CN108908409A - 一种并联机械手重复定位精度可靠性试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种并联机械手重复定位精度可靠性试验装置及方法，装置包括并联机械手安装架、物料双向传送模拟机构、X向振动模拟台及Y向振动模拟台；X向振动模拟台设在Y向振动模拟台上，物料双向传送模拟机构设在X向振动模拟台上，并联机械手安装架设在物料双向传送模拟机构上。方法为：将并联机械手安装到位；利用物料双向传送模拟机构模拟物料传送工况，在物料传送皮带上设定一处标定位置；通过编程控制并联机械手运动，利用并联机械手末端对标定位置处物料进行拾取和分拣；通过X向/Y向振动模拟台模拟振动工况；控制并联机械手往复拾取和分拣物料，测量并联机械手末端实际运动位置与物料传送皮带上标定位置的偏差，获取并联机械手重复定位精度数据。

Description

一种并联机械手重复定位精度可靠性试验装置及方法

技术领域

本发明属于并联机械手重复定位精度测试技术领域，特别是涉及一种并联机械手重复定位精度可靠性试验装置及方法。

背景技术

目前，现代工业逐渐向着高速度、高质量和高智能化的方向发展，传统的劳动力密集型生产过程已经难以满足现代工业生产需求，越来越多的生产线上出现了自动化工业机器人，其已经能够完全替代传统的手工劳动，并已经逐渐成为现代工业生产过程的主体装备。

以智能化的并联机械手为例，不仅能够代替人类实现微小尺度下的复杂产品的快速精准加工，而且能够在高温度、高压力、高腐蚀和高辐射等恶劣工况环境中运行，已经到达了人类无法企及的高度。

作为现代工业机器人的主要形态之一，并联机械手自20世纪80年代才被首次提出，提出后便一直受到学术研究和工业生产的持续关注，并且在电子、轻工、食品及医药等行业中被广泛应用，主要用在包装、分拣、轻量搬运和高危险等工作中。

在并联机械手工作过程中，通常需要持续的做高速往复运动，并联机械手末端及其夹持的重物还会在高速运动中产生较大的冲击加速度，且当并联机械手基础激振与生产线其他驱动单元的振动冲击耦合时，将会导致并联机械手动臂的柔性变形增大、结构磨损退化增速以及重复定位精度变差。

为了减少振动耦合对并联机械手重复定位精度的影响，就需要对并联机械手在多种振动工况下的重复定位精度展开测试评估。但在通常情况下，并联机械手的重复定位精度的退化数据需要长时间的积累过程才能获取，这必然要耗费大量的人力和物力。因此，开发一种用于研究并联机械手重复定位精度动态演化规律的试验装置及方法势在必行。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种并联机械手重复定位精度可靠性试验装置及方法，能够真实模拟并联机械手在实际振动工况条件下的重复定位精度动态演化过程，为提高和改进产品的相关结构设计、修改和完善产品的相关设计标准、促进新产品的研发、提高产品的使用寿命作出贡献。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种并联机械手重复定位精度可靠性试验装置，包括并联机械手安装架、物料双向传送模拟机构、X向振动模拟台及Y向振动模拟台；所述X向振动模拟台设置在Y向振动模拟台上，所述物料双向传送模拟机构设置在X向振动模拟台上，所述并联机械手安装架设置在物料双向传送模拟机构上；所述Y向振动模拟台包括底座、Y向伺服电机、Y向联轴器、Y向滚珠丝杠、Y向丝杠螺母、Y向导轨及Y向滑块；所述Y向伺服电机和Y向导轨均水平固装在底座上表面，Y向伺服电机的电机轴通过Y向联轴器与Y向滚珠丝杠相固连，Y向滚珠丝杠通过轴承座安装在底座上表面，所述Y向丝杠螺母套装在Y向滚珠丝杠上；所述Y向导轨共设置两条，所述Y向滚珠丝杠位于两条Y向导轨的中间，Y向滚珠丝杠与两条Y向导轨相平行，在每条Y向导轨上均安装有Y向滑块；所述X向振动模拟台包括第一基础滑台板、X向伺服电机、X向联轴器、X向滚珠丝杠、X向丝杠螺母、X向导轨及X向滑块；所述第一基础滑台板水平固装在Y向滑块上，第一基础滑台板下表面与Y向丝杠螺母外表面相固连；所述X向伺服电机和X向导轨均水平固装在第一基础滑台板上表面，X向伺服电机的电机轴通过X向联轴器与X向滚珠丝杠相固连，X向滚珠丝杠通过轴承座安装在第一基础滑台板上表面，所述X向丝杠螺母套装在X向滚珠丝杠上；所述X向导轨共设置两条，所述X向滚珠丝杠位于两条X向导轨中间，X向滚珠丝杠与两条X向导轨相平行，且X向滚珠丝杠与Y向滚珠丝杠相垂直，在每条X向导轨均安装有X向滑块；在所述X向滑块上水平固装有第二基础滑台板，所述物料双向传送模拟机构安装在第二基础滑台板上表面。

