CN102107371B - 用于在工件上行走并定位的行走定位装置 - Google Patents

Abstract

一种用于在工件上行走并定位的行走定位装置，包括行走机构、定位机构、执行器和中央处理器。行走机构包括第一行走单元、第二行走单元和驱动单元；定位机构包括用于在第一方向定位的定位单元、用于在第二方向定位的定位单元，第一方向垂直于所述第二方向，用于在第一方向定位的定位单元具有导向板、设于导向板上的第一方向的驱动组件和第一方向的导轨，用于在第二方向定位的定位单元具有设于第二行走单元的第二方向的驱动组件和第二方向的导轨；执行器设于用于在第一方向定位的定位单元上；中央处理器，用于控制上述机构。该行走定位装置可以满足较高的运动精度和定位精度的需求以保证自动化装配的质量，也能够尽量地减少对已有工装的要求，同时避免对已有工装的更改。

Description

用于在工件上行走并定位的行走定位装置

技术领域

本发明涉及自动化装配系统，特别地，涉及用于在工件上行走并定位的行走定位装置。

背景技术

飞机结构采用的主要连接方法是机械连接，一架大型飞机上大约有150万～200万个铆钉和螺栓，为了满足现代飞机高寿命的要求，首先要保证机械连接的安全性和可靠性。传统的飞机装配过程为：首先，通过划线或钻模板对连接位置进行定位；其次，通过肉眼观察或钻模板保证法线方向；最后，技术工人采用手持风钻等制孔工具对飞机产品相应结构进行制孔以便安装铆钉或者螺栓。这种方法存在几个问题：第一，难以保证制孔的质量，特别是以孔的垂直度为代表的精度指标；第二，难以控制进给量等工艺参数，造成毛刺高度较大，必须有后续的去毛刺的工序，从而增加大量成本；第三，效率较低，这也造成装配周期很长的重要原因之一。

为了解决这些问题，自动化装配系统成为新的发展方向。然而，大型自动化装配系统虽然可以保证质量，但成本昂贵，柔性一般，所以轻型柔性装配系统成为重要的发展方向。目前主要的轻型柔性自动化装配系统有基于工业机器人的自动化装配系统和基于柔性轨道的自动化装配系统。基于工业机器人的自动化装配系统是以成熟的工业机器人为平台，配上相应的末端执行器，完成自动化制孔等工作。然而，基于工业机器人的自动化装配系统却存在活动范围较小、结构较大和可移动性差的缺点。基于柔性轨道的自动化装配系统，则是以柔性轨道为平台，吸附在表面上，配上相应的末端执行器，完成自动化制孔等工作，如波音公司申请的中国发明专利CN200580025525.X所公开的柔性轨道多轴工具机及方法。但是，这种基于柔性轨道的自动化装配系统也存在结构较大和移动性差的缺点，尤其是，这种系统需要另外安装轨道，对工装的要求较多。

发明内容

本发明采用了行走定位装置，其可以在飞机产品的表面上行走并进行定位，定位后可以通过执行器对机械连接部位进行自动制孔。与基于工业机器人的自动化装配系统相比，本装置具有活动范围更大、结构小巧、移动方便的优点；与基于柔性轨道的自动化装配系统相比，本装置具有结构小巧、移动方便，不需要安装轨道，对工装的要求少的优点。

本发明的行走定位装置包括行走机构、定位机构、执行器和中央处理器。所述行走机构包括第一行走单元、第二行走单元和驱动单元，所述第一行走单元具有两条彼此平行的、刚性的行走导轨，所述第一行走单元在每条所述行走导轨侧均具有两条升降腿，所述第二行走单元的两侧分别具有可在所述行走导轨中滑动的滑块和两条升降腿，其中，所述滑块可滑动地结合在导轨中，当所述第二行走单元的升降腿脱离工件而所述第一行走单元的升降腿固定工件时，所述驱动单元可驱动所述第二行走单元沿所述行走导轨移动，当所述第一行走单元的升降腿脱离工件而所述第二行走单元的升降腿固定工件时，所述驱动单元可驱动第一行走单元沿所述滑块移动。所述定位机构包括用于在第一方向定位的定位单元、用于在第二方向定位的定位单元，所述第一方向垂直于所述第二方向，所述用于在第一方向定位的定位单元具有导向板、设于导向板上的第一方向的驱动组件和第一方向的导轨，所述用于在第二方向定位的定位单元具有设于所述第二行走单元的第二方向的驱动组件和第二方向的导轨，其中，所述第二方向的驱动组件可驱动所述用于在第一方向定位的定位单元沿所述第二方向的导轨移动。所述执行器设于所述用于在第一方向定位的定位单元上，所述第一方向的驱动组件可驱动所述执行器沿所述第一方向导轨移动。所述中央处理器用于控制所述行走机构、定位机构和执行器。

