CN114952089A - 锥筒体叶片安装方法及锥筒体叶片安装装置 - Google Patents

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Abstract

一种锥筒体叶片安装方法，包括：提供平面板材，并在平面板材上绘制标准叶片安装螺旋线；将平面板材卷制成锥筒体；根据标准叶片安装螺旋线进行曲线拟合得到标准叶片安装螺旋线的数学模型；将标准叶片安装螺旋线的数学模型进行离散，得到一系列微小直线段；根据微小直线段进行编程得到划线机器人的划线路径方程；控制划线机器人按照划线路径方程在锥筒体内侧表面进行划线。本发明还提供一种锥筒体叶片安装装置。该锥筒体叶片安装方法及锥筒体叶片安装装置中，可根据标准叶片安装螺旋线获得划线路径方程，进而采用划线机器人根据划线路径方程进行划线，实现空间变螺旋线无人自动化划线，划线精度高，速度快，可提高搅拌筒的生产效率和生产质量。

Description

锥筒体叶片安装方法及锥筒体叶片安装装置
技术领域
本发明涉及工程机械技术领域，特别是涉及一种锥筒体叶片安装方法及锥筒体叶片安装装置。
背景技术
搅拌车是用来运送建筑用混凝土的专用车，在运输过程中搅拌车的搅拌筒会始终保持转动，以保证混凝土不会凝固，搅拌筒内设有叶片，以搅拌机卸出混凝土。典型的搅拌筒为锥筒体，其由前、中、后不同的三段焊接，处于搅拌筒内的螺旋叶片也由三段拟合而成，螺旋叶片焊接在筒壁上。目前的搅拌筒体生产中，通常需要人工对锥筒体螺旋叶片摆搭轨迹线展开水平划线操作，再进行卷制锥筒进行组对。采用这种方式划线加工，劳动强度大，划线精度较低，对各段锥筒体对接位置要求较高，提高了操作难度。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种锥筒体叶片安装方法及锥筒体叶片安装装置，以提高搅拌筒的生产效率及生产质量。
本发明提供一种锥筒体叶片安装方法，包括：
提供平面板材，并在平面板材上绘制标准叶片安装螺旋线；
将所述平面板材卷制成锥筒体；
根据所述标准叶片安装螺旋线进行曲线拟合得到标准叶片安装螺旋线的数学模型；
将所述标准叶片安装螺旋线的数学模型进行离散，得到一系列微小直线段；
根据所述微小直线段进行编程得到划线机器人的划线路径方程；以及
控制划线机器人按照所述划线路径方程在锥筒体内侧表面进行划线，得到自动叶片安装螺旋线。
在一实施例中，所述锥筒体叶片安装方法还包括：
将所述标准叶片安装螺旋线与所述自动叶片安装螺旋线进行比较，调整划线机器人的划线路径方程。
在一实施例中，所述锥筒体叶片安装方法还包括：控制所述划线机器人按照调整后的划线路径方程在锥筒体内侧表面进行划线，得到最终的叶片螺旋线划线。
在一实施例中，所述锥筒体叶片安装方法还包括：控制所述划线机器人按照调整后的划线路径方程行走将叶片焊接在锥筒体内侧表面。
在一实施例中，所述锥筒体包括前锥、后锥和设于所述前锥与所述后锥之间的中筒，将所述前锥和所述后锥部分的所述标准叶片安装螺旋线拟合为对数螺旋线方程，将所述中筒部分的所述标准叶片安装螺旋线拟合为阿基米德螺旋线方程。
本发明还提供一种锥筒体叶片安装装置，包括曲线拟合模块、曲线离散模块和划线机器人，所述曲线拟合模块用于对绘制在锥筒体内壁上的标准叶片安装螺旋线进行曲线拟合得到标准叶片安装螺旋线的数学模型，所述曲线离散模块用于将所述标准叶片安装螺旋线的数学模型进行离散，得到一系列微小直线段，所述划线机器人用于获取根据所述微小直线段编程得到的划线机器人的所述划线路径方程，并按照所述划线路径方程在锥筒体内侧表面进行划线或焊接。
在一实施例中，所述锥筒体叶片安装装置还包括比较模块和修正模块，所述比较模块用于将所述标准叶片安装螺旋线与所述自动叶片安装螺旋线进行比较，所述修正模块用于根据所述标准叶片安装螺旋线与所述自动叶片安装螺旋线的比较结果调整划线机器人的划线路径方程。
在一实施例中，所述锥筒体叶片安装装置还包括寻位模块，所述锥筒体上设有起始标识位，所述寻位模块用于识别所述起始标识位，以控制所述划线机器人从所述起始标识位开始按照所述划线路径方程划线或焊接。
