CN106346463B - 一种空间机械臂系统装配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空间机械臂系统装配方法，该方法包括以下步骤：步骤一：在基座的侧面设置基准面，将基座安装于工装板；步骤二：第一机械臂关节的一端与基座相连接；步骤三：第一机械臂关节的另一端与第二机械臂关节相连接；步骤四：第二机械臂关节与长臂杆的一端相连接，长臂杆的另一端与第三机械臂关节相连接；步骤五：第三机械臂关节与第四机械臂关节相连接；步骤六：第四机械臂关节与短臂杆的一端相连接，短臂杆的另一端与第五机械臂关节相连接；步骤七：第五机械臂关节与第六机械臂关节相连接；步骤八：第六机械臂关节与末端执行器相连接板。本发明解决了现有技术中在缺乏高精度定位设备和大型定位工装的情况下系统安装误差大的问题。
Description
技术领域
本发明涉及空间机器人领域，尤其涉及一种空间机械臂系统装配方法。
背景技术
串联机械臂标定技术及标定系统是针对国防科工局“空间碎片”项目的空间机械臂精度设计与验证需求提出。空间机械臂采用了适用于空间真空、微重力环境、离子辐射环境设计，空间机械臂开发难度大开发周期长。空间六自由度机械臂由六个通用化关节、末端执行器、长臂杆、短臂杆及底座等组成，机械臂关节间的装配精度是影响空间机械臂定位精度的关键因素，机械臂各关节及直属件间通过外圈圆形阵列的12个螺钉进行连接，因螺纹连接存在间隙，其系统安装误差很大。现有的在安装过程中，由于缺乏高精度定位设备和大型定位工装的情况下，使得其安装误差很大。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种空间机械臂系统装配方法，解决了现有技术中在缺乏高精度定位设备和大型定位工装的情况下系统安装误差大的问题。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种空间机械臂系统装配方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一：在基座的侧面设置基准面，将基座安装于工装板，使得基座的基准面与工装板的表面相垂直；
步骤二：第一机械臂关节的一端与基座相连接；
步骤三：第一机械臂关节的另一端与第二机械臂关节相连接，第二机械臂关节通过第一连接件安装于工装板；
步骤四：第二机械臂关节与长臂杆的一端相连接，长臂杆的另一端与第三机械臂关节相连接，第三机械臂关节通过第二连接件安装于工装板；
步骤五：第三机械臂关节与第四机械臂关节相连接，第四机械臂关节通过第一连接件安装于工装板；
步骤六：第四机械臂关节与短臂杆的一端相连接，短臂杆的另一端与第五机械臂关节相连接，第五机械臂关节通过第二连接件安装于工装板；
步骤七：第五机械臂关节与第六机械臂关节相连接，第六机械臂关节通过第一连接件安装于工装板；
步骤八：第六机械臂关节与末端执行器相连接，末端执行器通过第二连接件安装于工装板。
上述空间机械臂系统装配方法中，在所述步骤二中，第一机械臂关节设置有第一凸台平面，使得第一凸台平面和基准面平行，其中，所述第一凸台平面为圆形，平面度为0.05/100mm，粗糙度为Ra0.8，第一凸台平面与第一机械臂关节连接为一体。
上述空间机械臂系统装配方法中，在所述步骤三中，第二机械臂关节的上侧面设置有第二凸台平面，第二凸台平面与工装板的表面相平行，其中，所述第二凸台平面为圆形，平面度为0.05/100mm，粗糙度为Ra0.8，第二凸台平面与第二机械臂关节连接为一体，所述第二凸台平面与第一连接件的轴线相垂直。
上述空间机械臂系统装配方法中，在所述步骤四中，长臂杆的轴线与步骤三中的第二机械臂关节的轴线相互垂直，第三机械臂关节的上侧面设置有第三凸台平面，利用三坐标测量仪测量第一凸台平面与第三凸台平面相邻两个凸台平面间的平面度，使其安装误差保证在0-0.05mm/10’范围内，其中，所述第三凸台平面为圆形，平面度为0.05/100mm，粗糙度为Ra0.8，第三凸台平面与第三机械臂关节连接为一体，所述第三凸台平面与第二连接件的轴线相垂直。