可选择地，所述行走机构的驱动单元为马达丝杠驱动机构。

可选择地，所述定位机构的第一行走单元的第一方向驱动组件为马达丝杠驱动机构。

可选择地，所述定位机构的第二行走单元的第二方向的驱动组件为马达丝杠驱动机构。

具体地，所述马达丝杠驱动机构包括马达、联轴器、丝杠和丝杠螺母。

具体地，所述马达和所述丝杠以所述联轴器连接并通过一支撑座和一固定座固定于所述第一行走单元，所述丝杠螺母可旋转地固定在所述丝杠上，一螺母连接块一端固定于所述丝杠螺母，另一端固定于所述第二行走单元。

可选择地，所述马达和所述丝杠以所述联轴器连接并通过一支撑座和一固定座固定于所述第二行走单元，所述丝杠螺母可旋转地固定在所述丝杠上，一螺母连接块一端固定于所述丝杠螺母，另一端固定于所述第一行走单元。

优选地，所述第一行走单元还具有方形的外框架，所述行走导轨分别设置于所述外框架的内侧面，所述第二行走单元还具有方形的内框架，所述滑块对应于所述第一行走单元的行走导轨设置于所述第二行走单元的内框架的外侧面上；所述升降腿分别位于所述外框架和所述内框架的端部，在垂直于所述外框架或所述内框架的方向上延伸，其一端连接于所述外框架或所述内框架上，另一端可脱离地固定于所述工件上。

可选择地，所述第一行走单元还具有方形的内框架，所述行走导轨分别设置于所述内框架的外侧面，所述第二行走单元还具有方形的外框架，所述滑块对应于所述第一行走单元的行走导轨设置于所述第二行走单元的外框架的内侧面上；所述升降腿分别位于所述外框架和所述内框架的端部，在垂直于所述外框架或所述内框架的方向上延伸，其一端连接于所述外框架或所述内框架上，另一端可脱离地固定于所述工件上。

优选地，所述用于在第一方向定位的定位单元的导向板的两端还分别具有一块连接片，所述连接片与所述第二方向的驱动组件中的丝杠螺母相固定，其上设有可滑动地与所述第二方向导轨相结合的滑块。

优选地，所述升降腿具有腿固定部、腿升降部、设于所述腿固定部和腿升降部之间的升降驱动单元和所述腿升降部末端的抓取执行器。

优选地，所述升降驱动单元为马达丝杠驱动机构。

具体地，所述马达丝杠驱动机构包括马达、联轴器、丝杠和丝杠螺母，其通过一固定座和一支撑座固定于所述腿固定部上，一螺母连接块将所述丝杠螺母固定于所述腿升降部。

优选地，所述腿固定部具有滑块，所述腿升降部具有与所述滑块相结合并可沿所述滑块滑动的导轨。

可选择地，所述腿固定部具有导轨，所述腿升降部具有与所述导轨相结合并可沿所述导轨滑动的滑轨。

优选地，所述腿升降部通过一连接杆连接到所述抓取执行器上，所述腿升降部和所述连接块通过球轴承连接。

优选地，所述抓取执行器为真空吸盘。

优选地，所述升降腿通过补偿机构与所述外框架或内框架的端部连接。

优选地，所述装置还包括用于防护所述装置的防护罩。

本发明的行走定位装置可以满足较高的运动精度和定位精度的需求以保证自动化装配例如制孔的质量，该装置具有足够的刚性和强度，能够满足加工要求，尽量地减少对已有工装的要求，避免对已有工装的更改。

附图说明

图1为根据本发明优选实施方式的行走定位装置的装配图；

图2为图1中行走机构未配合时的轴侧视图；

图3为图2中行走机构的第一行走单元相对X轴对称的一部分的轴侧视图；

图4为图2中行走机构的第二行走单元的轴侧视图；

图5为图4中行走机构的第二行走单元的一部分的轴侧视图以及补偿机构的放大图；

图6为图4中行走机构的第二行走单元装配有定位机构的轴侧视图；

图7为图6中定位机构的用于在第一方向定位的定位单元的轴侧视图；

图8为图1中升降腿的装配图；

图9为图8中升降腿的爆炸图；

图10为图8中升降腿的剖面图；

图11为补偿机构安装于升降腿连接板和框架连接板的装配图；

图12a为图11的正视图；

图12b为图11的后视图；

图12c为图11的俯视图；

图13为图11的爆炸图。

不同图中的相似特征由相似的附图标记指示。

具体实施方式

下文所述的X方向、Y方向和Z方向的关系为，X方向与Y方向在水平面相互垂直，Z方向在竖直面与X方向和Y方向均垂直，但是，可以理解，X、Y和Z方向均是指代的而非特定的。

如图1所示，行走定位装置(10)包括行走机构(11)、定位机构(12)、执行器(未示出)和中央处理器(未示出)。所述行走机构(11)根据中央处理器发出的指令可以在工件的表面上前进并到达指定的装配区域，所述定位机构(12)用于在装配区域进行精确的X、Y向定位，即根据中央处理器所发出的指令寻找X、Y坐标并将执行器移动到指定坐标处，所述执行器具有执行单元如钻孔工具，其根据中央处理器的指令在工件的表面进行相关的装配执行操作，如法向钻孔。