在一实施例中，所述划线机器人包括旋转驱动机构、多自由度运动装置和操作装置，所述旋转驱动机构用于驱动所述锥筒体沿X轴方向旋转；所述多自由度运动装置至少能够沿所述X轴方向移动、沿Z轴移动和沿Y轴方向旋转；所述操作装置连接于所述多自由度运动装置，所述操作装置包括划线机构，所述划线机构用于对所述锥筒体的内壁进行划线。
在一实施例中，所述操作装置还包括焊接机构，所述焊接机构用于对所述锥筒体的内环焊缝进行焊接。
本发明实施例提供的锥筒体叶片安装方法及锥筒体叶片安装装置中，可根据标准叶片安装螺旋线获得划线路径方程，进而采用划线机器人根据划线路径方程进行划线，可实现空间变螺旋线无人自动化划线，划线精度高，速度快，因而可提高搅拌筒的生产效率和生产质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明第一实施例的锥筒体叶片安装方法的流程示意图。
图2为图1中锥筒体叶片安装方法的中的锥筒体的结构示意图。
图3为图2中锥筒体的前锥、后锥的叶片螺旋线示意图。
图4为图2中锥筒体的中筒的叶片螺旋线示意图。
图5为本发明第二实施例的锥筒体叶片安装装置的结构框图。
图6为图5中锥筒体叶片安装装置的划线机器人的结构示意图。
图7为图6中划线机器人的旋转驱动机构和操作装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的特定实施例进行详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的描述，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语的具体含义。
术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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。
术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是为了区别属性类似的元件，而不是指示或暗示相对的重要性或者特定的顺序。
术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体，意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。
第一实施例
请参图1，本发明第一实施例中提供的锥筒体叶片安装方法，包括以下步骤：
S11，提供平面板材，并在平面板材上绘制标准叶片安装螺旋线。
具体地，一般可通过人工划线方式在平面板材上绘制标准叶片安装螺旋线，工人在平面板材上绘制的叶片安装螺旋线一般较为准确，但这种划线方式效率较低，操作难度较大。当然，也可采用其他方式绘制标准叶片安装螺旋线。
S13，将平面板材卷制成锥筒体。
具体地，请参照图2，锥筒体100(即搅拌筒)包括前锥101、后锥103和位于前锥101与后锥103之间的中筒105。前锥101和后锥103可为锥状筒体，中筒105可为圆柱筒体，组合起来称为锥筒体。
具体地，锥筒体内叶片为螺旋叶片，请参照图3，在前锥101和后锥103部分，对应安装的叶片可为对数螺旋线，其母线方程为：
Figure BDA0003643805480000051
其中β为螺旋角，ρ0为初始极径；θ为半锥角；
Figure BDA0003643805480000052
为螺旋转角。
请参照图4，在中筒105部分，对应安装的叶片可为圆柱螺旋线，其母线方程为：
Figure BDA0003643805480000053
其中r为圆柱底半径，
Figure BDA0003643805480000054
为螺旋转角，β为螺旋角。
具体在本实施例中，在前锥101和后锥103部分，对应安装的叶片可为具有等升角的对数螺旋叶片，其螺旋线方程为：
Figure BDA0003643805480000055
其中，ρ0为螺旋线起点的极径；ρ为极径；θ为半锥角；Ψ为极径ρ在坐标系xoy的投影与y轴的夹角，即圆锥对数螺旋线的螺旋转角，β为圆锥对数螺旋线的切线与圆锥母线的夹角，即圆锥对数螺旋线的螺旋角。更具体地，为了同时保证搅拌均匀和出料干净，前锥的螺旋角可为约60°，后锥的螺旋角可为大于等于75°。
