CN103846649A - 一种用于精密装配的两级并联机器人装置 - Google Patents

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    • B25J9/003—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics

Abstract

一种用于精密装配的两级并联机器人装置，属于精密仪器设备领域，该装置由绳索并联机构和Stewart并联机构组成，绳索并联机构的索平台同时充当所述Stewart并联机构的静平台，Stewart并联机构的动平台位于其静平台下端，通过6根伸缩腿与其静平台相连接，其中索平台能够实现大范围内位姿调整，但由于绳索的刚度低，容易在装配冲击等干扰下产生振动，Stewart并联机构的动平台在伸缩腿的驱动下可以有效的妳补位姿偏移，测量系统由6个拉线编码器和精确测量点组成，拉线编码器的测量端点有规律地与各精确测量点相连接，在装配过程中实时测量并解算索平台的位姿，用于绳索并联机构和Stewart并联机构的控制，从而实现精密装配。

Description

一种用于精密装配的两级并联机器人装置
技术领域
本发明属于精密仪器设备领域，特别涉及一种用于精密装配的两级并联机器人装置。
背景技术
装配技术是制造业的核心关键技术，在航天器对接以及飞机装配制造过程中，装配零部件往往尺寸大、载荷重，另外，加工精密的零部件对装配精度有比较苛刻的要求。不仅如此，对作业效率和自动化程度的需求，使得制造装备对机器人技术的依赖增大。因此，具有大工作空间、重载荷能力的用于精密装配的机器人装置的开发对装配技术乃至制造业具有重要意义。
在飞机制造中主要采用以下几种装配机构。第一种为型架加吊车方式装配，它利用厂房天车或地面吊车吊起参与装配的飞机部件，将支撑位于机体外表面的定位接头放置在型架上的定位交点，利用型架本身的相对基准，完成产品部件的装配。该种方法能够完成较大质量构件的装配，但是自动化程度较低。由于吊车或者厂房天车的定位精度较低，所以必须采用专用的夹具，且必须针对不同装配部件定制型架。第二种为串联式机械支柱，它能够实现3个相互垂直方向平移运动，且具有较高定位精度的模块化单元。可以采用多台机械支架形成一个网状系统，与飞机部件或部件外表面的固定托架上的支撑接头一对一连接，以提高承载能力。串联式机械支柱的承载能力有限，一般多用于壁板及翼梁的装配。还有一种是刚性并联机构，相对于传统的串联机构而言，并联机构具有刚度较大、承载能力强、累积误差小以及运动性能好等优点。并联机构的优点很好的弥补了原有串联机构的不足，拓宽了机械自动化的应用范围。但是并联机构存在工作空间体积较小、灵活性较差等缺点。
因此，以上方法很难完成大范围工作空间、部件质量较大并且精度要求苛刻的装配任务。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于精密装配的两级并联机器人装置，鉴于已有单个装配机构的不足，本发明将绳索并联机构和刚性Stewart并联机构进行组合，来实现精密装配任务，达到增大工作空间、增强承载能力的目标。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种用于精密装配的两级并联机器人装置，由绳索并联机构和Stewart并联机构组成，所述绳索并联机构的索平台同时充当所述Stewart并联机构的静平台，所述Stewart并联机构的动平台位于其静平台下端，通过6根伸缩腿与其静平台相连接。
所述绳索并联机构包括索平台2，上拉索1的底端设置于索平台2的上方中央位置，顶端连接天车9上的卷筒绳索，6根下拉索3的顶端设置于索平台2的下方边沿位置，底端连接出索机构4的卷筒10。
所述出索机构4安装于固定小车16上，由驱动电机13、减速器12、卷筒10以及导向轮11组成，其中，驱动电机13的输出接减速器12由其降低转速放大转矩后传递至卷筒10，导向轮11设置于卷筒10上的绳索出索路径上以改变出索方向。
还包括由多个精确测量点15和6个安装于固定小车16上的拉线编码器14组成的测量系统，所述精确测量点15分别布置在Stewart并联机构静平台和目标工件8上，所述拉线编码器14的测量端点有规律地与精确测量点15相连接，实时测量解算静平台的位姿。
所述Stewart并联机构由静平台、动平台6和6条伸缩腿5组成，其中所述动平台上安装有装配工件7，所述伸缩腿5上端通过虎克铰和静平台连接，下端通过球铰和动平台6连接，伸缩腿5在电机控制下伸长或缩短，实现动平台相对静平台的移动和调姿。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
⑴采用两级并联机器人构型，其中绳索并联机构使装置具有大工作空间，Stewart并联机构承载能力强且能够实时补偿装置的位姿误差，从而实现大工作空间、重载荷条件下的精密装配任务。
⑵绳索并联机构的上拉索可以直接利用车间中已有天车，工作范围覆盖面广；下拉索出索机构安装于固定小车，结构简单且方便重组。
⑶在装配过程中，拉线编码器实时测量静平台精确测量点到固定小车相应点的长度并解算出静平台的位姿，用于绳索并联机构和Stewart并联机构的控制。
附图说明
图1为两级并联机器人装置示意图。
图2为绳索并联机器人示意图。
图3为出索机构示意图。
图4为测量系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
图1为一种用于精密装配的两级并联机器人装置的示意图。上拉索1、索平台2、下拉索3组成7索并联机构。静平台2、动平台5、伸缩腿6组成Stewart并联机构。该装置由绳索并联机构和Stewart并联机构两级机构组成，绳索并联机构的索平台2同时充当Stewart并联机构的静平台。装配工件7安装于动平台6，其在空间中的位姿由绳索并联机构和Stewart并联机构共同决定。索平台2在上拉索1和下拉索3的综合控制下能够实现装配工件7大范围内位姿调整，但由于绳索的刚度低，容易在装配冲击等干扰下产生振动，造成装配工件7的位姿偏移。动平台6在伸缩腿5的驱动下可以有效的妳补装配工件7的位姿偏移，实现与目标工件8的精密装配。
图2为绳索并联机构的示意图。上拉索1的顶端与天车9卷筒绳索相连接，能够跟随天车9实现水平面内大范围的移动，并在天车卷筒收放运动下实现垂直方向的升降。下拉索3的顶端与索平台2连接，底端缠绕于出索机构4的卷筒，随着卷筒的旋转从而实现绳索的伸长与缩短。装置向上拉力全部由上拉索1提供，因此上拉索1需选用大直径型号，6根下拉索3向下的拉力使机构能够保持一定的姿态并具有足够的刚度。
图3为出索机构的示意图。下拉索3的伸缩和拉力通过出索机构4进行控制。出索机构4安装于固定小车16，由驱动电机13、减速器12、卷筒10以及导向轮11组成。驱动电机13产生运动和转矩，减速器12将转速降低转矩放大，减速器12输出轴驱动卷筒10从而控制下拉索3的伸缩和受力，下拉索3在进入卷筒10之前经由导向轮11，保证卷筒10能够很好地对不同出索方向的下拉索实现缠绕。
图4为测量系统的示意图。测量系统的测量元件是6个拉线编码器14，分别安装于固定小车16上。索平台2和目标工件8上分别设有精确测量点15。拉线编码器14的测量端点有规律地与各精确测量点相连接，在装配过程中，实时测量各精确测量点到固定小车16相应点的长度并解算出索平台2的位姿，装置控制系统通过对索平台2和目标工件8的位姿比较，发出控制命令，从而完成精密装配任务。

