗、19驅(qū)動連桿、20夾鉗基座、21下連桿、22上連桿、23接頭固定套、24管路支座、25管夾蓋、26管路襯套、27導軌、28絲杠、29移動驅(qū)動組件。
【具體實施方式】
[0029]下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
實施例1
[0030]如圖1?3所示，本實施例包括:固定底板1、龍門架8、兩自由度移動機構(gòu)9、三軸平面操作臂12、八個管路-接頭復合夾鉗7和滑動設(shè)置于固定底板I上的八個五自由度位姿調(diào)整機構(gòu)2，其中:兩自由度移動機構(gòu)9滑動設(shè)置于龍門架8的水平部分，三軸平面操作臂12與兩自由度移動機構(gòu)9相連并位于兩自由度移動機構(gòu)9的下方;龍門架8橫跨固定底板I滑動設(shè)置于水泥地基14上，五自由度位姿調(diào)整機構(gòu)2在固定底板I上沿龍門架8方向等間距分布;管路-接頭復合夾鉗7設(shè)置于五自由度位姿調(diào)整機構(gòu)2上方。
[0031]所述的固定底板I是指平整加工的鋼板，通過地腳安裝和經(jīng)平整修飾好的水泥地基14固定。
[0032]所述的龍門架8為鋼制桁架，用來沿Y軸方向移動焊接設(shè)備。
[0033]如圖4所示，所述的兩自由度移動機構(gòu)9包括:相互滑動設(shè)置的X軸移動平臺10和Z軸移動平臺11，其中:X軸移動平臺10的運動方向與龍門架8的水平部分平行，Z軸移動平臺11在豎直平面內(nèi)運動，方向正交于龍門架8的水平部分。
[0034]所述的三軸平面操作臂12的三個轉(zhuǎn)動軸線相互平行，并通過緊固螺紋與兩自由度移動機構(gòu)9的Z軸移動平臺11的下端相連。
[0035]所述的三軸平面操作臂12的末端連接有焊接設(shè)備。
[0036]所述的三軸平面操作臂12為商用平面機械臂，用于調(diào)整焊接設(shè)備在平面內(nèi)的二維姿態(tài)。
[0037]如圖5所示，所述的五自由度位姿調(diào)整機構(gòu)2包括:由上而下依次相連的A/C軸擺頭機構(gòu)6、Z軸移動平臺5、X軸移動平臺4和Y軸移動平臺3，其中:Z軸移動平臺5滑動設(shè)置于X軸移動平臺4上，X軸移動平臺4滑動設(shè)置于Y軸移動平臺3上。
[0038]所述的A/C軸擺頭機構(gòu)6包括:A軸擺頭15、C軸擺頭16和擺頭基座17，其中:C軸擺頭16與擺頭基座17轉(zhuǎn)動連接，A軸擺頭15與C軸擺頭16轉(zhuǎn)動連接，兩個轉(zhuǎn)動連接為串聯(lián)關(guān)系。
[0039]所述的C軸擺頭16的轉(zhuǎn)動為扭轉(zhuǎn)運動，轉(zhuǎn)動軸線平行于豎直方向；A軸擺頭15的轉(zhuǎn)動為俯仰運動，A軸擺頭15的轉(zhuǎn)動軸線正交于C軸擺頭16的轉(zhuǎn)動軸線并與固定底板I所在平面平行。
[0040]所述的A軸擺頭15和C軸擺頭16內(nèi)的轉(zhuǎn)動連接通過轉(zhuǎn)動直驅(qū)組件實現(xiàn)無干涉范圍內(nèi)任意角度的轉(zhuǎn)動。
[0041]所述的五自由度位姿調(diào)整機構(gòu)2的Z軸移動平臺5、X軸移動平臺4和Y軸移動平臺3采用塔式POGO柱布局。
[0042]如圖6所示，所述的管路-接頭復合夾鉗7包括:夾鉗基座20、設(shè)置于夾鉗基座20上方的單自由度接頭夾鉗18、接頭固定套23和兩個管路支座24，其中:接頭固定套23固定設(shè)置于單自由度接頭夾鉗18的末端，管路支座24分別設(shè)置于單自由度接頭夾鉗18的兩側(cè)并與接頭固定套23同軸設(shè)置。