具体在本实施例中，在中筒105部分，对应安装的叶片可为不等升角的阿基米德螺旋线螺旋叶片，其螺旋线方程为：
Figure BDA0003643805480000061
其中，R为圆柱半径；Ψ为螺旋转角；β为螺旋角。
S15，根据标准叶片安装螺旋线进行曲线拟合得到标准叶片安装螺旋线的数学模型。
具体地，将前锥和后锥部分的标准叶片安装螺旋线拟合为前述的对数螺旋线方程，将中筒部分的标准叶片安装螺旋线拟合为前述的阿基米德螺旋线方程。可以理解，当将叶片设计为其他螺旋线形状时，将标准叶片安装螺旋线拟合为对应的螺旋线方程即可。
S17，将标准叶片安装螺旋线的数学模型进行离散，得到一系列微小直线段。
具体地，可采用插补运算方法将标准叶片安装螺旋线的数学模型进行离散。当然，也可采用其他方法对标准叶片安装螺旋线的数学模型进行离散。
S19，根据微小直线段进行编程得到划线机器人的划线路径方程。
具体地，在划线机器人的编程软件内根据微小直线段进行编程即可得到划线路径方程。将螺旋线的曲线离散为微小直线段，可方便控制划线机器人按照直线段的路径行走，而划线机器人难以按照曲线路径行走。
S21，控制划线机器人按照划线路径方程在锥筒体内侧表面进行划线，得到自动叶片安装螺旋线。
S23，将标准叶片安装螺旋线与自动叶片安装螺旋线进行比较，调整划线机器人的划线路径方程。具体地，在标准叶片安装螺旋线与自动叶片安装螺旋线进行比较时，如果划线机器人划线偏离人工划线的距离大于预设值，则调整该处的划线机器人的划线路径方程。
可以理解，也可省略步骤S23，直接采用根据微小直线段进行编程得到划线机器人的划线路径方程控制划线机器人划线，当然这样的划线可能误差比更好调整后的划线路径方程的划线会大一点。
本实施例中，锥筒体叶片安装方法还包括以下步骤：
S25，控制划线机器人按照调整后的划线路径方程在锥筒体内侧表面进行划线，得到最终的叶片螺旋线划线。按照调整后的划线路径方程控制划线机器人进行划线，得到的叶片螺旋线与实际需要的叶片螺旋线基本相符，准确度极高，且无需人工操作，划线十分方便。
本实施例中，锥筒体叶片安装方法还包括以下步骤：
S27，控制划线机器人按照调整后的划线路径方程行走将叶片焊接在锥筒体内侧表面。
可以理解，锥筒体叶片安装方法可同时在锥筒体的前锥、后锥和中筒上划线或焊接，也可仅在前锥、后锥和中筒之一或之二上划线或焊接。
本发明实施例的锥筒体叶片安装方法中，可根据标准叶片安装螺旋线获得划线路径方程，进而采用划线机器人根据划线路径方程进行划线，可实现空间变螺旋线无人自动化划线，划线精度高，速度快，因而可提高搅拌筒的生产效率和生产质量。
第二实施例
请参图5，本发明第二实施例提供的锥筒体叶片安装装置包括曲线拟合模块31、曲线离散模块33、划线机器人35、比较模块37和修正模块39。曲线拟合模块31用于对绘制在锥筒体100内壁上的标准叶片安装螺旋线进行曲线拟合得到标准叶片安装螺旋线的数学模型。曲线离散模块33用于将标准叶片安装螺旋线的数学模型进行离散，得到一系列微小直线段。划线机器人35用于获取根据微小直线段编程得到的划线机器人的划线路径方程，并按照划线路径方程在锥筒体内侧表面进行划线或焊接，以得到自动叶片安装螺旋线或将叶片焊接在锥筒体上。比较模块37用于将标准叶片安装螺旋线与自动叶片安装螺旋线进行比较。修正模块39用于根据标准叶片安装螺旋线与自动叶片安装螺旋线的比较结果调整划线机器人的划线路径方程。
具体地，标准叶片安装螺旋线通常线绘制在平面板材上，再将平面板材卷制成锥筒体。锥筒体100可包括前锥101、后锥103和位于前锥101与后锥103之间的中筒105。前锥101和后锥103可为锥状筒体，中筒105可为圆柱筒体，组合起来称为锥筒体。
具体地，锥筒体(即搅拌筒)内叶片为螺旋叶片，在前锥101和后锥103部分，对应安装的叶片可为对数螺旋线，其母线方程为：
Figure BDA0003643805480000081
其中β为螺旋角，ρ0为初始极径；θ为半锥角；
Figure BDA0003643805480000082
为螺旋转角。
在中筒105部分，对应安装的叶片可为圆柱螺旋线，其母线方程为：
