CN107813293B - 一种柔性加工双机械手环境下使用的六自由度可调底座装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柔性加工双机械手环境下使用的六自由度可调底座装置,该可调底座装置由两个结构相同的底座系统,空间位置传感校正系统两部分组成;其中每个底座系统分为四层,分别为底板支撑机构,转动溜板及其调节结构、X方向溜板及其调节结构、Y方向溜板及其调节结构;空间位置传感校正系统包括平尺、垫铁、激光位置校准装置、角度传感器。该可调底座装置可实现双机械手系统的快速搬迁位置恢复、新生产线的复制和定期位置校准,以满足高精度、柔性加工条件下双机械手使用需求;该可调底座装置尺寸结构精巧,布置紧凑,该可调底座装置重复安装精度可达0.02°,重复互换精度可达0.04°,调平精度可达0.003°,可以广泛用于各种自动化喷涂的技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种柔性加工双机械手环境下使用的六自由度可调底座装置。
背景技术
随着工业自动化进程的加快,各个工艺领域都在朝着高精度、高效率、高品质的自动化生产模式转变和发展。在喷涂、焊接、搬运等各个工业领域,六轴机械手获得较为广泛的应用,特别是在高精度加工领域,通常需要两个六自由度甚至更高自由度的机械手相互配合工作,以提高加工自由度。另外,柔性加工技术是目前工业化发展的重点,针对双机械手柔性加工条件下,实现不同零部件快速编程加工是制约这一技术发展的关键,虽然工作场景的三维虚拟化技术和离线编程技术可以解决,但其基础是双机械手间空间位置固定,必须克服机械手安装精度问题。另外,工业化应用过程中,往往存在多条相同的双机械手协同工作的生产线,如何保障不同生产线间具有一致性,也是目前的难题。
更为重要的,国内外燃气轮机涡轮导向叶片多采用热喷涂热障涂层技术,热障涂层被认为是燃气涡轮发动机三大关键制造技术之一。而导向叶片存在型面复杂、遮蔽等因素,因而一直认为是高质量自动化喷涂的难点问题,采用双机械手可以解决制约的自由度不足等问题,但更为重要的是进一步解决上述离线编程、多条生产线复制等关键问题。
本发明是基于双机械手热喷涂柔性加工平台,开发的可调底座装置,用于不同生产线之间的双机械手精准定位和生产线搬迁后位置的快速恢复,进而实现单一零件的一次离线编程和多生产线重复使用,此外由于机械手运动惯性导致的周期范围内安装位置变化,亦可利用该装置进行校准。
发明内容
本发明的目的是为了提高双机械手联动操作的重复定位精度,最终实现离线编程,提高生产效率和工艺制造精度及稳定性。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:一组六自由度可调底座装置,其中包含两个结构相同的底座(1),空间位置传感校正系统(2)。其中每个底座系统分为四层,分别为底板支撑机构(101),转动溜板及其调节结构(102)、X方向溜板及其调节结构(103)、Y方向溜板及其调节结构(104);空间位置传感校正系统(2)由激光位置校准装置(201)、角度传感器(202)、平尺(203)以及垫铁(204)组成。
所述底板支撑机构:底板为矩形结构,中间设有转盘轴孔座(1011),用来安装转盘轴,通过螺栓固定;在底板中心的圆周方向上还为转动溜板的卡紧螺栓开了安装孔(1012),以便于卡紧转动溜板;矩形两长边有转动溜板的鱼眼铰链安装槽(1013)以及各有四个可用来安装调整垫铁的螺栓孔(1014);并且为了减轻底板重量,在底板中心的圆周方向挖去了六个圆孔。上述结构主要实现支撑整个底座及负载的重量,通过垫铁与膨胀螺栓固定在地面上。
