CN108161304B - 一种四单元联动多轴柔性定位系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种四单元联动多轴柔性定位系统，包括定位平台，所述定位平台的一侧设有两套能够切换用于定位工件一侧的定位结构的旋转定位单元，所述定位平台的另一侧设有两套能够三轴联动定位工件另一侧的三维移动定位单元，所述的三维移动定位单元可以横向、纵向以及竖直方向调整定位点，还包括抓取工件放置于所述定位平台进行定位的搬运装置，所述搬运装置上可拆卸的设有夹紧工件的抓手装置。本发明的四单元联动多轴柔性定位系统采用单轴传动和三轴联动组合方式，具有四单元联动、低成本、操作简单、应用范围广等特点。
Description
技术领域
本发明涉及汽车自动焊装的柔性生产领域，更具体地说，它涉及一种四单元联动多轴柔性定位系统。
背景技术
随着汽车生产规模越来越大，市场竞争全球化、顾客和市场需求多样化、个性化以及生产的相对过剩，使得产品寿命越来越短，价格竞争加剧，汽车业由传统的单品种、大批量生产方式向多品种、中小批量及“变种变量”的生产方式转变，以生产者为主导的生产方式逐步向以消费者为主导的生产方式转变，而柔性制造技术是适应这种转变的最佳生产制造方式。
现阶段的汽车柔性生产线还没有形成标准的工艺模式，针对不同车型，不同厂家每次都要重新设计工艺及设备，这样导致了设计成本高昂，且工艺兼容性不好。当需增加车型就要对原生产线改造设计，既耗费成本，也浪费时间，这种模式将很难满足我国对汽车的巨大需求。
目前,虽有多台定位单元组建的智能柔性定位系统被应用于各大主机厂汽车柔性焊装生产线上，一定程度上提高了汽车柔性生产线的柔性化水平，但现有定位系统使用的定位单元均采用三轴联动方式驱动，价格昂贵，示教调试复杂，限制了智能柔性定位系统在汽车柔性焊装生产线的普及应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足，本发明的目的是提供了一种由单轴传动和三轴联动组合方式、四单元联动、低成本、操作简单、应用范围广的四单元联动多轴柔性定位系统。
为实现上述目的，本发明提供了一种四单元联动多轴柔性定位系统，包括定位平台，所述定位平台的一侧设有两套能够切换用于定位工件一侧的定位结构的旋转定位单元，所述定位平台的另一侧设有两套能够三轴联动定位工件另一侧的三维移动定位单元，所述的三维移动定位单元可以横向、纵向以及竖直方向调整定位点，还包括抓取工件放置于所述定位平台进行定位的搬运装置，所述搬运装置上可拆卸的设有夹紧工件的抓手装置。
进一步的改进，每套所述旋转定位单元包括一转台机架，所述转台机架的内侧设有竖向布置并可转动的转盘，所述转台机架上设有驱动所述转盘转动的驱动装置，所述转盘的盘体上安装有多套均匀布置的用于定位工件的定位销结构，所述转盘与所述转台机架之间设有控制所述转盘旋转的转位控制装置和限制所述转盘的转角范围的急停控制机构；所述的转台机架上设有用于固定所述转盘的检修定位机构。
更进一步的，每套所述定位销结构包括可调位的安装在所述转盘的盘面上的调整座和安装在上述调整座上的定位销；在所述转台机架的边上设有的转位控制装置感应各套所述定位销结构的位置；所述急停控制机构包括在所述转台机架的顶部设有行程开关。
作为进一步的改进，每套所述的三维移动定位单元包括在所述定位平台上设有的横向设置的横向导轨和在所述横向导轨上支撑有的垂直设置的并且可横向滑动的纵向导轨以及在所述纵向导轨上可滑动的设有的竖直设置的竖向导轨，所述竖向导轨设有可竖向滑动的升降臂，所述升降臂的顶部安装有用于定位工件的销钉缸，所述定位平台上设有中继箱和与所述销钉缸连接的第二气动装置。