[0043]所述的單自由度接頭夾鉗18包括:驅(qū)動連桿19、下連桿21和上連桿22，其中:驅(qū)動連桿19與下連桿21鉸接，上連桿22分別與驅(qū)動連桿19和下連桿21鉸接。
[0044]所述的驅(qū)動連桿19穿過夾鉗基座20設(shè)置。
[0045]所述的A軸擺頭15通過緊固螺紋與夾鉗基座20相連。
[0046]所述的接頭固定套23與上連桿22固定連接。
[0047]可選的，所述的接頭固定套23與上連桿22作為一整體結(jié)構(gòu)進行加工制造。
[0048]所述的下連桿21通過移動直驅(qū)組件實現(xiàn)無干涉范圍內(nèi)任意距離的移動。
[0049]所述的管路支座24包括:管夾蓋25和管路襯套26，其中:管夾蓋25為兩個鉸接的半筒狀結(jié)構(gòu)，管路襯套26固定設(shè)置于管夾蓋25內(nèi)側(cè)。
[0050]所述的管夾蓋25下方的半筒狀結(jié)構(gòu)和夾鉗基座20為一體鑄造的鋼制結(jié)構(gòu)。
[0051]所述的管路襯套26和接頭固定套23分別根據(jù)管道13外徑和管道接頭類型進行相應設(shè)計，并分別與管道13外表面和管道接頭的外表面柔性貼合。
[0052]如圖7所示，所述的滑動設(shè)置是指:與絲杠28相連的相對運動部分通過移動驅(qū)動組件29在水平設(shè)置的并且與絲杠28相配合的導軌27上滑動。
[0053]所述的相對運動部分通過移動驅(qū)動組件29實現(xiàn)在對應導軌27的全長范圍內(nèi)任意距離的移動。
[0054]所述的移動驅(qū)動組件29、轉(zhuǎn)動直驅(qū)組件和移動直驅(qū)組件均采用伺服電機驅(qū)動，可直接利用伺服電機自帶的旋轉(zhuǎn)編碼器或光柵尺作為位移/角度傳感器。
[0055]工作時，根據(jù)儀器設(shè)備接頭的位姿數(shù)據(jù)以及管道13的形狀和接頭的類型，生成位姿調(diào)整機構(gòu)的控制方法，利用伺服電機驅(qū)動五自由度位姿調(diào)整機構(gòu)2，對管路-接頭復合夾鉗7進行位姿調(diào)整，并完成對管道13和管道接頭的裝夾;基于給定的管路焊接工藝要求，通過伺服電機自帶的位移/角度傳感器反饋的位姿數(shù)據(jù)，對安裝在三軸平面操作臂12末端的焊接設(shè)備進行軌跡規(guī)劃，并驅(qū)動龍門架8、兩自由度移動機構(gòu)9和三軸平面操作臂12以最佳軌跡運動，完成對管道13和管道接頭的焊接。
【主權(quán)項】
1.一種用于空間異型管路焊接的多點柔性夾持裝置，其特征在于，包括:固定底板、龍門架、兩自由度移動機構(gòu)、三軸平面操作臂、管路-接頭復合夾鉗和滑動設(shè)置于固定底板上的五自由度位姿調(diào)整機構(gòu)，其中:兩自由度移動機構(gòu)滑動設(shè)置于龍門架的水平部分，三軸平面操作臂與兩自由度移動機構(gòu)相連并位于兩自由度移動機構(gòu)的下方;龍門架橫跨固定底板滑動設(shè)置于水泥地基上，五自由度位姿調(diào)整機構(gòu)在固定底板上沿龍門架方向等間距分布；管路-接頭復合夾鉗設(shè)置于五自由度位姿調(diào)整機構(gòu)上方； 所述的兩自由度移動機構(gòu)包括:相互滑動設(shè)置的X軸移動平臺和Z軸移動平臺，其中:x軸移動平臺的運動方向與龍門架的水平部分平行，Z軸移動平臺在豎直平面內(nèi)運動，方向正交于龍門架的水平部分； 所述的五自由度位姿調(diào)整機構(gòu)包括:由上而下依次相連的A/C軸擺頭機構(gòu)、Z軸移動平臺、X軸移動平臺和Y軸移動平臺，其中:Z軸移動平臺滑動設(shè)置于X軸移動平臺上，X軸移動平臺滑動設(shè)置于Y軸移動平臺上； 所述的三軸平面操作臂的三個轉(zhuǎn)動軸線相互平行，并通過緊固螺紋與兩自由度移動機構(gòu)的Z軸移動平臺的下端相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多點柔性夾持裝置，其特征是，所述的三軸平面操作臂與兩自由度移動機構(gòu)的Z軸移動平臺相連，并且三軸平面操作臂的末端連接有焊接設(shè)備。