CN107253123A - 一种用于打磨大型船用螺旋桨的双面打磨手臂装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于制造业打磨加工领域，具体涉及一种用于打磨大型船用螺旋桨叶片的双面打磨机器人手臂装置，包括动力模块和两组对称设置的打磨部件，每组打磨部件包括带传动模块、打磨头伸缩机构模块和自适应打磨头模块。本发明提供的双面打磨设备在对大型船用螺旋桨叶片进行打磨时，可以实现两侧位置对应同时打磨，有效减小了打磨螺旋桨叶片边缘时的振动；本发明采用自适应贴合机构可以对工件表面形状发生的变化做出迅速响应，减少了打磨机器人的工作周期；由于本发明是双面打磨，较之单面打磨效率有所提高。

Description

一种用于打磨大型船用螺旋桨的双面打磨手臂装置
技术领域
本发明属于制造业打磨加工领域，具体涉及一种用于打磨大型船用螺旋桨叶片的双面打磨机器人手臂装置。
背景技术
随着造船技术的进步和船舶大型化和高速化的发展，船用螺旋桨的尺寸越来越大，转速也越来越高，这就对大型船用螺旋桨叶片的制造和打磨精度问题提出了越来越高的要求。长期以来，大型大型船用螺旋桨叶片的打磨绝大多数依靠人工，但是人工打磨的叶片表面质量一般较差且叶片表面一致性较低。此外长期从事手工打磨的工人也会因吸入过多粉尘而影响身体健康。
随着现代生产和科学技术的发展，制造业对自动化技术提出越来越高的要求，存在着诸多弊端的手工打磨逐渐被自动打磨所取代。目前，国内外已有不少造船厂厂家引进了自动化机器人设备，通过对大型船用螺旋桨叶片采用机器人自动打磨以后，叶片的表面质量、打磨效率、表面一致性都得到很大的提升。但是大型船用螺旋桨叶片的自动打磨也存在问题，由于叶片体积较大，而叶片一并通过叶根部进行装卡固定，这样一来当机器人打磨到叶梢部位，特别是叶片上部厚度较薄的边缘部位时，将会出现强烈的颤振现象，由颤振引发的振动超标将直接导致叶梢部位的打磨质量不佳，进而严重影响整个螺旋桨叶片的表面打磨质量。
针对上述问题，有必要设计并发明一种双面打磨设备，利用该设备能够在叶片两侧对应的位置实现同时打磨，从而有效的减小打磨叶片边缘时出现的颤振现象，提高打磨质量。
目前人们对曲面打磨以及双面打磨也都进行了初步的研究，发明了一些曲面打磨和双面打磨的装置，但是都存在一些问题。专利CN204366659U，专利CN104511815A，专利CN205600476U均为对双面打磨的构想，基本原理都是采用在工件两侧对应位置同时打磨的方法来减小打磨时的振动，但是这三个发明的装置结构简单，只适应于简单的平面双面打磨，难以完成复杂表面工件的双面打磨。专利CN103831695B，专利CN103878666B分别是对于曲面打磨的不同构想，但是均为采用复杂的控制系统来控制气动装置，这无疑会增加系统的响应时间，延长装置的工作周期。专利CN106112977B和名为“一种复杂曲面打磨机器人自适应贴合柔性机构的研究”也是针对曲面打磨的文章，两个文章中虽然都引进了机械结构来适应曲面打磨，一定程度上减少了系统的响应时间，但是其都未实现双面打磨，故难以解决上述打磨叶片在边缘时出现的颤振现象。
需要说明本发明中应用了一种复杂曲面打磨机器人自适应贴合柔性机构的研究中提到的自适应贴合机构，但是本发明主要创新点是采用双面打磨来减小打磨时产生的振动以及对两侧打磨头与叶片表面间贴合间隙的调整。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种针对大型船用螺旋桨叶片的，对于曲面打磨响应迅速，并且能够减小打磨振动的双面打磨手臂装置。
本发明的技术方案是：
一种用于打磨大型船用螺旋桨的双面打磨手臂装置，包括动力模块和两组对称设置的打磨部件，每组打磨部件包括带传动模块、打磨头伸缩机构模块和自适应打磨头模块，动力模块同时为两组打磨部件提供动力；
所述动力模块包括双轴伸电机、两组增速大齿轮、两组增速小齿轮、两组带传动输入轴、电机安装壳；双轴伸电机固定在电机安装壳上，双轴伸电机的两侧伸出轴分别与两组增速大齿轮连接固定；带传动输入轴的输入端与增速小齿轮连接固定；增速大齿轮与增速小齿轮相啮合，由双轴伸电机带动增速大齿轮转动，从而带动增速小齿轮与带传动输入轴转动，实现增速，将动力传递给带传动模块；