下面，结合图2、图3、图4和图5具体地说明行走机构(11)的结构。

行走机构(11)包括第一行走单元(11a)、第二行走单元(11b)和驱动单元(11c)。

所述第一行走单元(11a)具有刚性的外框架(100)和升降腿(200)。所述外框架(100)由两根在X方向上彼此平行的横梁(101)构成，所述横梁(101)大体上为长方体，其具有内侧面(101a)、顶面(101b)和两侧的端面(101c)，所述内侧面(101a)上具有数个孔，两条在X方向上平行的行走导轨(102)经由数个紧固件如螺钉固定于横梁的内侧面(101a)上。可选择地，所述驱动单元(11c)为马达丝杠驱动机构，具体地，其包括行走马达(103)、联轴器(104)、行走丝杠(105)和丝杠螺母(106)。联轴器(104)将行走马达(103)的输出轴与行走丝杠(105)连接，丝杠螺母(106)可旋转地固定于行走丝杠(105)上，一固定座(107)和一支撑座(108)将行走马达(103)和行走丝杠(105)固定于顶面(101b)上。两块均呈L形的固定块(109)用来将外框架(100)和升降腿(200)相互固定。较优地，所述外框架(100)和所述升降腿(200)之间还具有补偿机构(11d)，前述L形的固定块(109)的一端固定于外框架(100)上，另一端固定在与升降腿(200)相连接的补偿机构(11d)上。上述外框架也可以由四根横梁依次固定连接而形成为矩形框架，所述驱动单元可以采用其他的驱动方式，如直线马达驱动机构。

所述第二行走单元(11b)具有刚性的内框架(300)和升降腿(200)。所述内框架(300)由四根大体上呈长方体的横梁(301)依次地首尾固定在一起而形成为方形框架结构。其中，所述横梁(301)均具有内侧面(301a)、顶面(301b)和外侧面(301c)。在X向上彼此平行的两根横梁(301)的外侧面(301c)分别固定有两块滑块(302)。为了便于理解，图中的滑块(302)与行走导轨(102)相结合，当外框架(100)和内框架(300)装配在一起时，内框架(300)的滑块(302)上的凹槽可与外框架(100)的行走导轨(102)相互配合在一起并且可沿着行走导轨(102)在X向上滑动。所述四条升降腿(200)分别被呈L形的固定块(109)固定于内框架(300)的内侧并分别紧靠于方形框架结构的角部。所述固定块(109)的其中一端固定于横梁(301)的内侧面(301a)上，另一端固定于升降腿(200)上。一螺母连接块(303)固定在一个具有滑块(302)的横梁(301)的顶面(301b)上。较优地，所述内框架(300)和所述升降腿(200)之间还具有补偿机构(11d)，前述固定块(109)的一端固定于内框架(300)上，另一端固定在与升降腿(200)相连接的补偿机构(11d)上。

可选择地，所述驱动单元也可以以下述方式设置，即：马达和丝杠以联轴器连接并通过一支撑座和固定座固定于第二行走单元，丝杠螺母可旋转地固定在丝杠上，一螺母连接块一端固定于丝杠螺母，另一端固定于第一行走单元。

可选择地，行走导轨可以设置在第二行走单元的内框架的外侧面上，相应地，滑块可以设置在第一行走单元的外框架的内侧面上，这样，仍然可以实现本发明的目的。

在本发明中，使用滑块-导轨的方式来实现第一行走单元和第二行走单元之间的导向，可以理解，现有技术中的其他的导向方式在此可以被使用。

另外，在本发明的实施方式中，第一行走单元为外框架和升降腿的结构，第二行走单元为内框架和升降腿的结构，在其他的实施方式中，第一行走单元也可以为外框架和升降腿的结构，同时，第二行走单元为内框架和升降腿的结构。换句话说，可以这样设置：第一行走单元具有方形的内框架，行走导轨分别设置于内框架的外侧面，第二行走单元具有方形的外框架，滑块对应于第一行走单元的行走导轨设置于第二行走单元的外框架的内侧面上；升降腿分别位于外框架和内框架的端部，在垂直于外框架或内框架的方向上延伸，其一端固定于外框架或内框架上，另一端可脱离地固定于工件上。

本领域的技术人员可以理解，当内、外框架均为四根横梁依次连接而成的方框结构时，可以在外框架之外再连接第三行走单元，该第三行走单元类似于本发明的实施方式中的第一行走单元，而在行走方向上恰好垂直于第一行走单元，第三行走单元同第一行走单元之间的连接以及驱动方式和第一行走单元同第二行走单元之间的连接以及驱动方式相同或类似，区别仅在于行走过程中各升降腿同工件之间吸附或脱离的顺序不同，这样的话，行走机构不仅可以在工件上朝X向行走，而且也可以在Y向上行走，自动行走范围将更大。

