CN111113465A - 一种面向大型结构件的全自动夹持机构 - Google Patents

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尹健
郭锐
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Abstract

本发明涉及一种面向大型结构件的全自动夹持机构，六自由度机器人通过底座安装在地基上，夹持基板的背面通过过渡法兰连接于六自由度机器人的执行端，前面转动安装有滚珠丝杠，滚珠丝杠两端均螺纹连接有丝母，滚珠丝杠的任一端与动力源输出端连接；两个夹爪的一端通过夹持移动板与丝母相连，通过动力源的驱动反向或相向移动；夹持基板上分别安装有位移传感器、止动闩座及放置架，在止动闩座与放置架上均设有接近开关，位移传感器滑块架的一端与任意一个夹爪一端连接的夹持移动板相连，位移传感器滑块架的另一端安装有与位移传感器相对应的位移传感器滑块。本发明全自动夹持、自动判断夹持状态、加持力可调，夹持精度高、工作可靠。

Description

一种面向大型结构件的全自动夹持机构
技术领域
本发明属于航天飞行器发动机装配领域，具体地说是一种面向大型结构件的全自动夹持机构。
背景技术
航天飞行器的发展是一个国家综合国力的体现，航天飞行器发动机的高精度装配直接关系到其发射和飞行的成败。航天飞行器发动机的组成广泛存在着带有球壳结构的重质大型结构件，对于此类结构件的正确夹持、移载、调姿是保证其正确装配的基础。所以对于航天飞行器发动机中带有球壳结构的重质大结构件的正确夹持、移载、调姿是对整个航天飞行器发动机装配的重要保障。
对于航天飞行器发动机中带有球壳结构的重质大型结构件的夹持调姿及移载工作，传统的做法是手动利用天车将其吊装到辅助支撑架上，通过人工推动夹持板将其夹持稳定。由于被夹持件质量大，外形不规则，人工夹持极易造成工作人员身体伤害以及对于被装配件的碰伤且效率低下。
发明内容
针对传统的航天飞行器发动机中带有球壳结构的重质大结构件的夹持、调姿及移载工作存在的夹持准确度差、本体易受伤害、装卡效率低以及存在安全隐患等诸多不足，本发明的目的在于提供一种面向大型结构件的全自动夹持机构。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明包括自动夹持机构及移动调节机器人，其中移动调节机器人包括六自由度机器人及底座，该六自由度机器人通过底座安装在地基上，自动夹持机构通过过渡法兰连接于所述六自由度机器人的执行端；所述自动夹持机构包括动力源、滚珠丝杠、位移传感器、位移传感器滑块、位移传感器滑块架、止动闩、止动闩座、放置架、夹持基板、夹爪、夹持移动板及接近开关，该夹持基板的背面安装于所述过渡法兰上，前面转动安装有滚珠丝杠，该滚珠丝杠两端的旋向相反，每端上均螺纹连接有丝母，所述滚珠丝杠的任一端与固定在夹持基板上的动力源输出端连接；左右两个夹爪的一端通过夹持移动板与滚珠丝杠两端螺纹连接的丝母相连，通过所述动力源的驱动反向或相向移动；所述夹持基板上分别安装有位移传感器、止动闩座及放置架，该止动闩座与放置架均为用于容置止动闩的中空结构，在止动闩座与放置架上均设有接近开关，所述位移传感器滑块架的一端与任意一个夹爪一端连接的夹持移动板相连，该位移传感器滑块架的另一端安装有与所述位移传感器相对应的位移传感器滑块；
其中：所述夹持基板前面的两端均设有端限位块，两端的端限位块的中间设有安装于该夹持基板上的中限位块，所述中限位块位于左右两个夹爪之间；
所述夹爪夹持的内侧呈弧形，该弧形部位安装有与被夹持件接触的工装垫；
所述夹持基板的前面安装有直线导轨，该直线导轨上滑动连接有滑块，左右两个夹爪的一端通过所述夹持移动板与滑块相连；
所述动力源包括伺服电机及减速器，该伺服电机及减速器通过动力支架固定在夹持基板上；
所述过渡法兰通过定角销及螺栓安装于六自由度机器人的第六轴连接端面上。
本发明的优点与积极效果为：
本发明全自动夹持、自动判断夹持状态、自动判断夹持条件、加持力可调，适用对夹持力、夹持姿态有严格要求的多品种大质量产品的夹持移载、调姿工作，夹持精度高、工作可靠。具体为：
1.本发明在满足工艺要求及机械性能的条件下，避免不必要设计，并整合多种功能于同一机构，使本发明造价成本低廉。
2.本发明设计结构简单合理，保证功能实现的条件下没有多余结构。
3.本发明结构巧妙，在夹持、调姿、移动的过程中全部实现自动化动作，无需人工辅助操作。
4.本发明的自动夹持机构通过伺服系统及位移传感器的配合精确控制夹持力及夹持位置，保证夹持的高精度进行。
5.本发明通过伺服系统扭矩的反馈以及位移传感器示数的读取的关联比较完成对于夹持是否正确的判断。
6.本发明通过对于闩体所在位置综合判断机构下一步动作是否进行，保证动作的安全性。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为本发明自动夹持机构的结构主视图；
图3为本发明自动夹持机构的结构左视图；
图4为本发明自动夹持机构的结构后视图；
图5为本发明自动夹持机构的结构俯视图；
其中：1为伺服电机，2为减速机，3联轴器，4为滚珠丝杠支撑，5为直线导轨，6为滚珠丝杠，7为抗剪销，8为动力支架，9为位移传感器，10为位移传感器滑块，11为位移传感器滑块架，12为止动闩，13为止动闩座，14为放置架，15为端限位块，16为夹持基板，17为中限位块，18为夹爪，19为工装垫，20为夹持移动板，21为接近开关，22为过渡法兰，23为定角销，24为六自由度机器人，25为底座。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
