CN107971952B - 一种多机械臂柔性夹持装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多机械臂柔性夹持装置及其使用方法，多机械臂柔性夹持装置由均布在转盘(17)上的六组柔性机械臂构成，机械臂(2)是整个柔性夹紧装置的主体，通过第一电机(7)和第一减速器(8)驱动齿轮(5)、齿条(6)、导轨(11)和滑块(12)能够带动与滑块(12)固联的机械臂(2)进行前后伸缩；通过第二电机(15)、第二减速器(16)驱动安装在蜗杆支座(13)上的蜗杆(9)带动蜗轮(10)转动，能够实现机械臂整体绕安装板(3)和连接轴(4)的旋转；机械臂(2)末端装有部段转接件及锁紧装置(1)。本发明的柔性夹持装置中六组机械臂各自通过伸缩和旋转两个动作的结合，可实现被夹持件的柔性夹持，结构可靠，操作简单。

Description

一种多机械臂柔性夹持装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种柔性夹持装置及其使用方法，尤其涉及一种多机械臂柔性夹持装置及其使用方法。

背景技术

导弹武器部段内部零部件的装配操作需要在各种姿态支架上进行，而部段的各种姿态转换又需要在特定夹持装置的辅助下进行。现阶段总装过程中的姿态转换均是在针对被夹持件外形制造的多套专用吊具和专用固定支撑装置的辅助下进行，且姿态转换完成后需将被夹持件置于专用支撑装置上，并拆除吊具等姿态转换部件继续进行装配工作。而完成一个型号被夹持件装配往往需要多次进行姿态转换，这就意味着总装过程中需要多次反复进行夹持装置的拆装，致使生产效率下降；拆卸下来的工装零部件极易造成变形、丢失、生锈等新问题，恢复生产时增加了校正、补件、除锈、再次调整等新费用。

鉴于现役夹持装置均是针对每个部段的外形特征设计制造的专用工装，可适应性和灵活性较差，不能多个型号通用，型号研制中断后，工装便废弃堆放于厂房内，造成了生产资源的极大浪费。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提供了一种多机械臂柔性夹持装置及其使用方法，解决不同型号导弹武器的研制与批产过程需要制备专用吊具和夹持装置，工装的通用性差，效率低这一现状。使部段夹持工装具有足够的柔性，提高工装适应能力、快速反应能力、稳定性和可靠性。

本发明所采用的技术方案是：一种多机械臂柔性夹持装置，包括：转盘、转盘支座、转盘轴承、若干组机械臂组件；转盘为环形结构，各机械臂组件沿转盘周向均匀分布；转盘与转盘轴承的外环固定连接，转盘绕转盘轴承中心轴转动；转盘、转盘轴承安装在转盘支座上，转盘支座的中心孔与转盘中心孔、转盘轴承中心孔同轴；机械臂组件包括：部段转接件、机械臂、机械臂安装座、转轴、转动机构、伸缩机构；部段转接件安装在机械臂端部的转接件安装通孔内，机械臂通过伸缩机构连接机械臂安装座，伸缩机构带动机械臂实现沿机械臂方向的直线运动；机械臂安装座通过转轴安装在转盘上，转轴在转动机构的驱动下带动机械安装座转动。

所述伸缩机构包括：齿轮、齿条、第一电机、第一减速器、导轨、滑块；滑块安装在机械臂上，导轨、齿条安装在机械臂安装座端面上，齿轮通过支撑座安装在机械臂未开有转接件安装通孔的一端，齿轮与齿条向配合，滑块在导轨上滑动；第一电机通过第一减速器驱动齿轮沿齿条移动，带动机械臂通过滑块沿导轨伸缩。

所述转动机构包括：蜗杆、蜗轮、蜗杆支座、第二电机支撑座、第二电机、第二减速器；蜗轮套在转轴上，通过键与转轴固定连接，蜗杆与蜗轮配合；蜗杆两端安装蜗杆支座，绕蜗杆支座转动，蜗杆与第二电机输出轴连接；蜗杆支座、第二电极支撑座安装在转盘侧面，第二电机、第二减速器安装在第二电极支撑座上，第二电机通过第二减速器驱动蜗杆旋转，带动蜗轮旋转，实现转轴的转动。