所述升降腿(200)和补偿机构(11d)的具体结构将在后面述及。

下面，结合图6和图7具体地说明定位机构(12)的结构。

参见图6，所述定位机构(12)包括用于在第一方向定位的定位单元(12a)、用于在第二方向定位的定位单元(12b)。在本发明的的实施方式中，所述第一方向为X向，所述第二方向为Y向，X向与Y向相互垂直。结合图7，所述X向的定位单元(12a)具有X向的驱动组件(400)和X向的导向件(500)。具体地，所述X向的驱动组件(400)为马达丝杠驱动机构，其包括X向马达(401)、联轴器(402)、X向丝杠(403)和丝杠螺母(404)。所述X向的导向件(500)为沿X向延伸的长条形的导向板(501)，导向板(501)的一个侧面上具有两条在X向上彼此平行的X向导轨(502)，导向板(501)的两端还分别具有一块连接片(503)。所述连接片(503)的一片上具有固定座固定凸台(504)和滑块固定凸台(505)，与其相对的另一块连接片具有支撑座固定凸台(506)和滑块固定凸台(505)。其中，所述每块滑块固定凸台(505)上分别固定有两块滑块(507)，所述X向马达(401)和固定座(509)固定在固定座固定凸台(504)上，支撑座(510)固定在支撑座固定凸台(506)上，所述X向丝杠(403)上的丝杠螺母(404)可旋转地通过螺母连接块(511)固定于执行器安装板(12c)上。相应于前述X向导轨(502)，所述执行器安装板(12c)在侧面上具有两块开有凹槽的滑块(508)，所述两块滑块(508)的凹槽与X向导轨(502)相互结合从而所述滑块(508)可在X向导轨(502)中滑动。导向板(501)两端的连接片(503)上所固定的滑块(507)分别与下面将要被说明的Y向导轨(700)相配合。

所述Y向的定位单元具有Y向的驱动组件(600)和Y向导轨(700)。具体地，所述Y向的驱动组件(600)为马达丝杠驱动机构，其包括Y向马达(601)、联轴器(602)、Y向丝杠(603)和丝杠螺母(604)。所述Y向导轨(700)分别设置在两根在Y向上平行的横梁(301)的内侧面(301a)上，并且在每个内侧面上均设置有两条Y向导轨(700)。其中，支撑座(605)和固定座(606)分别固定在横梁(301)的顶面(301b)的两侧，Y向丝杠(603)通过支撑座(605)和固定座(606)可旋转地固定在横梁上。Y向马达(601)的输出轴和Y向丝杠(603)通过联轴器(602)相连接，在Y向丝杠(603)上的丝杠螺母(604)与远离X向马达(401)的一个连接片(503)通过螺母连接块(511)相固定。

可以理解，X向的驱动组件和Y向的驱动组件还可以采用其他的驱动形式，例如直线马达驱动。

下面，结合图8、图9和图10具体地说明升降腿(200)的结构。

所述升降腿(200)具有腿固定部(200a)、腿升降部(200b)、设于所述腿固定部(200a)和腿升降部(200b)之间的升降驱动单元(200c)和所述腿升降部末端的抓取执行器(200d)。

具体地，如图9所示，腿固定部(200a)大体上为一中空壳体，该壳体的顶端具有孔(201)和向上突起的固定凸台(202)，壳体底端具有开口(203)，在壳体的靠内侧的内表面的左右两侧平行地设有两块滑块(204)(为了便于理解，图中的滑块处于与导轨相结合的状态)。腿升降部(200b)呈向外侧开口的抽屉形，顶端设有孔(未示出)，底端设有孔(205)，所述顶端还固设有一块具有中心孔(206)的固定块(207)，所述腿升降部(200b)相应于腿固定部(200a)的滑块(204)在纵向方向上还设有两条平行的Z向导轨(208)。可选择地，升降驱动单元(200c)为马达丝杠驱动机构。所述马达丝杠驱动机构包括Z向马达(209)、联轴器(210)、Z向丝杠(211)和丝杠螺母(212)。Z向马达(209)被固定于腿固定部(200a)的固定凸台(202)上，联轴器(210)位于腿固定部(200a)的固定凸台(202)和腿固定部(200a)的壳体端面之间，Z向丝杠(211)的一端通过联轴器(210)与Z向马达轴相连接并由固定于腿固定部(200a)顶端面的固定座(213)可旋转地固定，另一端穿过腿固定部(200a)的孔(201)、腿升降部(200b)的固定块(207)上的孔(206)和腿升降部(200b)的顶端孔并由固定于腿固定部(200a)内侧面的支撑座(214)可旋转地固定，丝杠螺母(212)通过紧固件如螺钉与腿升降部(200b)的固定片(207)相互固定在一起。腿升降部(200b)通过设于底端孔(205)中的球轴承(216)与连接杆(217)的一端相连接，连接杆(217)的另一端与抓取执行器(200d)相连接，优选地，所述抓取执行器为真空吸盘。