上述空间机械臂系统装配方法中，在所述步骤五中，第四机械臂关节的轴线与第三机械臂关节的轴线相互垂直，第四机械臂关节的上侧面设置有第四凸台平面，利用三坐标测量仪测量第四凸台平面与第三凸台平面相邻两个凸台平面间的平面度，使其安装误差保证在0-0.05mm/10’范围内，其中，所述第四凸台平面为圆形，平面度为0.05/100mm，粗糙度为Ra0.8，第四凸台平面与第四机械臂关节连接为一体，所述第四凸台平面与第一连接件的轴线相垂直。
上述空间机械臂系统装配方法中，在所述步骤六中，短臂杆的轴线与第五机械臂关节的轴线相互垂直，第五机械臂关节的上侧面设置有第五凸台平面，利用三坐标测量仪测量第四凸台平面与第五凸台平面相邻两个凸台平面间的平面度，使其安装误差保证在0-0.05mm/10’范围内，其中，所述第五凸台平面为圆形，平面度为0.05/100mm，粗糙度为Ra0.8，第五凸台平面与第五机械臂关节连接为一体，所述第五凸台平面与第二连接件的轴线相垂直。
上述空间机械臂系统装配方法中，在所述步骤七中，第六机械臂关节的轴线与第五机械臂关节的轴线相互垂直，第六机械臂关节的上侧面设置有第六凸台平面，利用三坐标测量仪测量第六凸台平面与第五凸台平面相邻两个凸台平面间的平面度，使其安装误差保证在0-0.05mm/10’范围内，其中，所述第六凸台平面为圆形，平面度为0.05/100mm，粗糙度为Ra0.8，第六凸台平面与第六机械臂关节连接为一体，所述第六凸台平面与第一连接件的轴线相垂直。
上述空间机械臂系统装配方法中，所述工装板的平面度为0.05/100mm。
上述空间机械臂系统装配方法中，在所述步骤二中，将高精度工装套在第一机械臂关节和基座上，使得高精度工装的内表面与第一凸台平面、基准面相接触，通过第一凸台平面、基准面均与内表面相贴合使得第一凸台平面和基准面平行。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明设计了基座和基座上的基准面，使得在后续连接臂杆和机械臂关节减小了安装误差；
(2)本发明将基座、臂杆、机械臂关节和末端执行器安装于工装板上，利用工装板的平面度，减小了在安装过程中的误差；
(3)本发明通过在机械臂关节上设置凸台平面，利用三坐标测量仪测量相邻两个凸台平面间的平面度，使得安装误差很小。
附图说明
图1示出了本发明实施例提供的空间机械臂系统的结构示意图；
图2示出了本发明实施例提供的高精度工装的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明：
图1示出了本发明实施例提供的空间机械臂系统的结构示意图。本发明提供了一种空间机械臂系统装配方法，结合图1，该方法包括以下步骤：
步骤一：在基座2的侧面设置基准面21，将基座2安装于工装板1，使得基座2的基准面21与工装板1的表面相垂直；
步骤二：第一机械臂关节3的一端与基座2相连接，其中第一机械臂关节3设置有第一凸台平面31，使得第一凸台平面31和基准面21平行；
步骤三：第一机械臂关节3的另一端与第二机械臂关节4相连接，第二机械臂关节4通过第一连接件51安装于工装板1，其中，第二机械臂关节4的上侧面设置有第二凸台平面41，第二凸台平面41与工装板1的表面相平行；
步骤四：第二机械臂关节4与长臂杆6的一端相连接，长臂杆6的另一端与第三机械臂关节7相连接，第三机械臂关节7通过第二连接件52安装于工装板1，其中，长臂杆6的轴线与步骤三中的第二机械臂关节4的轴线相互垂直，第三机械臂关节7的上侧面设置有第三凸台平面71，利用三坐标测量仪测量第一凸台平面41与第三凸台平面71相邻两个凸台平面间的平面度，使其安装误差保证在0-0.05mm/10’范围内；
步骤五：第三机械臂关节7与第四机械臂关节8相连接，第四机械臂关节8通过第一连接件51安装于工装板1，其中，第四机械臂关节8的轴线与第三机械臂关节7的轴线相互垂直，第四机械臂关节8的上侧面设置有第四凸台平面81，利用三坐标测量仪测量第四凸台平面81与第三凸台平面71相邻两个凸台平面间的平面度，使其安装误差保证在0-0.05mm/10’范围内；