Figure BDA0003643805480000083
其中r为圆柱底半径，
Figure BDA0003643805480000084
为螺旋转角，β为螺旋角。
具体在本实施例中，在前锥101和后锥103部分，对应安装的叶片可为具有等升角的对数螺旋叶片，其螺旋线方程为：
Figure BDA0003643805480000091
其中，ρ0为螺旋线起点的极径；ρ为极径；θ为半锥角；Ψ为极径ρ在坐标系xoy的投影与y轴的夹角，即圆锥对数螺旋线的螺旋转角，β为圆锥对数螺旋线的切线与圆锥母线的夹角，即圆锥对数螺旋线的螺旋角。更具体地，为了同时保证搅拌均匀和出料干净，前锥的螺旋角可为约60°，后锥的螺旋角可为大于等于75°。
具体在本实施例中，在中筒部分，对应安装的叶片可为不等升角的阿基米德螺旋线螺旋叶片，其螺旋线方程为：
Figure BDA0003643805480000092
其中，R为圆柱半径；Ψ为螺旋转角；β为螺旋角。
具体地，将前锥和后锥部分的标准叶片安装螺旋线拟合为前述的对数螺旋线方程，将中筒部分的标准叶片安装螺旋线拟合为前述的阿基米德螺旋线方程。可以理解，当将叶片设计为其他螺旋线形状时，将标准叶片安装螺旋线拟合为对应的螺旋线方程即可。
具体地，可采用插补运算方法将标准叶片安装螺旋线的数学模型进行离散。当然，也可采用其他方法对标准叶片安装螺旋线的数学模型进行离散。
本实施例中，锥筒体叶片安装装置还包括寻位模块41，锥筒体上设有起始标识位，寻位模块41用于识别起始标识位，以控制划线机器人35从起始标识位开始按照划线路径方程划线或焊接。具体地，寻位模块41可为激光视觉传感器，其可利用光学的三角测量原理进行定位。更具体地，寻位模块41发出激光束，激光束以一定的形状扫描(扫描方式)或通过光学器件变换以光面的形式在目标物体的表面投射出线形或其他几何形状的条纹(结构光方式)，在面阵的光敏探测器上就可以得到表征目标截面的激光条纹图。当然，除了上述激光跟踪技术，也可以采用视觉跟踪技术、接触式跟踪传感技术、电弧跟踪传感技术等能够实现上述寻位功能的技术方案。
本实施例中，请参照图6和图7，划线机器人35包括旋转驱动机构352、多自由度运动装置354和操作装置356。旋转驱动机构352用于驱动锥筒体100沿X轴方向旋转；多自由度运动装置354至少能够沿所述X轴方向移动、沿Z轴移动和沿Y轴方向旋转；操作装置356连接于多自由度运动装置354，操作装置356包括划线机构和焊接机构359，划线机构用于对锥筒体100的内壁进行划线，焊接机构359用于对锥筒体100的内环焊缝进行焊接，以将叶片焊接在锥筒体100的内壁上，焊接机构359和划线机构之间具有夹角。其中，X轴、Y轴、Z轴相互垂直。
具体地，多自由度运动装置354可以为六轴工业机器人或四轴工业机器人。
具体地，划线机构包括喷头组件，焊接机构359包括焊枪。喷头组件可以为单喷墨划线头，也可以为双喷墨划线头，双喷墨划线头可以同时划线(划线即为螺旋叶片摆搭螺旋控制色带)作业，双喷墨划线头可以调整螺旋叶片的划线宽度，给螺旋叶片的摆搭提供更大的参考范围；当然，喷头组件的喷头数量可以根据需要进行设置。
具体地，划线机器人35还包括伸缩驱动机构361和伸缩臂363，伸缩臂363连接于多自由度运动装置354，伸缩驱动机构361用于驱动伸缩臂363伸缩，进而带动多自由度运动装置354沿X轴方向的移动。
具体地，划线机器人35还包括防碰撞装置，用于防止划线机器人35与其他物体或人员发生碰撞，一方面对焊枪、喷头组件等能起到极好的保护作用，另一方面极大地保证了操作者的人身安全。具体地，可在多自由度运动装置354的各轴上、焊枪以及喷头组件等设备上布置碰撞传感器，当任意物体非正常接触到多自由度运动装置354或者焊枪的电缆缠绕到多自由度运动装置354上时，碰撞传感器检测碰撞的强度信号，将信号输入控制器，根据碰撞传感器的信号，控制多自由度运动装置354的动作，例如控制多自由度运动装置354停止动作或转向。