可以理解，本发明的升降驱动单元也可以采用其他驱动方式，例如直线马达驱动机构。

另外，也可以在腿固定部上设置两条平行的导轨，在腿升降部设置有与腿固定部上的导轨相结合并可沿导轨滑动的两块滑块。只要是能够实现腿固定部和腿升降部之间的导向作用即可。

下面先说明升降腿(200)的工作原理。

升降腿(200)接受来自中央处理器的有关Z向运动的命令后会启动Z向马达(209)，Z向马达(209)通过联轴器(210)带动Z向丝杠(211)转动，Z向丝杠(211)再带动丝杠螺母(212)在Z向上上下平动，由于丝杠螺母(212)与腿升降部(200b)固定在一起，腿升降部(200b)的Z向导轨(208)又与腿固定部(200a)的滑块(204)可滑动地相互结合，所以丝杠螺母(212)会带动腿升降部(200b)在腿固定部(200a)上沿Z向滑动，从而可以提供在Z向上的精确的运动控制。由于腿升降部(200b)和连接到真空吸盘的连接杆(217)通过球轴承(216)进行连接，因而可以保证10度左右的万向旋转。进一步地，升降腿(200)接受来自中央处理器的有关XY向运动的命令后，会控制真空吸盘内的压力水平从而可以选择性地松开真空吸盘并选择性地使真空吸盘与工件表面吸紧。具体地，可以参照下面的有关行走机构(11)的运动来理解。

当行走机构(11)和升降腿(200)接收到来自中央处理器的有关XY向运动的命令后，行走机构(11)中的第一行走单元(11a)的升降腿(200)与工件固定，第二行走单元(11b)的升降腿(200)与工件脱离，随之，行走机构(11)中的驱动单元(11c)驱动第二行走单元(11b)沿第一行走单元(11a)行走，达到预定行程后，第二行走单元(11b)停止，其升降腿(200)与工件固定，第一行走单元(11a)的升降腿(200)与工件脱离，驱动单元(11c)会驱动第一行走单元(11a)沿第二行走单元(11b)行走并达到预定行程。持续此过程就可以到达预定的装配区域，下面结合具体部件更具体地加以说明。

最初时，该装置安放在工件表面，依靠真空吸盘与工件表面相吸附。

当中央处理器发出移动的命令时，内框架(300)上的升降腿(200)末端的真空吸盘全部松开，腿升降部(200b)沿腿固定部(200a)在Z向上升一个预定行程，行走马达(103)通过联轴器(104)驱动行走丝杠(105)顺时针旋转，行走丝杠(105)带动丝杠螺母(106)在行走丝杠(105)上向右端平动，由于丝杠螺母(106)通过螺母连接块(303)与内框架(300)相固定，而且内框架(300)的滑块(302)可滑动地与外框架(100)的行走导轨(102)相结合，因此，螺母连接块(303)就会带动内框架(300)沿着外框架(100)的行走导轨(102)向右端移动。当内框架(300)移动到一个预定行程后，内框架(300)停止，其上的升降腿(200)的腿升降部(200b)沿腿固定部(200a)下降，并且其末端的真空吸盘吸附在工件上。与此同时，外框架(100)上的升降腿(200)末端的真空吸盘全部松开，腿升降部(200b)沿腿固定部(200a)上升，行走马达(103)驱动行走丝杠(105)逆时针旋转，由于此时内框架(300)不动，逆时针旋转的行走丝杠(105)就会相对内框架(300)向右移动，从而带动外框架(100)向右移动，达到预定行程后，外框架(100)停止，其上的升降腿(200)的腿升降部(200b)沿腿固定部(200a)下降，并且其末端的真空吸盘吸附在工件上。这样，所述行走机构(11)就完成了一个行程的行走。如此反复多次，即可到达预定的装配区域。

虽然行走机构(11)到达预定的装配区域，可是这并不代表执行器就可以执行装配任务了，因为装配任务如钻孔通常是在一个指定的坐标点进行的。即，此时还需要定位机构(12)在预定的装配区域中找到这个坐标点才行。