所述机械臂组件有六组。

所述部段转接件包括上端、下端，上端与被夹持件连接，下端为直径比机械臂转接件安装通孔小10mm的圆柱。

还包括拖链，拖链安装在转盘支座两侧。

一种多机械臂柔性夹持装置的使用方法，包括如下步骤：

步骤1：将被夹持件置于多机械臂柔性夹持装置的转盘正上方，并调整至被夹持件与转盘中心轴线重合；当被夹持件为非圆柱时，调整转盘的中心轴线与被夹持件上与部段转接件对接的对接孔分布位置理论中心轴线距离最近；

步骤2：根据被夹持件上与部段转接件对接的对接孔的形状，选择适配的各部段转接件，调整各部段转接件的位置，将各部段转接件与对接孔连接；

步骤3：调整多机械臂柔性夹持装置的任意一个机械臂与部段转接件对准，确定多机械臂柔性夹持装置的除上述机械臂外的其他机械臂的位置并由伺服电机驱动其他机械臂移动到相应的位置处；

步骤4：将相应的部段转接件对准支撑臂末端的连接孔中心线，落下被夹持件；

步骤5：将部段转接件与机械臂用锁死装置锁死。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明的柔性夹持装置机械臂有前后伸缩和绕与转盘连接点旋转两个自由度，故而六组机械臂末端部段转接件可覆盖与转盘中心同心的Ф420～1200mm范围区域，可实现连接孔分布于Ф420～1200mm范围内不同直径被夹持件的柔性装卡。

(2)本发明的柔性夹持装置使用过程中与被夹持件采用多点连接方式，通过调整每个机械臂末端连接点的分布位置与部段端面对接孔进行匹配，待部段转接件插入被夹持件的端面连接孔后，通过自动锁紧机构将连接锁死，实现夹持装置和被夹持件的连接。

(3)本发明的夹持装置柔性机械臂末端为通用连接孔，用于不同部段的柔性夹持时，仅需要在机械臂末端安装针对该型号部段制造的部段转接件，操作简单、极大地降低了工装成本，提高了生产效率。

(4)本发明的夹持装置转盘上预留了安装孔，后续可扩展接入回转模块和翻转模块，实现不同尺寸被夹持件柔性夹持后的原位绕自身轴线滚转及翻转，进一步有效地缩减工装数量及成本，提高生产效率。

附图说明

图1为本发明的柔性夹持装置总体结构示意图；

图2为本发明的柔性夹持装置机械臂及其驱动、传动组件安装示意图I；

图3为本发明的柔性夹持装置机械臂及其驱动、传动组件安装示意图II；

图4为本发明的部段转接件结构示意图；

图5为本发明的机械臂工作空间示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步说明。

如图1所示，一种多机械臂柔性夹持装置，包括：转盘17、转盘支座19、拖链20、转盘轴承21、六组机械臂组件18；转盘17为环形结构，各机械臂组件18沿转盘17周向均匀分布；转盘17与转盘轴承21的外环固定连接，转盘17绕转盘轴承21中心轴转动；转盘17、转盘轴承21安装在转盘支座19上，转盘支座19的中心孔与转盘17中心孔、转盘轴承21中心孔同轴；用于布置电气系统电缆的拖链20安装在转盘支座19两侧。

如图2、图3所示，机械臂组件18包括：部段转接件1、机械臂2、机械臂安装座3、转轴4、转动机构、伸缩机构；部段转接件1安装在机械臂2端部的转接件安装通孔内，机械臂2通过伸缩机构连接机械臂安装座3，伸缩机构带动机械臂2实现沿机械臂2方向的直线运动；机械臂安装座3通过转轴4安装在转盘17上，转轴4在转动机构的驱动下带动机械安装座3转动。

伸缩机构包括：齿轮5、齿条6、第一电机7、第一减速器8、导轨11、滑块12；滑块12安装在机械臂2上，导轨11、齿条6安装在机械臂安装座3端面上，齿轮5通过支撑座安装在机械臂2未开有转接件安装通孔的一端，齿轮5与齿条6向配合，滑块12在导轨11上滑动；第一电机7通过第一减速器8驱动齿轮5沿齿条6移动，带动机械臂2通过滑块12沿导轨11伸缩。