如图1～5所示，本发明包括自动夹持机构及移动调节机器人，其中移动调节机器人包括过渡法兰22、定角销23、六自由度机器人24及底座25，过渡法兰22通过定角销23及螺栓安装于六自由度机器人24的第六轴连接端面上，六自由度机器人24通过高强度螺栓、定位销固定于底座25上，底座25通过螺栓与地基相连，从而六自由度机器人24与地基构成一个稳定连接，成为一体。
自动夹持机构通过过渡法兰22连接于六自由度机器人24的执行端(即第六轴连接端面上)，自动夹持机构包括动力源、联轴器3、滚珠丝杠支撑4、直线导轨5、滚珠丝杠6、抗剪销7、动力支架8、位移传感器9、位移传感器滑块10、位移传感器滑块架11、止动闩12、止动闩座13、放置架14、端限位块15、夹持基板16、中限位块17、夹爪18、工装垫19、夹持移动板20及接近开关21，该夹持基板16的背面安装于过渡法兰22上，前面的左右两端均固接有滚珠丝杠支撑4，滚珠丝杠6的两端分别转动安装于两端的滚珠丝杠支撑4上，该滚珠丝杠6两端的旋向相反，每端上均螺纹连接有丝母，滚珠丝杠6的任一端与固定在夹持基板16上的动力源输出端连接。本发明的动力源包括伺服电机1及减速器2，该伺服电机1及减速器2通过动力支架8固定在夹持基板16上，减速器2的输出端通过联轴器3与滚珠丝杠6相连。夹持基板16的前面上位于滚珠丝杠6的上下两侧均固定有直线导轨5，两根直线导轨5与滚珠丝杠6相平行，每根直线导轨5上均滑动连接有滑块。左右两个夹爪18的一端分别通过螺栓及抗剪销7固接有夹持移动板20，构成夹爪单元，左右两个夹爪18分别通过各自的夹持移动板20与滚珠丝杠6两端螺纹连接的丝母相连，并且左右两个夹爪18一端的夹持移动板20还与滑块相连，通过伺服电机1及减速器2的驱动沿直线导轨5的轴向反向或相向移动。夹持基板16前面的两端均通过螺栓固接有端限位块15，两端的端限位块15的中间设有通过螺栓固接于夹持基板16上的中限位块17，中限位块17位于左右两个夹爪18的中间。夹爪18夹持的内侧呈弧形，该弧形部位安装有与被夹持件接触的工装垫19。
夹持基板16的背面，一端安装有位移传感器9，另一端分别安装有止动闩座13及放置架14。位移传感器滑块架11的一端与任意一个夹爪18一端连接的夹持移动板20相连，该位移传感器滑块架11的另一端安装有与位移传感器9相对应的位移传感器滑块10。止动闩座13与放置架14均为中空结构，可用于容置止动闩12；在止动闩座13与放置架14的底部均设有接近开关21。位移传感器9，由止动闩12、止动闩座13及接近开关21构成的止动闩单元，由放置架14及接近开关21构成的夹持判断单元均通过螺栓固定于夹持基板16上。
本发明的工作原理为：
本发明通过动力源与滚珠丝杠6的配合带动夹爪单元移动，完成基本的夹持动作，通过伺服电机1自带的扭矩模式实时监控动力输出值，从而判断夹持力的大小变化，配合位移传感器9，完成对于扭矩位移的关联监控，从而精确判断夹持是否正确。具体为：
A.六自由度机器人24带动自动夹持机构移动至工作位置；
B.在伺服电机1的驱动下，通过伺服电机1、减速器2、联轴器3、滚珠丝杠6、将运动传递给夹持移动板20，夹持移动板20在直线导轨5上运动，带动左右两个夹爪18相向运动；
C.左右两个夹爪18相向运动，首先伺服电机1启动转速模式，空载快速旋转，将夹爪18移动至指定位置，此间通过安装在夹持移动板20上的位移传感器滑块架11带动位移传感器滑块10运动，从而位移传感器9判断出正确电机模式切换位置；
D.伺服电机1切换至自带的扭矩模式，夹爪18逐渐将被夹持件夹紧，此时伺服电机1通过扭矩反馈计算出夹持力(为现有技术)，同时位移传感器9实时判读当前位置，从而综合判断夹持动作；
E.在步骤D时若扭矩值达到标准而左右两个夹爪18位置不达标准，则判断夹持姿态错误或空夹(两对称夹爪相碰)，若位置达标而扭矩值不达标则判断没有待夹持件，当两条件均达表示表征正确夹持；
F.在正确夹持的条件下，将止动闩12由放置架14处拔出再插入止动闩座13上，止动闩座13上的接近开关21向伺服电机1及六自由度机器人24发出信号，伺服电机1及六自由度机器人24停止工作，防止夹持脱落情况发生，机械性硬限位夹爪所在位置；
G.为保证被夹持件不受大压力伤害，与被夹持件实际接触的为软性材质(如橡胶)的工装垫19，亦因软性材质的可恢复变形性保证压力接触的充分性；在步骤E中，若位移传感器9读数在正确位置区间，但伺服电机1扭矩反馈过大，表明夹持力过大，此时反馈给伺服电机1微量调整至设定扭矩；当位移传感器9读数在正确位置区间，但伺服电机1扭矩反馈过小，此时表明夹紧未到位，此时反馈给伺服电机微量调整至设定扭矩，从而达到智能夹持调节的目的，保证夹持的正确进行；
H.夹持有被夹持件的自动夹持机构在六自由度机器人24的带动下移动至装配位置；
I.六自由度机器人24到位后保持位置，直至完成被夹持件的装配任务；
J.在伺服电机1驱动下，通过伺服电机1、减速器2、联轴器3、滚珠丝杠6将运动传递给夹持移动板20，夹持移动板20在直线导轨5上运动，将移动被夹持件放松；
K.自动夹持机构在六自由度机器人24的带动下回到初始位置，等待下一装配任务。
本发明对于航天飞行器发动机装配中能够对于带有球壳结构的重质大型结构件进行自动夹持、调姿、移载，可完成对于不同球壳结构件的准确夹持，对夹持正确判断，夹持力判断均能做出高精度判断，极大的提升了工作精度及工作效率，同事满足了安全生产及高效率装配生产的要求，无需人工辅助，夹持、调姿、移载安全、高效、准确。