步骤六：第四机械臂关节8与短臂杆9的一端相连接，短臂杆9的另一端与第五机械臂关节10相连接，第五机械臂关节10通过第二连接件52安装于工装板1，其中，短臂杆9的轴线与第五机械臂关节10的轴线相互垂直，第五机械臂关节10的上侧面设置有第五凸台平面101，利用三坐标测量仪测量第四凸台平面81与第五凸台平面101相邻两个凸台平面间的平面度，使其安装误差保证在0-0.05mm/10’范围内；
步骤七：第五机械臂关节10与第六机械臂关节11相连接，第六机械臂关节11通过第一连接件51安装于工装板1，其中，第六机械臂关节11的轴线与第五机械臂关节10的轴线相互垂直，第六机械臂关节11的上侧面设置有第六凸台平面111，利用三坐标测量仪测量第六凸台平面111与第五凸台平面101相邻两个凸台平面间的平面度，使其安装误差保证在0-0.05mm/10’范围内；
步骤八：第六机械臂关节11与末端执行器12相连接，末端执行器12通过第二连接件52安装于工装板1。
在步骤一中，基座2上开设有孔，工装板1上开设有与基座2的孔相对应的孔，螺钉穿过基座2的孔与工装板1的孔将基座2连接在工装板1上。
在步骤二中，如图2所示，使用高精度工装22使得第一凸台平面31和基准面21平行。具体的，将高精度工装22套在第一机械臂关节3和基座2上，使得高精度工装22的内表面221与第一凸台平面31、基准面21相接触，通过第一凸台平面31、基准面21均与内表面221完全相贴合，从而保证第一凸台平面31和基准面21平行。
在步骤三中，可以利用三坐标测量仪测量第二凸台平面41与工装板1的表面的平面度，使得第二凸台平面41与工装板1的表面相平行，需要理解的是，利用三坐标测量仪测量的方法是公知技术，本实施例不再详细描述。
在步骤四中，首先利用一圈螺钉将第二机械臂关节4与长臂杆6连接，再用另一圈螺钉将第三机械臂关节7与长臂杆6连接，此时螺钉未拧紧，然后拧紧一圈螺钉中的某一个使得第二机械臂关节4与长臂杆6固定连接，拧紧另一圈螺钉中的某一个使得第三机械臂关节7与长臂杆6固定连接，然后利用三坐标测量仪测量第一凸台平面41与第三凸台平面71相邻两个凸台平面间的平面度，测量安装误差是否在0-0.05mm/10’范围内，如果在0-0.05mm/10’范围内，将上述两圈中的螺钉都拧紧；如果不在0-0.05mm/10’范围内，松弛上述两圈螺钉中各拧紧的那个螺钉，调整长臂杆6的位置，从而间接调整第三机械臂关节7的位置，直到安装误差在0-0.05mm/10’范围内，再拧紧全部螺钉。需要理解的是，利用三坐标测量仪测量的方法是公知技术，本实施例不再详细描述。
在步骤五中，首先利用一圈螺钉将第三机械臂关节7与第四机械臂关节8连接起来，此时螺钉未拧紧，然后拧紧一圈螺钉中的某一个使得第三机械臂关节7与第四机械臂关节8固定连接，然后利用三坐标测量仪测量第四凸台平面81与第三凸台平面71相邻两个凸台平面间的平面度，测量安装误差是否在0-0.05mm/10’范围内，如果在0-0.05mm/10’范围内，将上述一圈中的螺钉都拧紧；如果不在0-0.05mm/10’范围内，松弛上述一圈螺钉中拧紧的那个螺钉，调整第四机械臂关节8的位置，直到安装误差在0-0.05mm/10’范围内，再拧紧全部螺钉。需要理解的是，利用三坐标测量仪测量的方法是公知技术，本实施例不再详细描述。
在步骤六中，首先利用一圈螺钉将第四机械臂关节8与短臂杆9连接，再用另一圈螺钉将第五机械臂关节10与短臂杆9连接，此时螺钉未拧紧，然后拧紧一圈螺钉中的某一个使得第四机械臂关节8与短臂杆9固定连接，拧紧另一圈螺钉中的某一个使得第五机械臂关节10与短臂杆9固定连接，然后利用三坐标测量仪测量第四凸台平面81与第五凸台平面101相邻两个凸台平面间的平面度，测量安装误差是否在0-0.05mm/10’范围内，如果在0-0.05mm/10’范围内，将上述两圈中的螺钉都拧紧；如果不在0-0.05mm/10’范围内，松弛上述两圈螺钉中各拧紧的那个螺钉，调整短臂杆9的位置，从而间接调整第五机械臂关节10的位置，直到安装误差在0-0.05mm/10’范围内，再拧紧全部螺钉。需要理解的是，利用三坐标测量仪测量的方法是公知技术，本实施例不再详细描述。