下面，就结合具体部件来说明当行走机构(11)到达预定的装配区域后，定位机构(12)是如何动作的。

中央处理器根据当前的执行器位置计算出执行器距离目标位置在X向上和在Y向上的距离并向定位机构(12)的X向马达(401)和Y向马达(601)发出移动指令。X向马达(401)接收到指令后会顺时针或逆时针旋转从而通过联轴器(402)带动X向丝杠(403)旋转，同时，X向丝杠(403)的旋转带动丝杠螺母(404)在X向上移动，由于丝杠螺母(404)与执行器安装板(12c)固定，而且执行器安装板(12c)通过侧面的滑块(508)与导向板(501)上的X向导轨(502)可滑动地结合，因此，丝杠螺母(404)就带动执行器安装板(12c)沿X向导轨(502)前进或后退。同样地，Y向马达(601)接收到指令后会顺时针或逆时针旋转从而通过联轴器(602)带动Y向丝杠(603)旋转，同时，Y向丝杠(603)的旋转带动丝杠螺母(604)在Y向上移动，由于丝杠螺母(604)与导向板(501)一端的连接片(503)通过螺母连接块(511)相固定，而且导向板(501)两端通过连接板(503)的滑块(507)与内框架(300)上的Y向导轨(700)可滑动地结合，因此，丝杠螺母(604)就带动导向板(501)沿Y向导轨(700)移动。这样，定位机构(12)就可以将执行器移动到指定位置。

当沿着曲面移动到指定位置后，安装在执行器安装板(12c)上的执行器检测指定位置的法线方向并通过内框架(300)的X向马达(401)和Y向马达(601)再次进行X向和Y向的微调，同时，通过Z向马达(209)进行Z向和a角(即绕X轴转动方向)、b角(即绕Y轴转动方向)的微调，从而保证执行器的主轴与指定位置的法向重合。有关本装置的具体动作方式并不是本发明的重点，在此，对其不作赘述。若在目标处使得执行器的主轴可与工件表面的装配位置法向重合的话，则还需要A(绕X方向旋转)方向、B(绕Y方向旋转)方向的运动以使得行走定位装置的框架能够绕X方向左右倾斜和绕Y方向前后俯仰从而调整框架上的执行器。然而，在倾斜或俯仰运动中，例如绕Y轴的向后仰起的过程中，若假设内框架或外框架上的后端两条升降腿固定，前端的两条升降腿就会伸长，在伸长的过程中，所有升降腿末端的真空吸盘却一直吸附在工件表面上，同时框架和升降腿之间又是垂直关系，则必然要求前端的升降腿在X方向上有微动位移才能保证这种仰起运动可以实现。同理，若框架绕X轴左右倾斜则必然要求升降腿在Y方向上有微动位移才能保证倾斜运动可以实现。因此，本发明提出了一种补偿机构。

本发明的补偿机构设计在框架和升降腿之间进行XY方向的位置补偿。在此，补偿机构作为一个独立模块，它的设计变更并不会影响到本装置的其他部件，该补偿机构也可以根据法向调整角度范围进行更换。

下面，将具体地说明补偿机构(11d)的结构。

结合图2及图5，补偿机构(11d)设置在行走定位装置(10)的框架(100、300)和升降腿(200)之间，用于补偿由法向调整而引起的位置变动，如图所示，图5中虚线内部就是补偿机构。

参见图11-13，补偿机构(11d)主要包括第一方向运动件(20)、第二方向运动件(30)、第一柔性铰链(40)和第二柔性铰链(50)。其中，第一柔性铰链(40)和第二柔性铰链(50)均形成具有两个第一方向连杆和两个第二方向连杆的四连杆结构，所述第一方向运动件(20)和所述第一柔性铰链(40)的第一方向连杆的其中一个固定连接，第二方向运动件(30)和第二柔性铰链(50)的第二方向连杆的其中一个固定连接，第一柔性铰链(40)的第一方向连杆中的另一个与第二柔性铰链(50)的第二方向连杆的另一个固定连接。在这里，第一方向指X方向，第二方向指Y方向。X方向运动件和Y方向运动件优选地为滑轨。

在本发明的补偿机构(11d)中，第一方向运动件(20)和第二方向运动件(30)采用了具有X向滑轨(21)、Y向滑轨(22)和滑块(23)的十字轨(24)，当Z向有较大载荷同时又不希望对X、Y向运动作过多限制时，采用十字轨(24)可以起到抵抗Z向载荷的作用。

上述柔性铰链目前被广泛地应用在精密机械、精密测量、微米技术和纳米技术等领域，它是依靠柔性元素的变形来传输运动和力，它的材质通常采用金属材料(如弹簧钢)，柔性铰链的中部较为薄弱，在力矩作用下可以产生较明显的弹性角变形，因此，能在机械结构中起到铰链的作用。按形式，柔性铰链可以分为单边和双边形，按缺口形状，其可以分为直梁式、(半)圆弧式、椭圆式、抛物线式等。柔性铰链具有下列优点：结构简单、运动平稳、无需润滑、无回退空程、无摩擦、高精度。在本发明中，主要利用了柔性铰链结构紧凑、运动平稳的特点，当补偿机构运动补偿后可以通过柔性铰链的弹性回复特性恢复到初始状态。第一柔性铰链和第二柔性铰链可以采用圆弧型、直梁型或椭圆型的缺口。其中，圆弧型缺口的柔性铰链的运动精度较高，但运动行程受到很大的限制，只能实现微小幅度的转动；直梁型缺口的柔性铰链有较大的转动范围，但运动精度却较差，转动中心在转动过程中有明显的偏转；椭圆型缺口的柔性铰链是前两者的折中。在本发明的补偿机构中，所述的第一柔性铰链(40)和第二柔性铰链(50)的缺口均为圆弧型。