转动机构包括：蜗杆9、蜗轮10、蜗杆支座13、第二电机支撑座14、第二电机15、第二减速器16；蜗轮10套在转轴4上，通过键与转轴4固定连接，蜗杆9与蜗轮10配合；蜗杆9两端安装蜗杆支座13，绕蜗杆支座13转动，蜗杆9与第二电机15输出轴连接；蜗杆支座13、第二电极支撑座14安装在转盘17侧面，第二电机15、第二减速器16安装在第二电极支撑座14上，第二电机15通过第二减速器16驱动蜗杆9旋转，带动蜗轮10旋转，实现转轴4的转动。

部段转接件1一端插入机械臂2末端，另一端与被夹持件对接孔连接，两组滑块12与机械臂2固联，齿条6和导轨11固定在机械臂安装座3上，机械臂安装座3通过转轴4与转盘17连接，在第一电机7、第一减速器8、齿轮5、齿条6、导轨11和滑块12的驱动与传动下，可实现机械臂2的前后伸缩；蜗轮10通过转轴4与机械臂安装座3连接，蜗杆9通过蜗杆支座13固定在机械臂安装座3上，在第二电机15、第二减速器16、蜗杆9、蜗轮10的驱动与传动下，可实现机械臂2整体绕连接轴4的旋转。

柔性夹持装置工作时，首先将柔性夹持装置置于与被夹持件同轴位置；通过对接螺钉将部段转接件1大端螺纹孔与被夹持件的对接面螺纹孔固联；通过第一电机7、第一减速器8、驱动齿轮5、齿条6、导轨11和滑块12带动与滑块12固联的机械臂2进行前后伸缩同时通过第二电机15、第二减速器16驱动安装在蜗杆支座13上的蜗杆9、蜗轮10转动，带动机械臂整体绕连接轴4的旋转，使得6组柔性机械臂18末端连接孔分别与对应部段转接件1同轴；移动被夹持件，将部段转接件1小端一一插入机械臂2末端连接孔，并通过锁死装置锁死部段转接件1小端，完成部段转接件1与机械臂2的连接。

如图4所示，部段转接件1上端与被夹持件连接，按照待夹持件的连接孔结构形式制造为斜螺纹钉或直钉，下端为与机械臂2协调对接的标准接口，设计为直径比机械臂2转接件安装通孔小10mm的圆柱，以达到容差目的，防止因装配等误差产生碰撞，便于与机械臂末端定位连接，最下端为阶梯轴，用于自动锁紧。

如图5所示，经计算本发明柔性夹持装置六个机械臂2满足被夹持件的连接强度和刚度。通过六个机械臂2伸缩和旋转两个自由度协调组合可以实现机械臂末端连接孔在连接平面上直径范围Φ420mm～Φ1200mm的分布圆内任意点定位。对接时在部段的端面对接孔上连接部段转接件1，通过驱动机械臂便可实现连接孔在Φ420mm～Φ1200mm范围内任意不同尺寸的部段与夹持装置的柔性连接。

本发明有效地解决了传统工装造成的通用性差、资源浪费及生产周期长，效率低等问题，具有较好的适应性、快速的反应能力、较高的稳定性和可靠性，可实现连接孔在Φ420mm～Φ1200mm范围内任意不同尺寸的部段的装卡。