所述转动溜板及其调节机构:转动溜板中间设有转盘轴孔座(1021),通过螺栓固定;转盘轴上装配角接触球轴承;同时溜板两对侧安装了两条X方向直线导轨(1022),两条直线导轨可拆卸更换,通过导轨压块(1023)将转动溜板和直线导轨固定起来,为了提高导轨刚度,导轨安装及定位平面采用了加强筋处理;溜板和底板间分别安装了鱼眼铰链(1024),通过鱼眼拉杆连接在一起,调节两侧鱼眼铰链产生扭转力矩,实现溜板绕Z轴转动和锁紧。另外两对侧安装了X方向调节丝杠(1025)、手轮(1026)、紧定螺栓(1027)。在转动溜板的圆周方向均布四处弧形阶梯槽(与转动溜板的卡紧螺栓安装孔相对应)(1028),槽中装有等高圆柱销,用以保证转动溜板和底板支撑机构的距离并且起到支撑作用,圆柱销顶端安装螺栓,可以对转动溜板起到卡紧作用;并且为了减轻转动溜板重量,在转动溜板中心的圆周方向挖去了六个圆孔。上述结构主要实现绕Z轴的转动自由度调节和限定。
所述X方向溜板及其调节机构:X方向溜板与转动溜板上X方向导轨对应处安装了导轨滑块(1031),导轨滑块与X方向溜板采用螺栓(1032)紧固;与转动溜板对应的X方向调节丝杠、手轮、紧定螺栓处存在相应的螺纹孔,X方向紧定结构采用两侧用两组拉紧螺栓和两组压紧螺栓来实现位移限制,用来调节固定X方向溜板位置;在X方向溜板上方两对侧安装了两条Y方向直线导轨(1033),两条直线导轨可拆卸更换,通过导轨压块(1034)将X方向溜板和直线导轨固定起来,为了提高导轨刚度,导轨安装及定位平面采用了加强筋处理;在X方向溜板上方另外两对侧安装Y方向的调节丝杠(1035)、手轮(1036)、紧定螺栓(1037)在溜板上;为了减轻溜板的重量,X方向溜板中间挖了六个矩形孔。上述机构实现了X方向移动自由度调节和限定。
所述Y方向溜板及其调节结构:Y方向溜板与X方向溜板上Y方向导轨对应处安装了导轨滑块(1041),导轨滑块与Y方向溜板采用螺栓紧固;与X方向溜板对应的Y方向调节丝杠、手轮、紧定螺栓(1042)处存在相应的螺纹孔,Y方向紧定结构采用两侧用两组拉紧螺栓和两组压紧螺栓来实现位移限制,用来调节固定Y方向溜板位置;Y方向溜板两侧分别有安装平尺工艺槽(1043)以及卡紧螺栓孔,用来定位、卡紧平尺;围绕中心点的圆周方向存在安装机械手的螺纹孔(1044)以及两个定位销孔(1045),为了提高机械手的安装精度,Y方向溜板加工出了安装凸台平面(1046);此外为了减轻Y方向溜板的重量,Y方向溜板中间挖了圆形孔,以达到减重作用。上述机构实现了Y方向移动自由度调节和限定。
所述空间位置传感校正系统由平尺(203)、垫铁(204)、激光位置校准装置(201)、角度传感器(202)组成;平尺(203)为安装在两个底座Y方向溜板工艺槽上的悬臂件,为了减轻零件质量、提高测量精度以及防止变形,采用平尺主体为铝合金材质,平尺工作面采用碳钢材质的分体结构,平尺尾端分别安装有激光位置校准装置和角度传感器;激光器通过采用激光反射原理来进行两个底座的位置调节,当两个底座位置平行时,激光接收器反射光线与发射光线重合;角度传感器根据不共线三点确定唯一平面原理,通过此原理将测得角度值转化为不在同一侧的三个垫铁的高度差,通过调整不在同一侧的三个垫铁的高度,可实现底座水平调节,从而实现了限制X、Y方向的转动和Z轴的移动,实现三个自由度调节和限定;并且其余调整垫铁均布在底板两侧,其余调整垫铁起到的是对底板进行紧固和承载整个底座及负载的重量的作用。
本发明的突出优点在于:
1、采用角度传感器,可时时获得底座空间位置,参数,实现精准的水平定位。
2.各个自由度间的调节相互独立,互不干扰,实现自由度解耦。
3.通过X、Y方向调节丝杠的精度、导轨精度为、角接触球轴承的精度以及空间位置传感校正系统精度等共同保证了该可调底座装置重复安装精度可达0.02°,重复互换精度可达0.04°,调平精度可达0.003°。