如图13所示，第一柔性铰链(40)位于第二柔性铰链(50)的内部并通过一个第一方向连杆(41)与第二柔性铰链(50)的一个第二方向连杆(51)相固定，固定后的双铰链结构大体上呈“回”字形。可选择地，第一柔性铰链(40)也可以位于第二柔性铰链(50)的外部，假想把图中的第一柔性铰链(40)沿其连接的第二柔性铰链(50)的第二方向连杆(51)翻转到第二方向连杆(51)的左侧，这样的呈“吕”字形的铰链结构仍然可以实现本发明的目的。可以理解，第一柔性铰链(40)和第二柔性铰链(50)可以是如图所示的一大一小的，也可以是相同大小的。

结合图11，Y向滑轨(22)固定在连接片(109)的水平连接部(109a)上，X向滑轨(21)和升降腿连接板(25)的滑轨固定部(25a)通过螺纹紧固件如螺钉相互固定，滑轨固定部(25a)又通过焊接方式与第一柔性铰链(40)的第一方向连杆(42)相固定，框架连接板(26)的一个垂直连接部(26a)与连接片(109)的垂直连接部(109b)相固定，一个水平连接部(26b)与第二柔性铰链(50)的第二方向连杆(52)相焊接，框架连接板(26)的另一个垂直连接部与行走定位装置的框架相固定。其中，升降腿连接板(25)和框架连接板(26)可以根据实际需要做成不同的形状。

在合适的驱动力下，第二柔性铰链(50)就会以与框架连接板(26)相固定的部分为“机架”发生连杆运动，又由于柔性铰链除了圆弧缺口外其余部分的刚性很大，因此，第二柔性铰链(50)大致上在Y向上运动，即使Y向的运动产生了X向的位移也由于非常小可以忽略不计。同理，第一柔性铰链(40)在Y向上刚性很大，在合适的驱动力下，其可以以第二柔性铰链(50)为“机架”发生连杆运动，并大致上在X向上运动，即使X向运动产生了Y向的位移，也由于Y向位移非常微小可以忽略不计。

当中央处理器检测到工件的法向方向后即发出框架(100、300)绕X方向或绕Y方向或同时绕X、Y方向运动的指令，从而，部分升降腿上升(或下降)使框架(100、300)左右倾斜或前后俯仰或既有左右倾斜又有前后俯仰的运动，这样，框架(100、300)和升降腿(200)之间就会发生相对运动。即，升降腿连接板(25)和框架连接板(26)之间在Y方向或在X方向或既在Y方向又在X方向发生相对运动。在合适的驱动力作用下，升降腿连接板(25)就带动十字轨(24)的滑块(23)沿Y向滑轨(22)在Y向上运动，由于升降腿连接板(25)与第一柔性铰链(40)相互固定，第一柔性铰链(40)又与第二柔性铰链(50)固定，所以，升降腿连接板(25)作为驱动源就会使第二柔性铰链(50)“跟随”作连杆运动，当达到Y向的补偿量后，上述机构停止运动；当真空吸盘脱离工件表面时，由于柔性铰链的弹性力，升降腿(200)和框架(100、300)又恢复到最初的位置关系。同理，在合适的驱动力作用下，升降腿连接板(25)就带动十字轨(24)的X向滑轨(21)沿滑块(23)在X向上运动从而带动第一柔性铰链(40)“跟随”作连杆运动并实现X向的补偿。可以理解，如果X向和Y向上均需补偿则通过上述动作的叠加即可实现。

可选择地，如图所示，内框架(300)的四个补偿机构中，一个补偿机构在X、Y向上均被固定，一个补偿机构在X、Y向上均可补偿，一个补偿机构只可作X向补偿、一个补偿机构只可作Y向补偿，外框架的四个补偿机构均可在X、Y向上补偿，这样可以确定补偿的唯一性。

最后，为了使本装置不受外界灰尘的影响，尤其为了避免装配时产生的飞屑影响装置的精密度，本装置还可以设置一保护罩。

本发明不以任何方式限制于在说明书和附图中呈现的示例性实施方式。示出以及描述的实施方式(的部分)的所有组合明确地理解为并入该说明书之内并且明确地理解为落入本发明的范围内。而且，在如权利要求书概括的本发明的范围内，很多变形是可能的。此外，不应该将权利要求书中的任何参考标记构造为限制本发明的范围。

Claims (19)