更进一步的，所述销钉缸一侧设有与所述升降臂的顶端连接的连接法兰，所述销钉缸的缸体竖向布置并位于连接法兰的侧下方；所述横向导轨、纵向导轨以及竖向导轨外侧分别对应设有第一拖链、第二拖链、第三拖链，所述定位平台上设有与各拖链连接的接线盒；在所述定位平台设有多个吊环。
作为更进一步的改进，所述搬运装置包括基座和设置在基座上的搬运机器人，所述搬运机器人上设有与所述抓手装置可分离连接的连接结构，所述基座的下方设有调整基座的第一调平装置，所述基座底部设有两个平行布置的叉车槽，所述搬运机器人底部的两侧设有叉车耳，所述基座的一端横向伸出设有能够与所述定位平台相定位的定位臂。
更进一步的，所述抓手装置包括抓手支架，所述抓手支架的上部设有与所述搬运装置连接的法兰结构，所述抓手支架的下部设有与工件相定位的定位组件，所述抓手支架下部的两端设有两对能够与工件的两侧相适应的夹紧装置，所述抓手支架的下部凸出设有能够与工件的顶端相感应的在位感应装置，还包括在所述抓手支架上设有的用于与所述搬运装置进行电气对接的中继盒。
更进一步的，每对所述的夹紧装置包括在所述抓手支架上设有的两个正对布置的夹紧在工件的两侧的夹紧组件和两个分别驱动各个所述夹紧组件的夹紧缸，所述抓手支架上设有为所述夹紧缸提供气源的第一气动装置。
更进一步的，所述抓手支架上垂直凸出的设有用于可调位的安装各个所述夹紧组件及夹紧缸的调位杆，所述调位杆可横向调位的安装在所述抓手支架上，所述的夹紧组件包括上夹紧件和与所述夹紧缸连接的下夹紧件。
更进一步的，所述的抓手支架包括两根平行设置的用于安装所述夹紧装置的八角管和多根连接上述八角管的八角管，两根八角管的连接处设有连接件，所述八角管的每个面上设有均匀布置的安装孔。
有益效果
与现有技术相比，本发明的四单元联动多轴柔性定位系统的有益效果如下：本四单元联动多轴柔性定位系统中，定位平台采用单轴和三轴单元的组合设计，动力轴数少，设备成本低，定位示教快捷简单；抓手、搬运装置与定位平台的联动能实现机舱、前地板、后地板、地板总成、车身总拼等汽车焊装线的车身零部件柔性定位，应用范围广；可以适应不同型号的工件，无需更换生产线，设备使用成本低，适应性好；搬运装置对工件的抓取方便，锁紧牢固可靠，移动灵活、快速，采用传感元件感应判断，便于定位示教；具有急停控制功能，避免外物干扰，保证控制的准确性，防止线缆的多次绕颈、产生事故。
附图说明
图1是本发明的四单元联动多轴柔性定位系统的结构示意图；
图2是本发明中定位平台的结构放大示意图；
图3是本发明中抓手装置的结构放大示意图；
图4是本发明中搬运装置的结构放大示意图。
图中：1、定位平台，2、抓手装置，3、搬运装置，4、检修感应器，5、插销导向座，6、行程开关，7、转位控制装置，8、增高座，9、转台机架，10、驱动装置，11、安全棒，12、第二气动装置，13、吊环，14、抓手支架，15、第二调平装置，16、接线盒，17、横向导轨，18、第一拖链，19、纵向导轨，20、拖第二链，21、第三拖链，22、中继箱，23、竖向导轨，24、升降臂，25、销钉缸，26、连接法兰，27、转盘，28、调整座，29、定位销组件，30、中继盒，31、法兰结构，32、连接件，33、八角管，34、夹紧缸，35、夹紧组件，36、定位组件，37、工件，38、在位感应装置，39、安装支架，40、调位杆，41、第一气动装置，42、防护罩，43、连接结构，44、搬运机器人，45、叉车耳，46、吊耳，47、定位臂，48、基座，49、叉车槽，50、第一调平装置，51、旋转定位单元，52、三维移动定位单元。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