所述带传动模块包括主动轮、过渡轮、张紧轮、从动轮、平带、张紧轮安装板、气弹簧、带传动安装壳、过渡轮轴、张紧轮轴；带传动输入轴的输出端与主动轮固定连接，带传动输入轴伸入带传动安装壳内部；过渡轮通过过渡轮轴与带传动安装壳固定；张紧轮安装于张紧轮安装板上，张紧轮安装板通过张紧轮轴与带传动安装壳固定；张紧轮安装板上连接有气弹簧，气弹簧自带张紧力始终推紧张紧轮安装板，张紧轮安装板绕张紧轮轴转动，便实现了张紧轮对平带的自动张紧；带传动输出轴伸入带传动安装壳内部，从动轮与带传动输出轴固定连接；平带设置于主动轮、过渡轮和从动轮上并靠张紧轮自动张紧；
打磨头伸缩机构模块包括带传动输出轴、可移式花键联轴器、套筒、丝杠、平衡轴、套筒轴、轴承、伺服电机、传动齿轮；带传动输出轴与可移式花键联轴器固定连接，并传递转矩；可移式花键联轴器与套筒轴固定连接，通过套筒轴的轴向伸缩带动可移式花键联轴器沿轴向伸缩；套筒轴通过轴承与套筒固定，套筒的一侧径向对称位置开设螺纹通孔与丝杠螺纹连接；伺服电机固定在带传动安装壳内部，一对传动齿轮与伺服电机相连，传动齿轮将动力传递给丝杠；套筒的另一侧径向对称位置开设通孔，平衡轴的一端与带传动安装壳固定，另一端穿过此通孔，起到平衡力矩的作用；
自适应打磨头模块包括静平台、动平台、柔性杆、打磨头；套筒轴与静平台相连接；静平台与动平台之间连接有三根柔性杆，并且静平台与动平台之间由中心球铰配合；当有外力作用在动平台上时，动平台30便会在中心球铰处发生转动。柔性杆的存在是保证静平台与动平台之间的可靠连接，并且传递转矩；动平台与打磨头固定连接，当打磨头所接触的工件表面形状发生改变时，因为两者之间会产生相互作用力，这样打磨头随工件表面形状改变位置姿态，实现对工件表面形状改变的快速响应。
上述套筒的一个作用是相当于一个轴承座，将套筒轴通过轴承与套筒固定在一起，套筒、套筒轴、轴承相当于一个整体，当此整体发生轴向的移动时既不影响套筒轴的转动也可以实现沿轴向的移动。套筒的另一个作用是相当于与丝杠相配合的螺母，并且在套筒的一侧开有螺纹通孔。当固定在带传动安装壳上的伺服电机转动时，与伺服电机相连接的一对传动齿轮将动力传递给丝杠，通过丝杠与套筒之间的螺纹传动，套筒便会沿着丝杠的轴向移动。
本发明的有益效果：本发明提供的双面打磨设备在对大型船用螺旋桨叶片进行打磨时，可以实现两侧位置对应同时打磨，有效减小了打磨螺旋桨叶片边缘时的振动；本发明采用自适应贴合机构可以对工件表面形状发生的变化做出迅速响应，减少了打磨机器人的工作周期；由于本发明是双面打磨，较之单面打磨效率有所提高。
附图说明
图1是双面打磨手臂总体视图；
图2是伸缩机构结构图；
图3是带传动模块结构图；
图4是伸缩机构剖视图；
图中：1动力模块；2带传动模块；3打磨头伸缩机构模块；4自适应打磨头模块；5双轴伸电机；6增速大齿轮；7增速小齿轮；8带传动输入轴；9电机安装壳；10主动轮；11过渡轮；12张紧轮；13从动轮；14平带；15张紧轮安装板；16气弹簧；17带传动安装壳；18过渡轮轴；19张紧轮轴；20带传动输入轴；21可移式花键联轴器；22套筒；23丝杠；24平衡轴；25套筒轴；26轴承；27伺服电机；28传动齿轮；29静平台；30动平台；31柔性杆；32打磨头；33法兰盘；34机械臂。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。
一种用于打磨大型船用螺旋桨的双面打磨手臂装置，包括：
动力模块1：动力模块1中包括有双轴伸电机5、增速大齿轮6、增速小齿轮7、带传动输入轴8、电机安装壳9；双轴伸电机5固定在电机安装壳9上，双轴伸电机5的伸出轴直接与增速大齿轮6相连接固定；带传动输入轴8的输入端与增速小齿轮7连接固定；增速大齿轮6与增速小齿轮7相啮合，由双轴伸电机5带动增速大齿轮6转动，从而带动增速小齿轮7与带传动输入轴8转动，并且实现增速，将动力传递给带传动模块2.