4.整个结构简单紧凑,采用了大量标准件,制造简单,成本低,操作较容易。
5.可用于不同生产线之间的双机械手精准定位和生产线搬迁后位置的快速恢复,进而实现单一零件的一次离线编程和多生产线重复使用。
6.可用该装置对机械手运动惯性导致的周期范围内安装位置变化,进行校准。
7.提高了双机械手联动操作的重复定位精度,为最终实现离线编程,提高生产效率,奠定了基础。
制备生产实际的应用,可以充分证明利用该组机械手底座安装机械手,实现了高重复定位精度。利于离线编程加工轨迹,提高了机械手工作平台的柔性,可快速实现不同工件表面涂层得制备,提高了生产效率。该发明便于移动,安装调试简单,可靠性高,大幅度缩短了工艺验证时间,在提高喷涂精度、涂层均匀性和质量方面都发挥了较好的作用。
附图说明
图1是一种柔性加工双机械手环境下使用的六自由度可调底座装置立体结构示意图;
图2是一种柔性加工双机械手环境下使用的六自由度可调底座装置底座结构示意图;
图3是一种柔性加工双机械手环境下使用的六自由度可调底座装置空间位置传感校正系统结构示意图;
图4-图7是一种柔性加工双机械手环境下使用的六自由度可调底座装置所示的分解示意图;
图8是鱼眼铰链调节机构示意图。
附图中各部件的标记如下:1底座系统 2空间位置传感校正系统
101底板支撑机构 102转动溜板及其调节机构
103X方向溜板及其调节机构 104Y方向溜板及其调节机构
201激光位置校准装置 202角度传感器 203平尺 204垫铁
1011转盘轴孔座 1012转动溜板卡紧螺栓安装孔
1013转动溜板鱼眼铰链安装槽 1014调整垫铁安装孔 1021转盘轴孔座 1022X方向直线导轨 1023导轨压块 1024鱼眼铰链
1025 X方向调节丝杠 1026 X方向手轮
1027 X方向紧定螺栓孔 1028转动溜板卡紧螺栓安装阶梯槽
1031 X方向导轨滑块 1032 X方向紧定螺栓螺纹孔
1033Y方向直线导轨 1034导轨压块 1035 Y方向调节丝杠
1036 Y方向手轮 1037Y方向紧定螺栓孔
1041 Y方向导轨滑块 1042 Y方向紧定螺栓螺纹孔 1043平尺工艺槽
1044安装机械手螺纹孔 1045定位销孔 1046高精度凸台平面
具体实施方式
下面对本发明的具体实施做详细说明,所述说明在本发明提出的技术方案下实施,给出详细的实施方式和具体操作过程,但本发明的保护范围不限于下述实施例。
如图1所示,本发明设计了一组主要柔性加工双机械手环境下使用的六自由度可调底座装置,该可调底座装置由两个结构相同的底座系统,空间位置传感校正系统两部分组成;其中每个底座系统分为四层,分别为底板支撑机构,转动溜板及其调节结构、X方向溜板及其调节结构、Y方向溜板及其调节结构;空间位置传感校正系统由平尺、垫铁、激光位置校准装置、角度传感器组成。
如图4所示,底板机构两侧连接八块调整垫铁,通过不共线三点确定唯一平面原理将测得角度值转化为不在一侧的三个垫铁的高度差,通过调整不在一侧的三个垫铁的高度,通过调整不在一侧的三个垫铁的高度,可实现底座水平调节,将底板调整水平且所需的高度后卡紧所有垫铁,固定底板,完成底座XY方向的转动和Z轴的移动调节。
如图5所示,松开两个调节转动溜板的紧定螺栓,通过查看激光位置校准装置激光线位置,拉动鱼眼螺杆形成扭转力矩使溜板转动,使激光接收器反射光线与发射光线重合,调节完成后,拧紧螺栓,完成转动溜板调节与卡紧,完成底座平行调节。
如图6所示,松开X方向溜板调整的紧定螺栓,通过查看激光位置校准装置激光线位置,摇动手轮,旋转丝杠带动X方向溜板沿X方向导轨移动,根据所需的位移要求调整完成后拧紧两边各两组紧定螺栓,完成X方向溜板调节与卡紧,完成X方向位移调节。