本发明的具体实施方式是这样的：如图1-4所示，一种四单元联动多轴柔性定位系统，包括定位平台1，定位平台1的一侧设有两套能够切换用于定位工件37一侧的定位结构的旋转定位单元51，定位平台1的另一侧设有两套能够三轴联动定位工件37另一侧的三维移动定位单元52，三维移动定位单元52可以横向、纵向以及竖直方向调整定位点，还包括抓取工件37放置于定位平台1进行定位的搬运装置3，搬运装置3上可拆卸的设有夹紧工件37的抓手装置2。本四单元联动多轴柔性定位系统通过搬运装置3操作抓手装置2抓取工件37，工件37为汽车结构中的后地板，然后搬运至定位平台1上，先通过旋转定位单元51定位工件37的一侧，然后通过三维移动定位单元52的三维移动与工件37的另一侧相适应并进行定位，定位工件37后，即可对工件37进行焊装工作，由旋转定位单元51的单轴传动和三维移动定位单元52的三轴联动的组合方式进行定位，定位方便，容易将定位单元上的定位结构与工件37上的定位部进行对准，定位准确，稳定可靠，旋转定位单元51、三维移动定位单元52、搬运装置3以及抓手装置2组合成四单元联动定位，便于工作人员进行定位示教，定位示教快捷简单，人工成本低，操作简单，应用范围广，其中旋转定位单元51通过旋转进行切换用于定位工件37的定位结构，以及通过三维移动定位单元52的三轴联动使定位结构与不同型号的工件37进行适应，以适应不同型号的工件37，无需更换生产线，设备使用成本低，适应性好。
在本实施例中，搬运装置3包括基座48和设置在基座48上的搬运机器人44，搬运机器人44上设有与抓手装置2可分离连接的连接结构43，基座48的下方设有调整基座48的第一调平装置50，第一调平装置50包括底板和在基座48的四个角缘设置的支撑板，支撑板与底板通过螺栓组件进行连接，通过螺栓组件调节支撑板与底板的距离，从而调整基座48的，使基座48的顶面保持水平，保证搬运装置3的放置平稳，基座48底部设有两个平行布置的叉车槽49，搬运机器人44底部的两侧设有叉车耳45，通过叉车的叉车臂插入底部的叉车槽49和搬运机器人44上的叉车耳45，将搬运装置3搬运至定位平台1一侧的底板上进行定位，搬运方便、安全，搬运装置3不易掉落，基座48的一端横向伸出设有能够与定位平台1相定位的定位臂47，定位臂47与定位平台1上的定位部进行连接固定，确保搬运装置3与定位平台1之间的位置关系，便于自动化的将工件37放置在定位平台1上，基座48上设有多个吊耳46，通过吊耳46便于搬运装置3的装配吊运。
在本实施例中，抓手装置2包括抓手支架14，抓手支架14的上部设有与搬运装置3连接的法兰结构31，法兰结构31设置在抓手支架14的顶面上，法兰结构31的中心凹陷，与搬运机器人44上的连接结构43插接定位锁紧；抓手支架14的下部设有与工件37相定位的定位组件36，定位组件36包括与工件37顶面相限位的定位块和传感元件，通过定位组件36与工件37定位后，抓手支架14下部的两端设有两对能够与工件37的两侧相适应的夹紧装置，通过定位组件36与工件37定位后，操作夹紧装置抓取工件37，抓手支架14的下部凸出设有能够与工件37的顶端相感应的在位感应装置38，抓手支架14底部向下垂直凸出设有安装在位感应装置38的安装支架39，通过在位感应装置38可以感应抓手支架14是否与工件37定位准确或是否抓取到位，确保夹紧工件37，保证工件37不受损坏；还包括在抓手支架14上设有的用于与搬运装置3进行电气对接的中继盒30，抓手装置2的供电由搬运装置3通过中继盒提供，实现信号传输。
在本实施例中，每对夹紧装置包括在抓手支架14上设有的两个正对布置的夹紧在工件37的两侧的夹紧组件35和两个分别驱动各个夹紧组件35的夹紧缸34，每对夹紧组件35可以向两侧张开或收缩以与工件37相适应，便于工件37的抓取，抓手支架14上设有为夹紧缸34提供气源的第一气动装置41，第一气动装置41为各个夹紧缸34提供气源，保证各个夹紧缸34的夹紧力，抓手支架14上设有包围第一气动装置41设置的防护罩42，保护第一气动装置41不受损坏。