所述物料双向传送模拟机构包括物料传送驱动电机、物料传送联轴器、物料传送主动滚筒、物料传送从动滚筒及物料传送皮带；所述物料传送驱动电机水平固装在第二基础滑台板上表面，物料传送驱动电机的电机轴通过物料传送联轴器与物料传送主动滚筒的中心轴相固连，物料传送主动滚筒通过轴承座安装在第二基础滑台板上表面；所述物料传送从动滚筒与物料传送主动滚筒相平行，物料传送从动滚筒与物料传送主动滚筒之间通过物料传送皮带相连；所述物料传送从动滚筒通过皮带张紧力调整支座安装在第二基础滑台板上表面。

所述皮带张紧力调整支座包括支撑架、皮带张紧力调整滑块、皮带张紧力调整滑轨、皮带张紧力调整螺杆及皮带张紧力锁定螺母；所述物料传送从动滚筒通过轴承与皮带张紧力调整滑块相连接，皮带张紧力调整滑块安装在皮带张紧力调整滑轨上，皮带张紧力调整滑轨水平固装在支撑架上，皮带张紧力调整滑轨与物料传送从动滚筒相垂直；所述皮带张紧力调整螺杆水平设置，且皮带张紧力调整螺杆与皮带张紧力调整滑轨相平行，皮带张紧力调整螺杆一端固连在皮带张紧力调整滑块上，皮带张紧力调整螺杆另一端穿过支撑架并延伸至支撑架外侧，所述皮带张紧力锁定螺母安装在支撑架两侧的皮带张紧力调整螺杆上，通过旋紧皮带张紧力锁定螺母对皮带张紧力调整滑块及物料传送从动滚筒的位置进行固定。

所述物料双向传送模拟机构共设置两套，两套物料双向传送模拟机构平行布置，且两套物料双向传送模拟机构的运动方向相反。

一种并联机械手重复定位精度可靠性试验方法，采用了所述的并联机械手重复定位精度可靠性试验装置，包括如下步骤：

步骤一：将需要测试的并联机械手吊装到并联机械手安装架上；

步骤二：启动物料双向传送模拟机构，用于模拟物料传送工况，并在物料传送皮带上设定一处标定位置；

步骤三：通过编程控制并联机械手运动，利用并联机械手末端对物料传送皮带上标定位置处的物料进行拾取和分拣；

步骤四：通过X向振动模拟台和Y向振动模拟台输出振动载荷，用于模拟并联机械手在工作时承受的振动工况；

步骤五：按照编程控制并联机械手往复进行物料拾取和分拣，并测量并联机械手末端实际运动位置与物料传送皮带上标定位置的偏差，进而获取并联机械手重复定位精度数据；

步骤六：调整振动工况，再次执行步骤五，进而获取不同振动工况下的并联机械手重复定位精度数据。

所述Y向振动模拟台的振动工况设定过程为：通过编程控制Y向伺服电机交替进行正转和反转，进而控制Y向滚珠丝杠交替进行正转和反转，以使Y向滑块沿Y向导轨交替产生正向和反向的进给量，从而使第一基础滑台板沿Y向导轨交替产生正向和反向的进给量，通过改变Y向伺服电机的转子转动角度/圈数实现进给量的调整，进而实现振动幅值的控制；通过改变Y向伺服电机正转和反转的交替频率，进而实现振动频率的控制。

所述X向振动模拟台的振动工况设定过程为：通过编程控制X向伺服电机交替进行正转和反转，进而控制X向滚珠丝杠交替进行正转和反转，以使X向滑块沿X向导轨交替产生正向和反向的进给量，从而使第二基础滑台板沿X向导轨交替产生正向和反向的进给量，通过改变X向伺服电机的转子转动角度/圈数实现进给量的调整，进而实现振动幅值的控制；通过改变X向伺服电机正转和反转的交替频率，进而实现振动频率的控制。

本发明的有益效果：

本发明的并联机械手重复定位精度可靠性试验装置及方法，能够真实模拟并联机械手在实际振动工况条件下的重复定位精度动态演化过程，为提高和改进产品的相关结构设计、修改和完善产品的相关设计标准、促进新产品的研发、提高产品的使用寿命作出贡献。

附图说明

图1为本发明的一种并联机械手重复定位精度可靠性试验装置的结构示意图；

图2为本发明的Y向振动模拟台的结构示意图；

图3为本发明的X向振动模拟台的结构示意图；

图4为本发明的Y向振动模拟台与X向振动模拟台的装配示意图；

图5为本发明的物料双向传送模拟机构的结构示意图；

图6为本发明的皮带张紧力调整支座与物料传送从动滚筒的装配示意图；

图中，1—并联机械手安装架，2—物料双向传送模拟机构，3—X向振动模拟台，4—Y向振动模拟台，5—底座，6—Y向伺服电机，7—Y向联轴器，8—Y向滚珠丝杠，9—Y向丝杠螺母，10—Y向导轨，11—Y向滑块，12—第一基础滑台板，13—X向伺服电机，14—X向联轴器，15—X向滚珠丝杠，16—X向丝杠螺母，17—X向导轨，18—X向滑块，19—第二基础滑台板，20—物料传送驱动电机，21—物料传送联轴器，22—物料传送主动滚筒，23—物料传送从动滚筒，24—物料传送皮带，25—皮带张紧力调整支座，26—支撑架，27—皮带张紧力调整滑块，28—皮带张紧力调整滑轨，29—皮带张紧力调整螺杆，30—皮带张紧力锁定螺母。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1～6所示，一种并联机械手重复定位精度可靠性试验装置，包括并联机械手安装架1、物料双向传送模拟机构2、X向振动模拟台3及Y向振动模拟台4；所述X向振动模拟台3设置在Y向振动模拟台4上，所述物料双向传送模拟机构2设置在X向振动模拟台3上，所述并联机械手安装架1设置在物料双向传送模拟机构2上；所述Y向振动模拟台4包括底座5、Y向伺服电机6、Y向联轴器7、Y向滚珠丝杠8、Y向丝杠螺母9、Y向导轨10及Y向滑块11；所述Y向伺服电机6和Y向导轨10均水平固装在底座5上表面，Y向伺服电机6的电机轴通过Y向联轴器7与Y向滚珠丝杠8相固连，Y向滚珠丝杠8通过轴承座安装在底座5上表面，所述Y向丝杠螺母9套装在Y向滚珠丝杠8上；所述Y向导轨10共设置两条，所述Y向滚珠丝杠8位于两条Y向导轨10的中间，Y向滚珠丝杠8与两条Y向导轨10相平行，在每条Y向导轨10上均安装有Y向滑块11；所述X向振动模拟台3包括第一基础滑台板12、X向伺服电机13、X向联轴器14、X向滚珠丝杠15、X向丝杠螺母16、X向导轨17及X向滑块18；所述第一基础滑台板12水平固装在Y向滑块11上，第一基础滑台板12下表面与Y向丝杠螺母9外表面相固连；所述X向伺服电机13和X向导轨17均水平固装在第一基础滑台板12上表面，X向伺服电机13的电机轴通过X向联轴器14与X向滚珠丝杠15相固连，X向滚珠丝杠15通过轴承座安装在第一基础滑台板12上表面，所述X向丝杠螺母16套装在X向滚珠丝杠15上；所述X向导轨17共设置两条，所述X向滚珠丝杠15位于两条X向导轨17中间，X向滚珠丝杠15与两条X向导轨17相平行，且X向滚珠丝杠15与Y向滚珠丝杠8相垂直，在每条X向导轨17均安装有X向滑块18；在所述X向滑块18上水平固装有第二基础滑台板19，所述物料双向传送模拟机构2安装在第二基础滑台板19上表面。

所述物料双向传送模拟机构2包括物料传送驱动电机20、物料传送联轴器21、物料传送主动滚筒22、物料传送从动滚筒23及物料传送皮带24；所述物料传送驱动电机20水平固装在第二基础滑台板19上表面，物料传送驱动电机20的电机轴通过物料传送联轴器21与物料传送主动滚筒22的中心轴相固连，物料传送主动滚筒22通过轴承座安装在第二基础滑台板19上表面；所述物料传送从动滚筒23与物料传送主动滚筒22相平行，物料传送从动滚筒23与物料传送主动滚筒22之间通过物料传送皮带24相连；所述物料传送从动滚筒23通过皮带张紧力调整支座25安装在第二基础滑台板19上表面。

所述皮带张紧力调整支座25包括支撑架26、皮带张紧力调整滑块27、皮带张紧力调整滑轨28、皮带张紧力调整螺杆29及皮带张紧力锁定螺母30；所述物料传送从动滚筒23通过轴承与皮带张紧力调整滑块27相连接，皮带张紧力调整滑块27安装在皮带张紧力调整滑轨28上，皮带张紧力调整滑轨28水平固装在支撑架26上，皮带张紧力调整滑轨28与物料传送从动滚筒23相垂直；所述皮带张紧力调整螺杆29水平设置，且皮带张紧力调整螺杆29与皮带张紧力调整滑轨28相平行，皮带张紧力调整螺杆29一端固连在皮带张紧力调整滑块27上，皮带张紧力调整螺杆29另一端穿过支撑架26并延伸至支撑架26外侧，所述皮带张紧力锁定螺母30安装在支撑架26两侧的皮带张紧力调整螺杆29上，通过旋紧皮带张紧力锁定螺母30对皮带张紧力调整滑块27及物料传送从动滚筒23的位置进行固定。

所述物料双向传送模拟机构2共设置两套，两套物料双向传送模拟机构2平行布置，且两套物料双向传送模拟机构2的运动方向相反。

一种并联机械手重复定位精度可靠性试验方法，采用了所述的并联机械手重复定位精度可靠性试验装置，包括如下步骤：

步骤一：将需要测试的并联机械手吊装到并联机械手安装架1上；

步骤二：启动物料双向传送模拟机构2，用于模拟物料传送工况，并在物料传送皮带24上设定一处标定位置；

步骤三：通过编程控制并联机械手运动，利用并联机械手末端对物料传送皮带24上标定位置处的物料进行拾取和分拣；

步骤四：通过X向振动模拟台3和Y向振动模拟台4输出振动载荷，用于模拟并联机械手在工作时承受的振动工况；

步骤五：按照编程控制并联机械手往复进行物料拾取和分拣，并测量并联机械手末端实际运动位置与物料传送皮带24上标定位置的偏差，进而获取并联机械手重复定位精度数据；

步骤六：调整振动工况，再次执行步骤五，进而获取不同振动工况下的并联机械手重复定位精度数据。

所述Y向振动模拟台4的振动工况设定过程为：通过编程控制Y向伺服电机6交替进行正转和反转，进而控制Y向滚珠丝杠8交替进行正转和反转，以使Y向滑块11沿Y向导轨10交替产生正向和反向的进给量，从而使第一基础滑台板12沿Y向导轨10交替产生正向和反向的进给量，通过改变Y向伺服电机6的转子转动角度/圈数实现进给量的调整，进而实现振动幅值的控制；通过改变Y向伺服电机6正转和反转的交替频率，进而实现振动频率的控制。

所述X向振动模拟台3的振动工况设定过程为：通过编程控制X向伺服电机13交替进行正转和反转，进而控制X向滚珠丝杠15交替进行正转和反转，以使X向滑块18沿X向导轨17交替产生正向和反向的进给量，从而使第二基础滑台板19沿X向导轨17交替产生正向和反向的进给量，通过改变X向伺服电机13的转子转动角度/圈数实现进给量的调整，进而实现振动幅值的控制；通过改变X向伺服电机13正转和反转的交替频率，进而实现振动频率的控制。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (7)

1.一种并联机械手重复定位精度可靠性试验装置，其特征在于：包括并联机械手安装架、物料双向传送模拟机构、X向振动模拟台及Y向振动模拟台；所述X向振动模拟台设置在Y向振动模拟台上，所述物料双向传送模拟机构设置在X向振动模拟台上，所述并联机械手安装架设置在物料双向传送模拟机构上；所述Y向振动模拟台包括底座、Y向伺服电机、Y向联轴器、Y向滚珠丝杠、Y向丝杠螺母、Y向导轨及Y向滑块；所述Y向伺服电机和Y向导轨均水平固装在底座上表面，Y向伺服电机的电机轴通过Y向联轴器与Y向滚珠丝杠相固连，Y向滚珠丝杠通过轴承座安装在底座上表面，所述Y向丝杠螺母套装在Y向滚珠丝杠上；所述Y向导轨共设置两条，所述Y向滚珠丝杠位于两条Y向导轨的中间，Y向滚珠丝杠与两条Y向导轨相平行，在每条Y向导轨上均安装有Y向滑块；所述X向振动模拟台包括第一基础滑台板、X向伺服电机、X向联轴器、X向滚珠丝杠、X向丝杠螺母、X向导轨及X向滑块；所述第一基础滑台板水平固装在Y向滑块上，第一基础滑台板下表面与Y向丝杠螺母外表面相固连；所述X向伺服电机和X向导轨均水平固装在第一基础滑台板上表面，X向伺服电机的电机轴通过X向联轴器与X向滚珠丝杠相固连，X向滚珠丝杠通过轴承座安装在第一基础滑台板上表面，所述X向丝杠螺母套装在X向滚珠丝杠上；所述X向导轨共设置两条，所述X向滚珠丝杠位于两条X向导轨中间，X向滚珠丝杠与两条X向导轨相平行，且X向滚珠丝杠与Y向滚珠丝杠相垂直，在每条X向导轨均安装有X向滑块；在所述X向滑块上水平固装有第二基础滑台板，所述物料双向传送模拟机构安装在第二基础滑台板上表面。

2.根据权利要求1所述的一种并联机械手重复定位精度可靠性试验装置，其特征在于：所述物料双向传送模拟机构包括物料传送驱动电机、物料传送联轴器、物料传送主动滚筒、物料传送从动滚筒及物料传送皮带；所述物料传送驱动电机水平固装在第二基础滑台板上表面，物料传送驱动电机的电机轴通过物料传送联轴器与物料传送主动滚筒的中心轴相固连，物料传送主动滚筒通过轴承座安装在第二基础滑台板上表面；所述物料传送从动滚筒与物料传送主动滚筒相平行，物料传送从动滚筒与物料传送主动滚筒之间通过物料传送皮带相连；所述物料传送从动滚筒通过皮带张紧力调整支座安装在第二基础滑台板上表面。