在步骤七中，首先利用一圈螺钉将第五机械臂关节10与第六机械臂关节11连接起来，此时螺钉未拧紧，然后拧紧一圈螺钉中的某一个使得第五机械臂关节10与第六机械臂关节11固定连接，然后利用三坐标测量仪测量第六凸台平面111与第五凸台平面101相邻两个凸台平面间的平面度，测量安装误差是否在0-0.05mm/10’范围内，如果在0-0.05mm/10’范围内，将上述一圈中的螺钉都拧紧；如果不在0-0.05mm/10’范围内，松弛上述一圈螺钉中拧紧的那个螺钉，调整第六机械臂关节11的位置，直到安装误差在0-0.05mm/10’范围内，再拧紧全部螺钉。需要理解的是，利用三坐标测量仪测量的方法是公知技术，本实施例不再详细描述。
本实施例设计了基座和基座上的基准面，使得在后续连接臂杆和机械臂关节减小了安装误差；并且本实施例将基座、臂杆、机械臂关节和末端执行器安装于工装板上，利用工装板的平面度，减小了在安装过程中的误差；并且本实施例通过在机械臂关节上设置凸台平面，利用三坐标测量仪测量相邻两个凸台平面间的平面度，使得安装误差很小。
上述实施例中，工装板1的平面度为0.05/100mm。通过将工装板1的平面度设计为0.05/100mm，从而提高了本实施例中安装的精度。
上述实施例中，在步骤二中，第一凸台平面31为圆形，平面度为0.05/100mm，粗糙度为Ra0.8。从而提高了本实施例中安装的精度。
上述实施例中，在步骤三中，第二凸台平面41为圆形，平面度为0.05/100mm，粗糙度为Ra0.8。从而提高了本实施例中安装的精度。
上述实施例中，在步骤四中，第三凸台平面71为圆形，平面度为0.05/100mm，粗糙度为Ra0.8。从而提高了本实施例中安装的精度。
上述实施例中，在步骤五中，第四凸台平面81为圆形，平面度为0.05/100mm，粗糙度为Ra0.8。从而提高了本实施例中安装的精度。
上述实施例中，在步骤六中，第五凸台平面101为圆形，平面度为0.05/100mm，粗糙度为Ra0.8。从而提高了本实施例中安装的精度。
上述实施例中，在步骤七中，第六凸台平面111为圆形，平面度为0.05/100mm，粗糙度为Ra0.8。从而提高了本实施例中安装的精度。
本发明设计了基座和基座上的基准面，使得在后续连接臂杆和机械臂关节减小了安装误差；并且本发明将基座、臂杆、机械臂关节和末端执行器安装于工装板上，利用工装板的平面度，减小了在安装过程中的误差；并且本发明通过在机械臂关节上设置凸台平面，利用三坐标测量仪测量相邻两个凸台平面间的平面度，使得安装误差很小。
以上所述的实施例只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种空间机械臂系统装配方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤一：在基座(2)的侧面设置基准面(21)，将基座(2)安装于工装板(1)，使得基座(2)的基准面(21)与工装板(1)的表面相垂直；
步骤二：第一机械臂关节(3)的一端与基座(2)相连接；
步骤三：第一机械臂关节(3)的另一端与第二机械臂关节(4)相连接，第二机械臂关节(4)通过第一连接件(51)安装于工装板(1)；
步骤四：第二机械臂关节(4)与长臂杆(6)的一端相连接，长臂杆(6)的另一端与第三机械臂关节(7)相连接，第三机械臂关节(7)通过第二连接件(52)安装于工装板(1)；
步骤五：第三机械臂关节(7)与第四机械臂关节(8)相连接，第四机械臂关节(8)通过第一连接件(51)安装于工装板(1)；
步骤六：第四机械臂关节(8)与短臂杆(9)的一端相连接，短臂杆(9)的另一端与第五机械臂关节(10)相连接，第五机械臂关节(10)通过第二连接件(52)安装于工装板(1)；
步骤七：第五机械臂关节(10)与第六机械臂关节(11)相连接，第六机械臂关节(11)通过第一连接件(51)安装于工装板(1)；