在本实施例中，抓手支架14上垂直凸出的设有用于可调位的安装各个夹紧组件35及夹紧缸34的调位杆40，调位杆40可横向调位的安装在抓手支架14上，调位杆40在抓手支架14上的位置可调，调节调位杆40上的夹紧组件35的位置，而且，夹紧组件35还可以沿调位杆40的长方向进行调节，使夹紧组件35可以与不同型号的工件37进行夹紧，夹紧组件35包括上夹紧件和与夹紧缸34连接的下夹紧件，上夹紧件固定不动，通过夹紧缸34驱动下夹紧件夹紧工件37。
在本实施例中，抓手支架14包括两根平行设置的用于安装夹紧装置的八角管33和多根连接上述八角管的八角管33，调位杆40也是由八角管制作而成，两根八角管的连接处设有连接件32，八角管33的每个面上设有均匀布置的安装孔，安装孔在八角管的八个面上均匀间隔的并排设置，便于抓手支架14的组装和与各外设部件进行连接，连接牢固。
在本实施例中，每套旋转定位单元51包括一转台机架9，转台机架9的内侧设有竖向布置并可转动的转盘27，转盘27上设有多个定位工位，转台机架9上设有驱动所述转盘27转动的驱动装置10，转盘27的盘体上安装有多套均匀布置的用于定位工件37的定位销组件29，定位销组件29设置在定位工位上，转盘27与转台机架9之间设有控制转盘27旋转的转位控制装置7和限制转盘27的转角范围的急停控制机构；转台机架9上设有用于固定转盘27的检修定位机构；可与不同型号的工件37的定位孔进行定位，根据不同车型的定位需求切换定位销组件29，组成柔性定位装置，适用范围更广，解决了白车身焊装生线切换车型平台时由于定位孔径的大小或位置不一致所引起的无法定位的问题，极大的降低了新车型新平台开发的成本，无需人工控制，反应迅速，控制精准，智能化生产管理；定位工位通过驱动装置10和转位控制装置7进行快速切换，以对不同车型的车身进行定位夹紧，转盘27切换迅速、准确，操作简单，极大的提高了生产效率；使用自动急停机构使转位控制装置7遇到故障时，转盘27能够及时停止转位，避免转盘27不停转动造成线缆的多次绕颈和防止产生事故，避免造成损失。
在本实施例中，检修定位机构包括在转台机架9顶端设有的插销导向座5和设置在插销导向座5上的检修感应器4，转盘27上设有与插销导向座5相适应的插销孔，在转台支架9的一侧放置有一可以穿过插销导向座5与转盘27上的插销孔相适配的安全棒11，当设备需要检修时，将安全棒11插入插销导向座5中，并穿过转盘27上的销孔7，使转盘27固定，防止维修时因转台异常转动造成事故；插销导向座5上安装检修感应器4，用于防止在检修完后，因人为失误未拔出安全棒11，转盘27强行转动造成设备卡死现象。
在本实施例中，定位平台1上设有支撑转台支架9的增高座8，增高座8用于调整旋转定位单元52的高度，以适应工件37的外轮廓，定位平台1的底部设有调整定位平台1的第二调平装置15，保证定位平台1的平稳。
在本实施例中，每套定位销组件29包括可调位的安装在转盘27的盘面上的调整座28和安装在上述调整座28上的定位销，调整座28在转盘27上的位置可调，而且定位销可以在调整座28上进行调整；在转台机架9的边上设有的转位控制装置7包括感应各套定位销组件29的位置，可以确保转盘27的转动角度，转角控制精准，控制方便，便于工件37的快速定位；急停控制机构包括在转台机架9的顶部设有行程开关6，用于转盘27的超程保护，防止线缆的多次绕颈，避免产生事故。