如图7所示,松开Y方向溜板调整的紧定螺栓,通过查看双机械手终端尖点的距离,摇动手轮,旋转丝杠带动Y方向溜板沿Y方向导轨移动,根据所需的位移要求调整完成后拧紧两边各两组紧定螺栓,完成Y方向溜板调节与卡紧,完成Y方向位移调节。
当然,本发明还可有其它多种实施形式,底座的调整方式不限于以上的实施步骤,在不背离本发明精神及其实质的情况下,熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种不同的调整方式,但这些相应的变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
Claims (1)
1.一种柔性加工双机械手环境下使用的六自由度可调底座装置,其特征在于:
该可调底座装置由两个结构相同的底座系统和两个结构相同的空间位置传感校正系统组成;其中每个底座系统分为从上至下四层,分别为底板支撑机构,转动溜板及其调节结构、X方向溜板及其调节结构、Y方向溜板及其调节结构;空间位置传感校正系统包括平尺、垫铁、激光位置校准装置、角度传感器;所述的底板支撑机构的底板为矩形结构,中间设有转盘轴孔座,用来安装转盘轴,通过螺栓固定;在底板中心的圆周方向上还为转动溜板的卡紧螺栓开了安装孔,以便于卡紧转动溜板;矩形两长边有转动溜板的鱼眼铰链安装槽以及各有四个可用来安装调整垫铁的螺栓孔;底板支撑机构通过垫铁与膨胀螺栓固定在地面上;
所述的转动溜板及其调节机构,转动溜板中间设有转盘轴孔座,通过螺栓固定;转盘轴上装配角接触球轴承;同时溜板两对侧安装了两条X方向直线导轨,两条直线导轨可拆卸更换,通过导轨压块将转动溜板和直线导轨固定起来,转动溜板和底板间分别安装了鱼眼铰链,通过鱼眼拉杆连接在一起,调节两侧鱼眼铰链产生扭转力矩,实现转动溜板绕Z轴转动和锁紧;另外两对侧安装了X方向调节丝杠、手轮、紧定螺栓,与转动溜板的卡紧螺栓安装孔相对应,在转动溜板的圆周方向均布四处弧形阶梯槽,槽中装有等高圆柱销,圆柱销顶端安装螺栓,对转动溜板起到卡紧作用;
所述的X方向溜板及其调节机构,X方向溜板与转动溜板上X方向导轨对应处安装了导轨滑块,导轨滑块与X方向溜板采用螺栓紧固;与转动溜板对应的X方向调节丝杠、手轮、紧定螺栓处存在相应的螺纹孔,X方向紧定结构采用两侧用两组拉紧螺栓和两组压紧螺栓来实现位移限制,用来调节固定X方向溜板位置;在X方向溜板上方两对侧安装了两条Y方向直线导轨,两条直线导轨可拆卸更换,通过导轨压块将X方向溜板和直线导轨固定起来,在X方向溜板上方另外两对侧安装Y方向的调节丝杠、手轮、紧定螺栓在溜板上;
所述的Y方向溜板与X方向溜板上Y方向导轨对应处安装了导轨滑块,导轨滑块与Y方向溜板采用螺栓紧固;与X方向溜板对应的Y方向调节丝杠、手轮、紧定螺栓处存在相应的螺纹孔,Y方向紧定结构采用两侧用两组拉紧螺栓和两组压紧螺栓来实现位移限制,用来调节固定Y方向溜板位置;Y方向溜板两侧分别有安装平尺工艺槽以及卡紧螺栓孔,用来定位、卡紧平尺;围绕中心点的圆周方向存在安装机械手的螺纹孔以及两个定位销孔;
所述的空间位置传感校正系统包括平尺、垫铁、激光位置校准装置、和角度传感器;平尺为安装在两个底座Y方向溜板工艺槽上的悬臂件,平尺尾端分别安装有激光位置校准装置和角度传感器;激光器通过采用激光反射原理来进行两个底座的位置调节,当两个底座位置平行时,激光接收器反射光线与发射光线重合;角度传感器根据不共线三点确定唯一平面原理,输出为不在同一侧的三个垫铁的高度差,通过调整不在同一侧的三个垫铁的高度,实现底座水平调节,实现了限制X、Y方向的转动和Z轴的移动,实现三个自由度调节和限定。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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