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多點柔性夾持裝置，其特征是，所述的A/C軸擺頭機構(gòu)包括:A軸擺頭、C軸擺頭和擺頭基座，其中:C軸擺頭與擺頭基座轉(zhuǎn)動連接，A軸擺頭與C軸擺頭轉(zhuǎn)動連接，A軸擺頭轉(zhuǎn)動的軸線與C軸擺頭轉(zhuǎn)動的軸線正交。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多點柔性夾持裝置，其特征是，所述的Z軸移動平臺、X軸移動平臺和Y軸移動平臺采用塔式POGO柱布局。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多點柔性夾持裝置，其特征是，所述的管路-接頭復合夾鉗包括:夾鉗基座、設(shè)置于夾鉗基座上方的單自由度接頭夾鉗、接頭固定套和管路支座，其中:接頭固定套固定設(shè)置于單自由度接頭夾鉗的末端，管路支座分別設(shè)置于單自由度接頭夾鉗的兩側(cè)并與接頭固定套同軸設(shè)置。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多點柔性夾持裝置，其特征是，所述的A/C軸擺頭機構(gòu)包括:A軸擺頭、C軸擺頭和擺頭基座，其中:C軸擺頭與擺頭基座轉(zhuǎn)動連接，A軸擺頭與C軸擺頭轉(zhuǎn)動連接，A軸擺頭轉(zhuǎn)動的軸線與C軸擺頭轉(zhuǎn)動的軸線正交，A軸擺頭與夾鉗基座相連。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多點柔性夾持裝置，其特征是，所述的單自由度接頭夾鉗包括:驅(qū)動連桿、下連桿和上連桿，其中:驅(qū)動連桿與下連桿鉸接，上連桿分別與驅(qū)動連桿和下連桿鉸接，驅(qū)動連桿穿過夾鉗基座設(shè)置，接頭固定套與上連桿固定連接。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多點柔性夾持裝置，其特征是，所述的接頭固定套與上連桿一體成形。9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多點柔性夾持裝置，其特征是，所述的管路支座包括:管夾蓋和管路襯套，其中:管夾蓋為兩個鉸接的半筒狀結(jié)構(gòu)，管路襯套固定設(shè)置于管夾蓋內(nèi)側(cè)。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多點柔性夾持裝置，其特征是，所述的滑動設(shè)置是指:與絲杠相連的相對運動部分通過移動驅(qū)動組件在水平設(shè)置的并且與絲杠相配合的導軌上滑動。
【文檔編號】B23K37/047GK105945496SQ201610490424
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月29日
【發(fā)明人】王皓, 潘浩, 陳根良, 趙勇, 余海東, 來新民
【申請人】上海交通大學