带传动模块2：带传动模块2中包括有主动轮10、过渡轮11、张紧轮12、从动轮13、平带14、张紧轮安装板15、气弹簧16、带传动安装壳17、过渡轮轴18、张紧轮轴19；整个带传动模块2是双面打磨手臂的中间动力传递装置，带传动输入轴8的输出端与主动轮10固定连接，带传动输入轴8固定在带传动安装壳17上，且可以转动；过渡轮11靠过渡轮轴18与带传动安装壳17固定；张紧轮12安装在张紧轮安装板15上，张紧轮安装板15靠张紧轮轴19与带传动安装壳17固定在一起。张紧轮安装板15上连接有气弹簧16，气弹簧16自带张紧力可以始终推紧张紧轮安装板15，张紧轮安装板15可绕张紧轮轴19转动，这样便实现了张紧轮12对平带14的自动张紧；从动轮13与带传动输出轴20固定连接，带传动输出轴20固定在带传动安装壳17上，并且可以转动；平带14安装在主动轮10、过渡轮11和从动轮13上并靠张紧轮12自动张紧。
打磨头伸缩机构模块3：打磨头伸缩机构模块3中包括带传动输出轴20、可移式花键联轴器21、套筒22、丝杠23、平衡轴24、套筒轴25、轴承26、伺服电机27、传动齿轮28；带传动输出轴20与可移式花键联轴器21固定连接，并传递转矩；可移式花键联轴器21与套筒轴25固定连接，并且通过套筒轴25的轴向伸缩便可以带动可移式花键联轴器21沿轴向伸缩；套筒22的一个作用是相当于一个轴承座，将套筒轴25通过轴承26与套筒22固定在一起，这样套筒22、套筒轴25、轴承26就相当于一个整体，这样当此整体发生轴向的移动时既不影响套筒轴25的转动也可以实现沿轴向的移动。套筒22的另一个作用是相当于与丝杠23相配合的螺母，并且在套筒22的一侧开有螺纹通孔。当固定在带传动安装壳17上的伺服电机27转动时，与伺服电机27相连接的一对传动齿轮28将动力传递给丝杠23，通过丝杠23与套筒22之间的螺纹传动，套筒22便会沿着丝杠23的轴向移动。因为套筒22、套筒轴25、轴承26是一个整体，这样套筒轴25也跟着移动，与套筒轴25固定在一起的可移式花键联轴器21便会在轴向伸缩；为了平衡丝杠23与套筒22在螺纹传动时产生的力矩，在套筒22的另一侧开有一通孔，将平衡轴24的一端与带传动安装壳17固定，另一端穿过此通孔，这样便起到了平衡力矩的作用。
自适应打磨头模块4：自适应打磨头模块4包括静平台29、动平台30、柔性杆31、打磨头32。套筒轴25与自适应打磨头模块4的静平台29相连接；静平台29与动平台30之间连接有3根柔性杆31，并且静平台29与动平台30之间由中心球铰配合。当有外力作用在动平台30上时，动平台30便会在中心球铰处发生转动。柔性杆31的存在是保证静平台29与动平台30之间的可靠连接，并且传递转矩；动平台30与打磨头32固定连接，当打磨头32所接触的工件表面形状发生改变时，因为两者之间会产生相互作用力，这样打磨头32便会随着工件表面形状改变位置姿态，实现对工件表面形状改变的快速响应。
采用所述的双面打磨手臂对大型船用螺旋桨叶片进行打磨时，包括以下步骤；
步骤1：将船用螺旋桨叶片装卡固定，将双面打磨手臂安装到机械臂上，并摆放好相对位置。
步骤2：驱动电机，开始打磨。两侧打磨头在丝杠驱动下向叶片的表面靠近，当打磨头贴合叶片表面并且打磨力达到预定值时，丝杠停止驱动。这一过程中打磨头始终对叶片表面进行打磨。