本发明的柔性夹持装置，被夹持件端面对接孔是圆形或近似圆形时，装卡步骤如下：

(1)先将被夹持件置于柔性夹持装置正上方并调整至二者中心轴线重合；

(2)将部段转接件1通过螺栓与被夹持件连接；

(3)根据调整好的被夹持件的部段连接孔位置，调整其中一个机械臂2与部段转接件1对准，计算出其他各个机械臂2的准确位置，由伺服电机驱动其余五个机械臂移动到位；

(4)由操作员将相应的部段转接件1对准支撑臂2末端连接孔中心线，落下被夹持件，并确保机械臂2与被夹持件端面贴合；

(5)将部段转接件1与机械臂2用锁死装置锁死，完成被夹持件的夹持。

(6)待被夹持件内部零件、电缆等装配完成后，松开锁死装置，向上起吊并拆掉部段转接件1即可。

本发明的柔性夹持装置，被夹持件端面对接孔是异形孔时，装卡步骤如下：

(1)先将被夹持件置于柔性夹持装置正上方并调整至二者中心轴线重合(当被夹持件外形非圆柱时，调整柔性夹持装置中心轴线与对接孔分布位置理论中心轴线距离最近)；

(2)对接孔为异型孔时(螺纹孔或光孔的中心不在轴线中心上)，先调整好部段转接件1的偏心方位，然后将部段转接件1通过螺栓与被夹持件连接；

(3)根据调整好的被夹持件的部段连接孔位置，调整其中一个机械臂2与部段转接件1对准，计算出其他各个机械臂2的准确位置，由伺服电机驱动其余五个机械臂2移动到位；

(4)由操作员将相应的部段转接件1对准支撑臂2末端连接孔中心线，落下被夹持件，并确保机械臂2与被夹持件端面贴合；

(5)将部段转接件1与机械臂2用锁死装置锁死，完成被夹持件的夹持；

(6)待被夹持件的部段内部零件、电缆等装配完成后，松开锁死装置，向上起吊并拆掉部段转接件1即可。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。

Claims (10)

1.一种多机械臂柔性夹持装置，其特征在于，包括：转盘(17)、转盘支座(19)、转盘轴承(21)、若干组机械臂组件(18)；转盘(17)为环形结构，各机械臂组件(18)沿转盘(17)周向均匀分布；转盘(17)与转盘轴承(21)的外环固定连接，转盘(17)绕转盘轴承(21)中心轴转动；转盘(17)、转盘轴承(21)安装在转盘支座(19)上，转盘支座(19)的中心孔与转盘(17)中心孔、转盘轴承(21)中心孔同轴；机械臂组件(18)包括：部段转接件(1)、机械臂(2)、机械臂安装座(3)、转轴(4)、转动机构、伸缩机构；部段转接件(1)安装在机械臂(2)端部的转接件安装通孔内，机械臂(2)通过伸缩机构连接机械臂安装座(3)，伸缩机构带动机械臂(2)实现沿机械臂(2)方向的直线运动；机械臂安装座(3)通过转轴(4)安装在转盘(17)上，转轴(4)在转动机构的驱动下带动机械臂安装座(3)转动。

2.根据权利要求1所述的一种多机械臂柔性夹持装置，其特征在于：所述伸缩机构包括：齿轮(5)、齿条(6)、第一电机(7)、第一减速器(8)、导轨(11)、滑块(12)；滑块(12)安装在机械臂(2)上，导轨(11)、齿条(6)安装在机械臂安装座(3)端面上，齿轮(5)通过支撑座安装在机械臂(2)未开有转接件安装通孔的一端，齿轮(5)与齿条(6)相配合，滑块(12)在导轨(11)上滑动；第一电机(7)通过第一减速器(8)驱动齿轮(5)沿齿条(6)移动，带动机械臂(2)通过滑块(12)沿导轨(11)伸缩。

3.根据权利要求2所述的一种多机械臂柔性夹持装置，其特征在于：所述转动机构包括：蜗杆(9)、蜗轮(10)、蜗杆支座(13)、第二电机支撑座(14)、第二电机(15)、第二减速器(16)；蜗轮(10)套在转轴(4)上，通过键与转轴(4)固定连接，蜗杆(9)与蜗轮(10)配合；蜗杆(9)两端安装蜗杆支座(13)，绕蜗杆支座(13)转动，蜗杆(9)与第二电机(15)输出轴连接；蜗杆支座(13)、第二电机支撑座(14)安装在转盘(17)侧面，第二电机(15)、第二减速器(16)安装在第二电机支撑座(14)上，第二电机(15)通过第二减速器(16)驱动蜗杆(9)旋转，带动蜗轮(10)旋转，实现转轴(4)的转动。

4.根据权利要求3所述的一种多机械臂柔性夹持装置，其特征在于：所述机械臂组件(18)有六组。

5.根据权利要求4所述的一种多机械臂柔性夹持装置，其特征在于：所述部段转接件(1)包括上端、下端，上端与被夹持件连接，下端为直径比机械臂(2)转接件安装通孔小10mm的圆柱。