步骤八：第六机械臂关节(11)与末端执行器(12)相连接，末端执行器(12)通过第二连接件(52)安装于工装板(1)；
其中，在所述步骤二中，第一机械臂关节(3)设置有第一凸台平面(31)，使得第一凸台平面(31)和基准面(21)平行，其中，所述第一凸台平面(31)为圆形，平面度为0.05/100mm，粗糙度为Ra0.8，第一凸台平面(31)与第一机械臂关节(3)连接为一体；
在所述步骤二中，将高精度工装(22)套在第一机械臂关节(3)和基座(2)上，使得高精度工装(22)的内表面(221)与第一凸台平面(31)、基准面(21)相接触，通过第一凸台平面(31)、基准面(21)均与内表面(221)相贴合使得第一凸台平面(31)和基准面(21)平行。
2.根据权利要求1所述的空间机械臂系统装配方法，其特征在于：在所述步骤三中，第二机械臂关节(4)的上侧面设置有第二凸台平面(41)，第二凸台平面(41)与工装板(1)的表面相平行，其中，所述第二凸台平面(41)为圆形，平面度为0.05/100mm，粗糙度为Ra0.8，第二凸台平面(41)与第二机械臂关节(4)连接为一体，所述第二凸台平面(41)与第一连接件(51)的轴线相垂直。
3.根据权利要求1所述的空间机械臂系统装配方法，其特征在于：在所述步骤四中，长臂杆(6)的轴线与步骤三中的第二机械臂关节(4)的轴线相互垂直，第三机械臂关节(7)的上侧面设置有第三凸台平面(71)，利用三坐标测量仪测量第一凸台平面(41)与第三凸台平面(71)相邻两个凸台平面间的平面度，使其安装误差保证在0-0.05mm/10’范围内，其中，所述第三凸台平面(71)为圆形，平面度为0.05/100mm，粗糙度为Ra0.8，第三凸台平面(71)与第三机械臂关节(7)连接为一体，所述第三凸台平面(71)与第二连接件(52)的轴线相垂直。
4.根据权利要求1所述的空间机械臂系统装配方法，其特征在于：在所述步骤五中，第四机械臂关节(8)的轴线与第三机械臂关节(7)的轴线相互垂直，第四机械臂关节(8)的上侧面设置有第四凸台平面(81)，利用三坐标测量仪测量第四凸台平面(81)与第三凸台平面(71)相邻两个凸台平面间的平面度，使其安装误差保证在0-0.05mm/10’范围内，其中，所述第四凸台平面(81)为圆形，平面度为0.05/100mm，粗糙度为Ra0.8，第四凸台平面(81)与第四机械臂关节(8)连接为一体，所述第四凸台平面(81)与第一连接件(51)的轴线相垂直。
5.根据权利要求1所述的空间机械臂系统装配方法，其特征在于：在所述步骤六中，短臂杆(9)的轴线与第五机械臂关节(10)的轴线相互垂直，第五机械臂关节(10)的上侧面设置有第五凸台平面(101)，利用三坐标测量仪测量第四凸台平面(81)与第五凸台平面(101)相邻两个凸台平面间的平面度，使其安装误差保证在0-0.05mm/10’范围内，其中，所述第五凸台平面(101)为圆形，平面度为0.05/100mm，粗糙度为Ra0.8，第五凸台平面(101)与第五机械臂关节(10)连接为一体，所述第五凸台平面(101)与第二连接件(52)的轴线相垂直。
6.根据权利要求1所述的空间机械臂系统装配方法，其特征在于：在所述步骤七中，第六机械臂关节(11)的轴线与第五机械臂关节(10)的轴线相互垂直，第六机械臂关节(11)的上侧面设置有第六凸台平面(111)，利用三坐标测量仪测量第六凸台平面(111)与第五凸台平面(101)相邻两个凸台平面间的平面度，使其安装误差保证在0-0.05mm/10’范围内，其中，所述第六凸台平面(111)为圆形，平面度为0.05/100mm，粗糙度为Ra0.8，第六凸台平面(111)与第六机械臂关节(11)连接为一体，所述第六凸台平面(111)与第一连接件(51)的轴线相垂直。
7.根据权利要求1所述的空间机械臂系统装配方法，其特征在于：所述工装板(1)的平面度为0.05/100mm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |