CN110095138A - 一种柔性管线空间走向标定台架 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种柔性管线空间走向标定台架，解决了无法实现柔性管线实际工况下受弯曲和扭转变形时的空间走向复现的技术问题；该装置包括：位姿调节装置，其包括多个自由度，位姿调节装置包括相连接的位置调节机构和姿态调节机构；活动夹持装置，其连接于姿态调节机构上；固定夹持装置，其固定于操作台上，柔性管线的两端分别固定于活动夹持装置和固定夹持装置上；其中，位置调节机构的运动能够实现对柔性管线的位置调节，姿态调节机构的运动能够实现对柔性管线的姿态调节。本发明用于夹持需要标定的柔性管线，一端具有多个自由度，实现其两端面空间相对位置和姿态以及相对扭转角度调节；该装置结构紧凑，适用于柔性管线空间走向的自动标定。

Description

一种柔性管线空间走向标定台架

技术领域

本发明涉及柔性管线标定技术领域，尤其是涉及一种柔性管线空间走向标定台架。

背景技术

柔性导线、电缆和管路是汽车、航空、船舶等工业产品中的重要组成部分。柔性管线布置的计算机虚拟仿真已经实现。然而对于一些特殊管线，在某些特殊工况下，虚拟仿真软件模拟的柔性管线走向与实际管线走向偏差较大，此时需要凭借柔性管线走向标定程序对柔性软管虚拟建模输入材料参数进行识别，适用于模拟柔性管线实际工况的通用台架设备，可实现柔性管线空间走向的自动标定。

本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题：现有的辅助柔性管线标定程序的标定设备，无法模拟管线受弯曲和扭转组合变形时的工况，无法更加真实的模拟柔性管线的空间位置以及姿态的走向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柔性管线空间走向标定台架，以解决现有技术中存在的无法更加实际的模拟使用环境下，柔性管线的空间位置及姿态走向的技术问题；本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的柔性管线空间走向标定台架，包括：

位姿调节装置，其包括多个自由度，所述位姿调节装置包括相连接的位置调节机构和姿态调节机构；

活动夹持装置，其连接于所述姿态调节机构上；

固定夹持装置，其固定于操作台上，柔性管线的两端分别固定于所述活动夹持装置和所述固定夹持装置上；

其中，所述位置调节机构的运动能够实现对所述柔性管线的位置调节，所述姿态调节机构的运动能够实现对所述柔性管线的姿态调节。

优选的，所述位置调节机构包括第一丝杆螺母副、第二丝杆螺母副和第三丝杆螺母副，其中，三者相互垂直，且所述第一丝杆螺母副、所述第二丝杆螺母副和所述第三丝杆螺母副能分别带动所述柔性管线的一端在X轴、Y轴和Z轴方向上运动。

优选的，所述第一丝杆螺母副包括：

第一电机，其固定于底座上；

第一丝杆，其两端分别通过丝杠支撑座支撑，所述第一丝杆通过第一联轴器与所述第一电机驱动连接，且所述第一丝杆上设置有螺母副；

导轨，其设置于所述底座的两端，且与所述第一丝杆的延伸方向平行设置；

第一活动板，其固定设置于所述第一丝杆的螺母副上，所述第一活动板的两端滑动连接于所述导轨上；所述第一电机驱动所述第一丝杆旋转，与所述第一丝杠配合的螺母副带动所述第一活动板沿所述导轨滑动。

优选的，所述第二丝杆螺母副包括：

第二电机，其固定于第一活动板上；

第二丝杆，其两端分别通过丝杠支撑座支撑于所述第一活动板上，所述第二丝杆通过第二联轴器与所述第二电机驱动连接，且所述第二丝杆上设置有螺母副；

第二活动板，其与所述第二丝杆上的螺母副连接，

滚轮组，其固定于所述第二活动板上，且压紧于所述第一活动板的上表面；所述第二电机驱动所述第二丝杠旋转，与所述第二丝杠配合的螺母副能带动所述第二活动板沿所述第二丝杠的轴线方向移动。

优选的，所述第三丝杆螺母副包括：

支撑板，其垂直固定于所述第二活动板上；

第三电机，其固定于支撑板上；

第三丝杆，其两端分别通过丝杠支撑座支撑于所述支撑板上，所述第三丝杆通过第三联轴器与所述第三电机驱动连接，且所述第三丝杆上设置有螺母副；

第三活动板，其与所述第三丝杆上的螺母副连接；

滚轮组，其固定于所述第三活动板上，且压紧于所述支撑板的上表面；所述第三电机驱动所述第三丝杠旋转，与所述第三丝杠配合的螺母副能带动所述第三活动板沿所述第三丝杠的轴线方向移动。

优选的，所述姿态调节机构具有多个自由度，其由轴线相交于一点的多个转动副组成，多个所述转动副能实现所述柔性管线活动端的姿态调节。

优选的，所述姿态调节机构包括：

基关节，其固定于所述第三丝杆螺母副上；

多个关节，相邻所述关节之间通过转动轴转动连接；所述基关节及非末端的关节内均设置有驱动电机，所述驱动电机能通过蜗轮蜗杆机构驱动所述转动轴转动。

优选的，多个关节包括第一关节、第二关节和第三关节，所述基关节与所述第一关节之间通过第一转动轴转动连接，所述第一关节与所述第二关节之间通过第二转动轴转动连接，所述第二关节与所述第三关节之间通过第三转动轴转动连接，所述第一夹持装置固定于所述第三转动轴上并随其一起转动；所述第一转动轴、所述第二转动轴和所述第三转动轴始终相交于一点。

优选的，所述活动夹持装置和所述固定夹持装置均包括：

固定座，其为空心柱体，且其侧壁上设置有螺纹孔；

多个压紧螺栓，其与所述固定座通过所述螺纹孔螺纹连接；

压紧块，其设置于所述压紧螺栓的位于所述固定座内的一端；多个所述压紧螺栓能在所述固定座上旋紧，以使多个所述压紧块将所述柔性管线夹紧。

优选的，所述压紧螺栓的数量为三个，且三个所述压紧螺栓均匀分布于所述固定座的侧壁上。

本发明提供的柔性管线空间走向标定台架，与现有技术相比，具有如下有益效果：

上述标定台架用于夹持需要标定的柔性管线，其能够使被夹持的柔性管线一端固定，另一端具有多个自由度，上述多个自由度通过位置调节机构和姿态调节机构获得，并能够实现柔性管线两端面空间相对位置和姿态以及两端面相对扭转角度调节；通过上述位置和姿态的调节，来实现对管线实际使用弯曲和扭转组合工况的模拟；该装置结构紧凑，自动化程度高，适用于柔性管线空间走向的自动标定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是柔性管线空间走向标定台架的整体结构示意图；

图2是位置调节机构的结构示意图；

图3是姿态调节机构的结构示意图；

图4是电机与第三转动轴的连接结构示意图；

图5是夹持装置的结构示意图；

图中1、底座；2、导轨；3、第二丝杠；4、第一丝杠；5、第三丝杠；6、连接板；7、基关节；8、第一关节；9、第二关节；10、活动夹持装置；11、柔性管线；12、固定夹持装置；13、第一电机；14、第一电机座；15、第一联轴器；16、第一活动板；17、第一丝杠支撑座；18、第二丝杠支撑座；19、第二电机；20、第二联轴器；21、第二活动板；22、第一滚轮组；23、第三电机；24、第三联轴器；25、支撑板；26、第三活动板；27、第二滚轮组；28、第一转动轴；29、第二转动轴；30、第三转动轴；

31、压紧螺栓；32、压紧块；33、固定座；34、蜗杆；35、涡轮；36、驱动电机。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“高度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“侧”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

参照图1所示，图1是柔性管线空间走向标定台架的整体结构示意图；本发明提供了一种柔性管线空间走向标定台架，包括：位姿调节装置，其包括多个自由度，位姿调节装置包括相连接的位置调节机构和姿态调节机构；活动夹持装置，其连接于姿态调节机构上；固定夹持装置，其固定于操作台上，柔性管线的两端分别固定于活动夹持装置和固定夹持装置上；

其中，位置调节机构的运动能够实现对柔性管线的位置调节，姿态调节机构的运动能够实现对柔性管线的姿态调节。

本发明的有益效果为：上述标定台架用于夹持需要标定的柔性管线，其能够使被夹持的柔性管线一端固定，另一端具有多个自由度，上述多个自由度通过位置调节机构和姿态调节机构获得，并能够实现柔性管线两端面空间相对位置和姿态以及两端面相对扭转角度调节；通过上述位置和姿态的调节，来实现对管线实际使用弯曲和扭转组合工况的模拟；该装置结构紧凑，自动化程度高，适用于柔性管线空间走向的自动标定。

作为可选地实施方式，具体的，如图1所示，柔性管线11两端分别固定于活动夹持装置10和固定夹持装置12之间，活动夹持装置10可随台架运动，活动夹持装置10的位置和姿态可以通过位姿调节装置调整，固定夹持装置12固定与操作台或操作面上。

作为可选的实施方式，位置调节机构包括第一丝杆螺母副、第二丝杆螺母副和第三丝杆螺母副，其中，三者相互垂直，且第一丝杆螺母副、第二丝杆螺母副和第三丝杆螺母副能分别带动柔性管线的一端在X轴、Y轴和Z轴方向上运动。

上述相互垂直的丝杠螺母副形成三个自由度，实现柔性管线活动端的位置调节。

具体的，参照图2所示，图2是位置调节机构的结构示意图；

上述第一丝杆螺母副的结构为：第一电机13安装于第一电机座14上，第一电机座14固定于底座1上，第一丝杠4由固定于底座的第一丝杠支撑座17和第二丝杠支撑座18支撑，第一活动板16固定于第一丝杠4的螺母副上，同时与导轨2上的滑块相连，第一电机13通过第一联轴器15驱动第一丝杠4旋转，与第一丝杠4配合的螺母副带动第一活动板16沿导轨2滑动。

其中，丝杆螺母副为本领域内技术人员所熟知的公知常识，第一活动板16能通过丝杆螺母副在第一丝杠4上运动，在此对其结构不再赘述。底座1的两端设置上述导轨2，且导轨2的设置方向与第一丝杠4的轴线方向平行设置，为了使得活动板的两端能够在导轨上滑动，可由多种设置方式，如将上述导轨2设置为条状，在活动板的与导轨2的接触面上设置滑槽，滑槽可以为倒置的U型，滑槽能够在条状的导轨上滑动；或者本领域内技术人员也可设置其他结构的滑动装置，在此不做限定。

如图2所示，第二丝杠螺母副的结构为：第二电机19通过电机座固定于第一活动板16上，第二丝杠3的两个支撑座也固定于第一活动板16上，第二活动板21与第二丝杠3的螺母副相连，第一滚轮组22固定于第二活动板21上，第一滚轮组22压紧于第一活动板16上表面，起到支撑第二活动板21的作用；第二电机19通过第二联轴器20驱动第二丝杠3旋转，与第二丝杠3配合的螺母副带动第二活动板21沿第二丝杠3的轴线方向移动。

如图2所示，第三丝杆螺母副的结构为：支撑板25固定在第二活动板21上，第三电机23通过电机座固定于支撑板25上，第三丝杠5的两个支撑座也固定于支撑板25上，第三活动板26与第三丝杠5的螺母副相连，第二滚轮组27固定于第三活动板26上，第二滚轮组27压紧于支撑板25上表面，起到支撑第三活动板26的作用；

第二电机19通过第三联轴器24驱动第三丝杠5旋转，与第三丝杠5配合的螺母副带动第三活动板26沿第三丝杠5的轴线方向移动。

上述具体实施例中给出了第一丝杆螺母副、第二丝杆螺母副及第三丝杆螺母副的具体结构，即位置调节装置由三个相互垂直的丝杠螺母副组成，三个丝杠分别由三个电机驱动，实现柔性管线活动端的位置调节，能够更加全面、更加符合实际的模拟柔性管线的位置变化。

除了上述位置调节机构之外，还需要对柔性管线11的姿态进行模拟，作为可选的实施方式，姿态调节机构具有多个自由度，其由轴线相交于一点的多个转动副组成，多个转动副能实现柔性管线活动端的姿态调节。

为了便于实现多个自由度的姿态调整机构与位置机构的连接，作为可选的实施方式，参照图3所示，图3是姿态调节机构的结构示意图；

姿态调节机构包括：基关节7，其固定于第三丝杆螺母副上；多个关节，相邻关节之间通过转动轴转动连接；基关节7及非末端的关节内均设置有驱动电机，驱动电机36能通过蜗轮蜗杆机构驱动转动轴转动。

上述基关节与相邻关节之间能够转动的转动轴形成了姿态调整机构的自由度。

具体的，如图3所示，姿态调整机构的具体结构为：基关节7通过连接板6固定于第三活动板26上，第一转动轴28由基关节7上的驱动电机36及基关节7内部蜗轮蜗杆减速器驱动，第一转动轴28与第一关节8固连，第一关节8可随第一转动轴28转动；第二关节9固连于第二转动轴29，第二转动轴29由第二关节内的驱动电机和涡轮蜗杆减速器驱动，第二关节9随第二转动轴29一起转动；活动夹持装置10固连于第三转动轴30，第三转动轴30由固定于第二关节9上的驱动电机36驱动，活动夹持装置10随第三转动轴30一起转动。第一转动轴28、第二转动轴29和第三转动轴30始终相交于一点。活动夹持装置10可由位置调整机构和姿态调整机构进行位置和姿态的调节。

作为可选的实施方式，参照图4所示，图4是电机与第三转动轴的连接结构示意图；基关节7与第一关节8之间、第一关节8与第二关节9之间以及第二关节9与活动夹持装置10之间的驱动结构相同，均为驱动电机通过蜗轮蜗杆减速器带动相应的转动轴转动，下面以第二关节与活动夹持装置为例进行说明：如图4所示，驱动电机36设置为第二关节9内，其与蜗杆34驱动连接，第三转动轴30上设置有涡轮35，涡轮35与上述蜗杆34啮合，驱动电机36驱动蜗杆34转动，同时带动涡轮35及第三转动轴30转动，以实现活动夹持装置随第三转动轴30一起转动。

作为可选的实施方式，如图5所示，图5是夹持装置的结构示意图；

活动夹持装置和固定夹持装置均包括：固定座33，其为空心柱体，且其侧壁上设置有螺纹孔；多个压紧螺栓31，其与固定座33通过螺纹孔螺纹连接；压紧块32，其设置于压紧螺栓31的位于固定座33内的一端；多个压紧螺栓31能在固定座33上旋紧，以使多个压紧块32将柔性管线11夹紧。

具体的，如图5所示，夹持机构由固定座33，3个压紧螺栓31，3个压紧块32组成，压紧螺栓31与固定座33上的螺纹孔配合，压紧块32与压紧螺栓31相连且可以绕压紧螺栓31轴线转动。3个压紧螺栓31旋紧，三个压紧块将柔性管线夹紧。

本发明的柔性管线空间走向标定台架，包括具有六个自由度的位姿调节装置，能够更加准确、全面的实现对管线实际使用弯曲和扭转组合工况的模拟，然后使用激光扫描仪获得台架上柔性软管空间走向位姿点云，通过计算机标定程序，识别出柔性管线三维虚拟建模材料参数，以此提高软件柔性管线仿真精度。该装置结构紧凑，自动化程度高，适用于柔性管线空间走向的自动标定。

在本说明书的描述，具体特征、结构或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种柔性管线空间走向标定台架，其特征在于，包括：

位姿调节装置，其包括多个自由度，所述位姿调节装置包括相连接的位置调节机构和姿态调节机构；

活动夹持装置，其连接于所述姿态调节机构上；

固定夹持装置，其固定于操作台上，柔性管线的两端分别固定于所述活动夹持装置和所述固定夹持装置上；

其中，所述位置调节机构的运动能够实现对所述柔性管线的位置调节，所述姿态调节机构的运动能够实现对所述柔性管线的姿态调节。

2.根据权利要求1所述的柔性管线空间走向标定台架，其特征在于，所述位置调节机构包括第一丝杆螺母副、第二丝杆螺母副和第三丝杆螺母副，其中，三者相互垂直，且所述第一丝杆螺母副、所述第二丝杆螺母副和所述第三丝杆螺母副能分别带动所述柔性管线的一端在X轴、Y轴和Z轴方向上运动。