Claims (5)

1.一种用于精密装配的两级并联机器人装置，其特征在于，由绳索并联机构和Stewart并联机构组成，所述绳索并联机构的索平台同时充当所述Stewart并联机构的静平台，所述Stewart并联机构的动平台位于其静平台下端，通过6根伸缩腿与其静平台相连接。
2.根据权利要求1所述的用于精密装配的两级并联机器人装置，其特征在于，所述绳索并联机构包括索平台（2），上拉索（1）的底端设置于索平台（2）的上方中央位置，顶端连接天车（9）上的卷筒绳索，6根下拉索（3）的顶端设置于索平台（2）的下方边沿位置，底端连接出索机构（4）的卷筒（10）。
3.根据权利要求2所述的用于精密装配的两级并联机器人装置，其特征在于，所述出索机构（4）安装于固定小车（16）上，由驱动电机（13）、减速器（12）、卷筒（10）以及导向轮（11）组成，其中，驱动电机（13）的输出接减速器（12）由其降低转速放大转矩后传递至卷筒（10），导向轮（11）设置于卷筒（10）上的绳索出索路径上以改变出索方向。
4.根据权利要求3所述的用于精密装配的两级并联机器人装置，其特征在于，还包括由多个精确测量点（15）和6个安装于固定小车（16）上的拉线编码器（14）组成的测量系统，所述精确测量点（15）分别布置在Stewart并联机构静平台和目标工件（8）上，所述拉线编码器（14）的测量端点有规律地与精确测量点（15）相连接，实时测量解算静平台的位姿。
5.根据权利要求1所述的用于精密装配的两级并联机器人装置，其特征在于，所述Stewart并联机构由静平台、动平台（6）和6条伸缩腿（5）组成，其中所述动平台上安装有装配工件（7），所述伸缩腿（5）上端通过虎克铰和静平台连接，下端通过球铰和动平台（6）连接，伸缩腿（5）在电机控制下伸长或缩短，实现动平台相对静平台的移动和调姿。
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