6.根据权利要求5所述的一种多机械臂柔性夹持装置，其特征在于：还包括拖链(20)，拖链(20)安装在转盘支座(19)两侧。

7.一种如权利要求1～6任一项所述多机械臂柔性夹持装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：将被夹持件置于多机械臂柔性夹持装置的转盘(17)正上方，并调整至被夹持件与转盘(17)中心轴线重合；当被夹持件为非圆柱时，调整转盘(17)的中心轴线与被夹持件上与部段转接件(1)对接的对接孔分布位置理论中心轴线距离最近；

步骤2：根据被夹持件上与部段转接件(1)对接的对接孔的形状，选择适配的各部段转接件(1)，调整各部段转接件(1)的位置，将各部段转接件(1)与对接孔连接；

步骤3：调整多机械臂柔性夹持装置的任意一个机械臂(2)与部段转接件(1)对准，确定多机械臂柔性夹持装置的除上述机械臂(2)外的其他机械臂(2)的位置并由伺服电机驱动其他机械臂(2)移动到相应的位置处；

步骤4：将相应的部段转接件(1)对准机械臂(2)末端的连接孔中心线，落下被夹持件；

步骤5：将部段转接件(1)与机械臂(2)用锁死装置锁死。

8.根据权利要求7所述的一种多机械臂柔性夹持装置的使用方法，其特征在于：所述多机械臂柔性夹持装置包括：转盘(17)、转盘支座(19)、转盘轴承(21)、若干组机械臂组件(18)；转盘(17)为环形结构，各机械臂组件(18)沿转盘(17)周向均匀分布；转盘(17)与转盘轴承(21)的外环固定连接，转盘(17)绕转盘轴承(21)中心轴转动；转盘(17)、转盘轴承(21)安装在转盘支座(19)上，转盘支座(19)的中心孔与转盘(17)中心孔、转盘轴承(21)中心孔同轴；机械臂组件(18)包括：部段转接件(1)、机械臂(2)、机械臂安装座(3)、转轴(4)、转动机构、伸缩机构；部段转接件(1)安装在机械臂(2)端部的转接件安装通孔内，机械臂(2)通过伸缩机构连接机械臂安装座(3)，伸缩机构带动机械臂(2)实现沿机械臂(2)方向的直线运动；机械臂安装座(3)通过转轴(4)安装在转盘(17)上，转轴(4)在转动机构的驱动下带动机械臂安装座(3)转动。

9.根据权利要求8所述的一种多机械臂柔性夹持装置的使用方法，其特征在于：所述伸缩机构包括：齿轮(5)、齿条(6)、第一电机(7)、第一减速器(8)、导轨(11)、滑块(12)；滑块(12)安装在机械臂(2)上，导轨(11)、齿条(6)安装在机械臂安装座(3)端面上，齿轮(5)通过支撑座安装在机械臂(2)未开有转接件安装通孔的一端，齿轮(5)与齿条(6)相配合，滑块(12)在导轨(11)上滑动；第一电机(7)通过第一减速器(8)驱动齿轮(5)沿齿条(6)移动，带动机械臂(2)通过滑块(12)沿导轨(11)伸缩。

10.根据权利要求7或8所述的一种多机械臂柔性夹持装置的使用方法，其特征在于：所述转动机构包括：蜗杆(9)、蜗轮(10)、蜗杆支座(13)、第二电机支撑座(14)、第二电机(15)、第二减速器(16)；蜗轮(10)套在转轴(4)上，通过键与转轴(4)固定连接，蜗杆(9)与蜗轮(10)配合；蜗杆(9)两端安装蜗杆支座(13)，绕蜗杆支座(13)转动，蜗杆(9)与第二电机(15)输出轴连接；蜗杆支座(13)、第二电机支撑座(14)安装在转盘(17)侧面，第二电机(15)、第二减速器(16)安装在第二电机支撑座(14)上，第二电机(15)通过第二减速器(16)驱动蜗杆(9)旋转，带动蜗轮(10)旋转，实现转轴(4)的转动。