3.根据权利要求2所述的柔性管线空间走向标定台架，其特征在于，所述第一丝杆螺母副包括：

第一电机，其固定于底座上；

第一丝杆，其两端分别通过丝杠支撑座支撑，所述第一丝杆通过第一联轴器与所述第一电机驱动连接，且所述第一丝杆上设置有螺母副；

导轨，其设置于所述底座的两端，且与所述第一丝杆的延伸方向平行设置；

第一活动板，其固定设置于所述第一丝杆的螺母副上，所述第一活动板的两端滑动连接于所述导轨上；所述第一电机驱动所述第一丝杆旋转，与所述第一丝杠配合的螺母副带动所述第一活动板沿所述导轨滑动。

4.根据权利要求3所述的柔性管线空间走向标定台架，其特征在于，所述第二丝杆螺母副包括：

第二电机，其固定于第一活动板上；

第二丝杆，其两端分别通过丝杠支撑座支撑于所述第一活动板上，所述第二丝杆通过第二联轴器与所述第二电机驱动连接，且所述第二丝杆上设置有螺母副；

第二活动板，其与所述第二丝杆上的螺母副连接，

滚轮组，其固定于所述第二活动板上，且压紧于所述第一活动板的上表面；所述第二电机驱动所述第二丝杠旋转，与所述第二丝杠配合的螺母副能带动所述第二活动板沿所述第二丝杠的轴线方向移动。

5.根据权利要求4所述的柔性管线空间走向标定台架，其特征在于，所述第三丝杆螺母副包括：

支撑板，其垂直固定于所述第二活动板上；

第三电机，其固定于支撑板上；

第三丝杆，其两端分别通过丝杠支撑座支撑于所述支撑板上，所述第三丝杆通过第三联轴器与所述第三电机驱动连接，且所述第三丝杆上设置有螺母副；

第三活动板，其与所述第三丝杆上的螺母副连接；

滚轮组，其固定于所述第三活动板上，且压紧于所述支撑板的上表面；所述第三电机驱动所述第三丝杠旋转，与所述第三丝杠配合的螺母副能带动所述第三活动板沿所述第三丝杠的轴线方向移动。

6.根据权利要求2所述的柔性管线空间走向标定台架，其特征在于，所述姿态调节机构具有多个自由度，其由轴线相交于一点的多个转动副组成，多个所述转动副能实现所述柔性管线活动端的姿态调节。

7.根据权利要求2或6所述的柔性管线空间走向标定台架，其特征在于，所述姿态调节机构包括：

基关节，其固定于所述第三丝杆螺母副上；

多个关节，相邻所述关节之间通过转动轴转动连接；所述基关节及非末端的关节内均设置有驱动电机，所述驱动电机能通过蜗轮蜗杆机构驱动所述转动轴转动。

8.根据权利要求7所述的柔性管线空间走向标定台架，其特征在于，多个关节包括第一关节、第二关节和第三关节，所述基关节与所述第一关节之间通过第一转动轴转动连接，所述第一关节与所述第二关节之间通过第二转动轴转动连接，所述第二关节与所述第三关节之间通过第三转动轴转动连接，所述第一夹持装置固定于所述第三转动轴上并随其一起转动；所述第一转动轴、所述第二转动轴和所述第三转动轴始终相交于一点。

9.根据权利要求1所述的柔性管线空间走向标定台架，其特征在于，所述活动夹持装置和所述固定夹持装置均包括：

固定座，其为空心柱体，且其侧壁上设置有螺纹孔；

多个压紧螺栓，其与所述固定座通过所述螺纹孔螺纹连接；

压紧块，其设置于所述压紧螺栓的位于所述固定座内的一端；多个所述压紧螺栓能在所述固定座上旋紧，以使多个所述压紧块将所述柔性管线夹紧。

10.根据权利要求9所述的柔性管线空间走向标定台架，其特征在于，所述压紧螺栓的数量为三个，且三个所述压紧螺栓均匀分布于所述固定座的侧壁上。