Claims (6)

1.一种面向大型结构件的全自动夹持机构，其特征在于：包括自动夹持机构及移动调节机器人，其中移动调节机器人包括六自由度机器人(24)及底座(25)，该六自由度机器人(24)通过底座(25)安装在地基上，自动夹持机构通过过渡法兰(22)连接于所述六自由度机器人(24)的执行端；所述自动夹持机构包括动力源、滚珠丝杠(6)、位移传感器(9)、位移传感器滑块(10)、位移传感器滑块架(11)、止动闩(12)、止动闩座(13)、放置架(14)、夹持基板(16)、夹爪(18)、夹持移动板(20)及接近开关(21)，该夹持基板(16)的背面安装于所述过渡法兰(22)上，前面转动安装有滚珠丝杠(6)，该滚珠丝杠(6)两端的旋向相反，每端上均螺纹连接有丝母，所述滚珠丝杠(6)的任一端与固定在夹持基板(16)上的动力源输出端连接；左右两个夹爪(18)的一端通过夹持移动板(20)与滚珠丝杠(6)两端螺纹连接的丝母相连，通过所述动力源的驱动反向或相向移动；所述夹持基板(16)上分别安装有位移传感器(9)、止动闩座(13)及放置架(14)，该止动闩座(13)与放置架(14)均为用于容置止动闩(12)的中空结构，在止动闩座(13)与放置架(14)上均设有接近开关(21)，所述位移传感器滑块架(11)的一端与任意一个夹爪(18)一端连接的夹持移动板(20)相连，该位移传感器滑块架(11)的另一端安装有与所述位移传感器(9)相对应的位移传感器滑块(10)。
2.根据权利要求1所述面向大型结构件的全自动夹持机构，其特征在于：所述夹持基板(16)前面的两端均设有端限位块(15)，两端的端限位块(15)的中间设有安装于该夹持基板(16)上的中限位块(17)，所述中限位块(17)位于左右两个夹爪(18)之间。
3.根据权利要求1所述面向大型结构件的全自动夹持机构，其特征在于：所述夹爪(18)夹持的内侧呈弧形，该弧形部位安装有与被夹持件接触的工装垫(19)。
4.根据权利要求1所述面向大型结构件的全自动夹持机构，其特征在于：所述夹持基板(16)的前面安装有直线导轨(5)，该直线导轨(5)上滑动连接有滑块，左右两个夹爪(18)的一端通过所述夹持移动板(20)与滑块相连。
5.根据权利要求1所述面向大型结构件的全自动夹持机构，其特征在于：所述动力源包括伺服电机(1)及减速器(2)，该伺服电机(1)及减速器(2)通过动力支架(8)固定在夹持基板(16)上。
6.根据权利要求1所述面向大型结构件的全自动夹持机构，其特征在于：所述过渡法兰(22)通过定角销(23)及螺栓安装于六自由度机器人(24)的第六轴连接端面上。
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