在本实施例中，每套三维移动定位单元52包括在定位平台1上设有的横向设置的横向导轨17和在横向导轨17上支撑有的垂直设置的并且可横向滑动的纵向导轨19以及在纵向导轨19上可滑动的设有的竖直设置的竖向导轨23，竖向导轨23设有可竖向滑动的升降臂24，升降臂24的顶部安装有用于定位工件37的销钉缸25，定位平台1上设有中继箱22和与销钉缸25连接的第二气动装置12。横向导轨17、纵向导轨19、竖向导轨23是三维移动定位单元52的动力装置，横向导轨17底部固定于定位平台1上，横向导轨17顶部与纵向导轨19底部交叉相连，纵向导轨19顶部与竖向导轨23底部交叉相连，竖向导轨23与升降臂24相连，横向导轨17带动纵向导轨19和竖向导轨23作水平横向直线移动，纵向导轨带动竖向导轨作纵向直线移动，竖向导轨23带动升降臂24作垂直升降直线移动，使三维移动定位单元52上的销钉缸25可以快速与工件37适应性，便于销钉缸25与工件37上的定位孔快速、准确的定位。
销钉缸25一侧设有与升降臂24的顶端连接的连接法兰26，销钉缸25的缸体竖向布置并位于连接法兰26的侧下方，销钉缸25的销钉凸出与连接法兰26设置，升降臂24和销钉缸25均采用侧面布置，降低了三维移动定位单元52的整体高度，能使三维移动定位单元52的设备高度与旋转定位单元51的设备高度匹配；横向导轨17、纵向导轨19以及竖向导轨23外侧分别对应设有第一拖链18、第二拖链20、第三拖链21，定位平台1上设有与各拖链连接的接线盒16，第二气动装置12、中继箱22、第一拖链18、第二拖链20、第三拖链21、接线盒16用于所述定位平台的气源供应、电源供应、线缆布置；在定位平台1设有多个吊环13，便于将定位平台1吊装在第二调平装置15上，在定位平台1的底部设有叉车槽，也可以通过叉车进行运输，运输方式多样。
具体使用时，搬运装置3的搬运机器人44与抓手装置2连接，此时定位组件36的销钉竖直向下布置，工件37顶面上的定位孔与定位组件36的销钉适配，控制抓手装置2抓取工件37，即抓取车身的后地板，搬运机器人44将工件37搬运至定位平台1上方；定位平台1上的旋转定位单元51通过转位将合适的定位组件36转动到定位工位上，搬运机器人44将工件37的一侧移动至旋转定位单元51定位；然后，搬运机器人44通过抓手装置2端平工件37，三维移动定位单元52的三轴联动使销钉缸25与工件37底面上的定位孔相适应，通过第二气动装置12控制销钉缸25动作，使销钉缸25的销钉与工件37的定位孔相适配，完成工件37的定位工作，即可对工件37进行焊装工作。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。
Claims (8)
1.一种四单元联动多轴柔性定位系统，包括定位平台(1)，其特征在于，所述定位平台(1)的一侧设有两套能够切换用于定位工件(37)一侧的定位结构的旋转定位单元(51)，所述定位平台(1)的另一侧设有两套能够三轴联动定位工件(37)另一侧的三维移动定位单元(52)，所述的三维移动定位单元(52)能够横向、纵向以及竖直方向调整定位点；还包括抓取工件(37)放置于所述定位平台(1)进行定位的搬运装置(3)，所述搬运装置(3)上可拆卸的设有夹紧工件(37)的抓手装置(2)；
每套所述旋转定位单元(51)包括一转台机架(9)，所述转台机架(9)的内侧设有竖向布置并可转动的转盘(27)，所述转台机架(9)上设有驱动所述转盘(27)转动的驱动装置(10)，所述转盘(27)的盘体上安装有多套均匀布置的用于定位工件(37)的定位销组件(29)，所述转盘(27)与所述转台机架(9)之间设有控制所述转盘(27)旋转的转位控制装置(7)和限制所述转盘(27)的转角范围的急停控制机构；所述的转台机架(9)上设有用于固定所述转盘(27)的检修定位机构；