本发明实施例的锥筒体叶片安装装置中，可根据标准划线获得划线路径方程，进而采用划线机器人根据划线路径方程进行划线，可实现空间变螺旋线无人自动化划线，划线精度高，速度快，因而可提高搅拌筒的生产效率和生产质量。另外，划线机器人35的轴向伸缩及径向变径技术，实现了空间变螺旋线无人自动化划线，划线精度高，节拍和效率都有极大的提高。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
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，可轻易想到的变化或替换，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附的权利要求为准。

Claims (10)

1.一种锥筒体叶片安装方法，其特征在于，包括：
提供平面板材，并在平面板材上绘制标准叶片安装螺旋线；
将所述平面板材卷制成锥筒体；
根据所述标准叶片安装螺旋线进行曲线拟合得到标准叶片安装螺旋线的数学模型；
将所述标准叶片安装螺旋线的数学模型进行离散，得到一系列微小直线段；
根据所述微小直线段进行编程得到划线机器人的划线路径方程；以及
控制划线机器人按照所述划线路径方程在锥筒体内侧表面进行划线，得到自动叶片安装螺旋线。
2.如权利要求1所述的锥筒体叶片安装方法，其特征在于，所述锥筒体叶片安装方法还包括：
将所述标准叶片安装螺旋线与所述自动叶片安装螺旋线进行比较，调整划线机器人的划线路径方程。
3.如权利要求2所述的锥筒体叶片安装方法，其特征在于，所述锥筒体叶片安装方法还包括：控制所述划线机器人按照调整后的划线路径方程在锥筒体内侧表面进行划线，得到最终的叶片螺旋线划线。
4.如权利要求1或3所述的锥筒体叶片安装方法，其特征在于，所述锥筒体叶片安装方法还包括：控制所述划线机器人按照调整后的划线路径方程行走将叶片焊接在锥筒体内侧表面。
5.如权利要求1所述的锥筒体叶片安装方法，其特征在于，所述锥筒体(100)包括前锥(101)、后锥(103)和设于所述前锥(101)与所述后锥(103)之间的中筒(105)，将所述前锥(101)和所述后锥(103)部分的所述标准叶片安装螺旋线拟合为对数螺旋线方程，将所述中筒(105)部分的所述标准叶片安装螺旋线拟合为阿基米德螺旋线方程。
6.一种锥筒体叶片安装装置，其特征在于，包括曲线拟合模块(31)、曲线离散模块(33)和划线机器人(35)，所述曲线拟合模块(31)用于对绘制在锥筒体(100)内壁上的标准叶片安装螺旋线进行曲线拟合得到标准叶片安装螺旋线的数学模型，所述曲线离散模块(33)用于将所述标准叶片安装螺旋线的数学模型进行离散，得到一系列微小直线段，所述划线机器人(35)用于获取根据所述微小直线段编程得到的划线机器人的所述划线路径方程，并按照所述划线路径方程在锥筒体内侧表面进行划线或焊接。
7.如权利要求6所述的锥筒体叶片安装装置，其特征在于，所述锥筒体叶片安装装置还包括比较模块(37)和修正模块(39)，所述比较模块(37)用于将所述标准叶片安装螺旋线与所述自动叶片安装螺旋线进行比较，所述修正模块(39)用于根据所述标准叶片安装螺旋线与所述自动叶片安装螺旋线的比较结果调整划线机器人的划线路径方程。
8.如权利要求6所述的锥筒体叶片安装装置，其特征在于，所述锥筒体叶片安装装置还包括寻位模块(41)，所述锥筒体上设有起始标识位，所述寻位模块(41)用于识别所述起始标识位，以控制所述划线机器人(35)从所述起始标识位开始按照所述划线路径方程划线或焊接。
9.如权利要求6所述的锥筒体叶片安装装置，其特征在于，所述划线机器人(35)包括旋转驱动机构(352)、多自由度运动装置(354)和操作装置(356)，所述旋转驱动机构(352)用于驱动所述锥筒体(100)沿X轴方向旋转；所述多自由度运动装置(354)至少能够沿所述X轴方向移动、沿Z轴移动和沿Y轴方向旋转；所述操作装置(356)连接于所述多自由度运动装置(354)，所述操作装置(356)包括划线机构，所述划线机构用于对所述锥筒体(100)的内壁进行划线。
10.如权利要求9所述的锥筒体叶片安装装置，其特征在于，所述操作装置(356)还包括焊接机构(359)，所述焊接机构(359)用于对所述锥筒体(100)的内环焊缝进行焊接。
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