3.根据权利要求2所述的一种并联机械手重复定位精度可靠性试验装置，其特征在于：所述皮带张紧力调整支座包括支撑架、皮带张紧力调整滑块、皮带张紧力调整滑轨、皮带张紧力调整螺杆及皮带张紧力锁定螺母；所述物料传送从动滚筒通过轴承与皮带张紧力调整滑块相连接，皮带张紧力调整滑块安装在皮带张紧力调整滑轨上，皮带张紧力调整滑轨水平固装在支撑架上，皮带张紧力调整滑轨与物料传送从动滚筒相垂直；所述皮带张紧力调整螺杆水平设置，且皮带张紧力调整螺杆与皮带张紧力调整滑轨相平行，皮带张紧力调整螺杆一端固连在皮带张紧力调整滑块上，皮带张紧力调整螺杆另一端穿过支撑架并延伸至支撑架外侧，所述皮带张紧力锁定螺母安装在支撑架两侧的皮带张紧力调整螺杆上，通过旋紧皮带张紧力锁定螺母对皮带张紧力调整滑块及物料传送从动滚筒的位置进行固定。

4.根据权利要求3所述的一种并联机械手重复定位精度可靠性试验装置，其特征在于：所述物料双向传送模拟机构共设置两套，两套物料双向传送模拟机构平行布置，且两套物料双向传送模拟机构的运动方向相反。

5.一种并联机械手重复定位精度可靠性试验方法，采用了权利要求1所述的并联机械手重复定位精度可靠性试验装置，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：将需要测试的并联机械手吊装到并联机械手安装架上；

步骤二：启动物料双向传送模拟机构，用于模拟物料传送工况，并在物料传送皮带上设定一处标定位置；

步骤三：通过编程控制并联机械手运动，利用并联机械手末端对物料传送皮带上标定位置处的物料进行拾取和分拣；

步骤四：通过X向振动模拟台和Y向振动模拟台输出振动载荷，用于模拟并联机械手在工作时承受的振动工况；

步骤五：按照编程控制并联机械手往复进行物料拾取和分拣，并测量并联机械手末端实际运动位置与物料传送皮带上标定位置的偏差，进而获取并联机械手重复定位精度数据；

步骤六：调整振动工况，再次执行步骤五，进而获取不同振动工况下的并联机械手重复定位精度数据。

6.根据权利要求5所述的并联机械手重复定位精度可靠性试验方法，其特征在于：所述Y向振动模拟台的振动工况设定过程为：通过编程控制Y向伺服电机交替进行正转和反转，进而控制Y向滚珠丝杠交替进行正转和反转，以使Y向滑块沿Y向导轨交替产生正向和反向的进给量，从而使第一基础滑台板沿Y向导轨交替产生正向和反向的进给量，通过改变Y向伺服电机的转子转动角度/圈数实现进给量的调整，进而实现振动幅值的控制；通过改变Y向伺服电机正转和反转的交替频率，进而实现振动频率的控制。

7.根据权利要求5所述的并联机械手重复定位精度可靠性试验方法，其特征在于：所述X向振动模拟台的振动工况设定过程为：通过编程控制X向伺服电机交替进行正转和反转，进而控制X向滚珠丝杠交替进行正转和反转，以使X向滑块沿X向导轨交替产生正向和反向的进给量，从而使第二基础滑台板沿X向导轨交替产生正向和反向的进给量，通过改变X向伺服电机的转子转动角度/圈数实现进给量的调整，进而实现振动幅值的控制；通过改变X向伺服电机正转和反转的交替频率，进而实现振动频率的控制。