1.一种用于在工件上行走并定位的行走定位装置，包括：

行走机构，其包括第一行走单元、第二行走单元和驱动单元，所述第一行走单元具有两条彼此平行的、刚性的行走导轨，所述第一行走单元在每条所述行走导轨侧均具有两条升降腿，所述第二行走单元的两侧分别具有可在所述行走导轨中滑动的滑块和两条升降腿，其中，所述滑块可滑动地结合在导轨中，当所述第二行走单元的升降腿脱离工件而所述第一行走单元的升降腿固定工件时，所述驱动单元可驱动所述第二行走单元沿所述行走导轨移动，当所述第一行走单元的升降腿脱离工件而所述第二行走单元的升降腿固定工件时，所述驱动单元可驱动第一行走单元沿所述滑块移动；

定位机构，其布置在所述行走机构上，所述定位机构包括用于在第一方向定位的定位单元、用于在第二方向定位的定位单元，所述第一方向垂直于所述第二方向，所述用于在第一方向定位的定位单元具有导向板、设于导向板上的第一方向驱动组件和第一方向导轨，所述用于在第二方向定位的定位单元具有设于所述第二行走单元的第二方向驱动组件和第二方向导轨，其中，所述第二方向驱动组件可驱动所述用于在第一方向定位的定位单元沿所述第二方向导轨移动；

执行器，其设于所述用于在第一方向定位的定位单元上，所述第一方向驱动组件可驱动所述执行器沿所述第一方向导轨移动；

中央处理器，用于控制所述行走机构、定位机构和执行器；

其中，所述行走定位装置还包括用于对第一方向和第二方向进行位置补偿的八个补偿机构，所述八个补偿机构分别与所述第一行走单元的四条升降腿和所述第二行走单元的四条升降腿连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述行走机构的驱动单元为马达丝杠驱动机构。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述定位机构的第一行走单元的第一方向驱动组件为马达丝杠驱动机构。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述定位机构的第二行走单元的第二方向驱动组件为马达丝杠驱动机构。

5.根据权利要求2、3或4所述的装置，其中，所述马达丝杠驱动机构包括马达、联轴器、丝杠和丝杠螺母。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述马达和所述丝杠以所述联轴器连接并通过一支撑座和一固定座固定于所述第一行走单元，所述丝杠螺母可旋转地固定在所述丝杠上，一螺母连接块一端固定于所述丝杠螺母，另一端固定于所述第二行走单元。

7.根据权利要求5所述的装置，其中，所述马达和所述丝杠以所述联轴器连接并通过一支撑座和一固定座固定于所述第二行走单元，所述丝杠螺母可旋转地固定在所述丝杠上，一螺母连接块一端固定于所述丝杠螺母，另一端固定于所述第一行走单元。

8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一行走单元还具有方形的外框架，所述行走导轨分别设置于所述外框架的内侧面，所述第二行走单元还具有方形的内框架，所述滑块对应于所述第一行走单元的行走导轨设置于所述第二行走单元的内框架的外侧面上；所述升降腿分别位于所述外框架和所述内框架的端部，在垂直于所述外框架或所述内框架的方向上延伸，其一端连接于所述外框架或所述内框架上，另一端可脱离地固定于所述工件上。

9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一行走单元还具有方形的内框架，所述行走导轨分别设置于所述内框架的外侧面，所述第二行走单元还具有方形的外框架，所述滑块对应于所述第一行走单元的行走导轨设置于所述第二行走单元的外框架的内侧面上；所述升降腿分别位于所述外框架和所述内框架的端部，在垂直于所述外框架或所述内框架的方向上延伸，其一端连接于所述外框架或所述内框架上，另一端可脱离地固定于所述工件上。

10.根据权利要求5所述的装置，其中，所述用于在第一方向定位的定位单元的导向板的两端还分别具有一块连接片，所述连接片与所述第二方向驱动组件中的丝杠螺母相固定，其上设有可滑动地与所述第二方向导轨相结合的滑块。

11.根据权利要求8或9所述的装置，其中，所述升降腿具有腿固定部、腿升降部、设于所述腿固定部和所述腿升降部之间的升降驱动单元和所述腿升降部末端的抓取执行器。

12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述升降驱动单元为马达丝杠驱动机构。

13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述马达丝杠驱动机构包括马达、联轴器、丝杠和丝杠螺母，其通过一固定座和一支撑座固定于所述腿固定部上，一螺母连接块将所述丝杠螺母固定于所述腿升降部。

14.根据权利要求12所述的装置，其中，所述腿固定部具有滑块，所述腿升降部具有与所述滑块相结合并可沿所述滑块滑动的导轨。

15.根据权利要求12所述的装置，其中，所述腿固定部具有导轨，所述腿升降部具有与所述导轨相结合并可沿所述导轨滑动的滑轨。

16.根据权利要求11所述的装置，其中，所述腿升降部通过一连接杆连接到所述抓取执行器上，所述腿升降部和所述连接块通过球轴承连接。

17.根据权利要求11所述的装置，其中，所述抓取执行器为真空吸盘。

18.根据权利要求8或9所述的装置，其中，所述升降腿通过补偿机构与所述外框架或内框架连接。

19.根据权利要求1所述的装置，还包括用于防护所述装置的防护罩。

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