步骤3：在控制系统操作下，机械臂带动双面打磨手臂对叶片边缘进行移动打磨，这过程中打磨头的位置姿态由自适应机构以及力控系统来调整。需要说明的是，本发明所针对的打磨范围仅仅是叶片边缘处容易产生振动的范围，对于其它范围的打磨，本发明不做要求。

Claims (1)

1.一种用于打磨大型船用螺旋桨的双面打磨手臂装置，其特征在于，包括动力模块和两组对称设置的打磨部件，每组打磨部件包括带传动模块、打磨头伸缩机构模块和自适应打磨头模块，动力模块同时为两组打磨部件提供动力；
所述动力模块(1)包括双轴伸电机(5)、两组增速大齿轮(6)、两组增速小齿轮(7)、两组带传动输入轴(8)、电机安装壳(9)；双轴伸电机(5)固定在电机安装壳(9)上，双轴伸电机的两侧伸出轴分别与两组增速大齿轮(6)连接固定；带传动输入轴(8)的输入端与增速小齿轮(7)连接固定；增速大齿轮与增速小齿轮相啮合，由双轴伸电机带动增速大齿轮转动，从而带动增速小齿轮(7)与带传动输入轴(8)转动，实现增速，将动力传递给带传动模块(2)；
所述带传动模块(2)包括主动轮(10)、过渡轮(11)、张紧轮(12)、从动轮(13)、平带(14)、张紧轮安装板(15)、气弹簧(16)、带传动安装壳(17)、过渡轮轴(18)、张紧轮轴(19)；带传动输入轴(8)的输出端与主动轮(10)固定连接，带传动输入轴伸入带传动安装壳(17)内部；过渡轮(11)通过过渡轮轴(18)与带传动安装壳固定；张紧轮(12)安装于张紧轮安装板(15)上，张紧轮安装板通过张紧轮轴(19)与带传动安装壳固定；张紧轮安装板上连接有气弹簧(16)，气弹簧自带张紧力始终推紧张紧轮安装板(15)，张紧轮安装板(15)绕张紧轮轴(19)转动；带传动输出轴(20)伸入带传动安装壳(17)内部，从动轮(13)与带传动输出轴(20)固定连接；平带(14)设置于主动轮(10)、过渡轮(11)和从动轮(13)上并靠张紧轮(12)自动张紧；
打磨头伸缩机构模块(3)包括带传动输出轴(20)、可移式花键联轴器(21)、套筒(22)、丝杠(23)、平衡轴(24)、套筒轴(25)、轴承(26)、伺服电机(27)、传动齿轮(28)；带传动输出轴(20)与可移式花键联轴器(21)固定连接，并传递转矩；可移式花键联轴器(21)与套筒轴(25)固定连接，通过套筒轴(25)的轴向伸缩带动可移式花键联轴器(21)沿轴向伸缩；套筒轴(25)通过轴承(26)与套筒(22)固定，套筒(22)的一侧径向对称位置开设螺纹通孔与丝杠(23)螺纹连接；伺服电机(27)固定在带传动安装壳内部，一对传动齿轮(28)与伺服电机(27)相连，传动齿轮(28)将动力传递给丝杠(23)；套筒(22)的另一侧径向对称位置开设通孔，平衡轴(24)的一端与带传动安装壳(17)固定，另一端穿过此通孔；
自适应打磨头模块(4)包括静平台(29)、动平台(30)、柔性杆(31)、打磨头(32)；套筒轴(25)与静平台(29)相连接；静平台(29)与动平台(30)之间连接有三根柔性杆(31)，并且静平台与动平台之间由中心球铰配合；动平台(30)与打磨头(32)固定连接，打磨头(32)随工件表面形状改变位置姿态。
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