所述搬运装置(3)包括基座(48)和设置在基座(48)上的搬运机器人(44)，所述搬运机器人(44)上设有与所述抓手装置(2)可分离连接的连接结构(43)，所述基座(48)的下方设有调整基座(48)的第一调平装置(50)，所述基座(48)底部设有两个平行布置的叉车槽(49)，所述搬运机器人(44)底部的两侧设有叉车耳(45)，所述基座(48)的一端横向伸出设有能够与所述定位平台(1)相定位的定位臂(47)。
2.根据权利要求1所述的一种四单元联动多轴柔性定位系统，其特征在于，每套所述定位销组件(29)包括可调位的安装在所述转盘(27)的盘面上的调整座(28)和安装在上述调整座(28)上的定位销；所述的在所述转台机架(9)的边上设有的转位控制装置(7)感应各套所述定位销组件(29)的位置；所述急停控制机构包括在所述转台机架(9)的顶部设有行程开关(6)。
3.根据权利要求1所述的一种四单元联动多轴柔性定位系统，其特征在于，每套所述的三维移动定位单元(52)包括在所述定位平台(1)上设有的横向设置的横向导轨(17)和在所述横向导轨(17)上支撑有的垂直设置的并且可横向滑动的纵向导轨(19)以及在所述纵向导轨(19)上可滑动的设有的竖直设置的竖向导轨(23)，所述竖向导轨(23)设有可竖向滑动的升降臂(24)，所述升降臂(24)的顶部安装有用于定位工件(37)的销钉缸(25)，所述定位平台(1)上设有中继箱(22)和与所述销钉缸(25)连接的第二气动装置(12)。
4.根据权利要求3所述的一种四单元联动多轴柔性定位系统，其特征在于，所述销钉缸(25)一侧设有与所述升降臂(24)的顶端连接的连接法兰(26)，所述销钉缸(25)的缸体竖向布置并位于连接法兰(26)的侧下方；所述横向导轨(17)、纵向导轨(19)以及竖向导轨(23)外侧分别对应设有第一拖链(18)、第二拖链(20)、第三拖链(21)，所述定位平台(1)上设有与各拖链连接的接线盒(16)；在所述定位平台(1)设有多个吊环(13) 。
5.根据权利要求1所述的一种四单元联动多轴柔性定位系统，其特征在于，所述抓手装置(2)包括抓手支架(14)，所述抓手支架(14)的上部设有与所述搬运装置(3)连接的法兰结构(31)，所述抓手支架(14)的下部设有与工件(37)相定位的定位组件(36)，所述抓手支架(14)下部的两端设有两对能够与工件(37)的两侧相适应的夹紧装置，所述抓手支架(14)的下部凸出设有能够与工件(37)的顶端相感应的在位感应装置(38)，还包括在所述抓手支架(14)上设有的用于与所述搬运装置(3)进行电气对接的中继盒(30)。
6.根据权利要求5所述的一种四单元联动多轴柔性定位系统，其特征在于，每对所述的夹紧装置包括在所述抓手支架(14)上设有的两个正对布置的夹紧在工件(37)的两侧的夹紧组件(35)和两个分别驱动各个所述夹紧组件(35)的夹紧缸(34)，所述抓手支架(14)上设有为所述夹紧缸(34)提供气源的第一气动装置(41)。
7.根据权利要求6所述的一种四单元联动多轴柔性定位系统，其特征在于，所述抓手支架(14)上垂直凸出的设有用于可调位的安装各个所述夹紧组件(35)及夹紧缸(34)的调位杆(40)，所述调位杆(40)可横向调位的安装在所述抓手支架(14)上，所述的夹紧组件(35)包括上夹紧件和与所述夹紧缸(34)连接的下夹紧件。
8.根据权利要求7所述的一种四单元联动多轴柔性定位系统，其特征在于，所述的抓手支架(14)包括两根平行设置的用于安装所述夹紧装置的八角管(33)和多根连接上述八角管的八角管(33)，两根八角管的连接处设有连接件(32)，所述八角管(33)的每个面上设有均匀布置的安装孔。
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