CN114986115A - 具有人手力度感知能力的六轴重载装配机械手及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有人手力度感知能力的六轴重载装配机械手及控制方法，包括设在车间工作面上的Y轴系统、悬浮在Y轴系统上的X轴系统以及依次设置在X轴系统上的Z轴系统、U轴系统、V轴系统、W轴系统，Z轴系统、U轴系统、V轴系统、W轴系统随X轴运动实现工件X向的运动移动，Y轴系统带动X轴系统、Z轴系统、U轴系统、V轴系统、W轴系统运动实现工件Y向的运动和调整；Y轴系统、X轴系统、Z轴系统、U轴系统、V轴系统、W轴系统均电连接有控制系统，X向Y向运动过程中能够实现工件智能装配过程中装配阻力的感知度与人工装配时的人手力的感知度相当，对装配质量的控制奠定基础，采用控制系统的自学习能力，提升装配工件的精度及准确度。

Description

具有人手力度感知能力的六轴重载装配机械手及控制方法

技术领域

本发明属于重型工程机械产品生产中的智能装配机械装备领域，涉及一种具有人手力度感知能力的六轴重载装配机械手及控制方法，尤其涉及一种重型工程机械装配中有关下车架的组装装配时的智能多轴机械手及控制方法。

背景技术

随着国家工业和信息化部智能制造试点示范工厂的推进和国家智能制造的发展需要，工程机械装备的智能化生产、灯塔工厂、黑灯生产线等的出现是必然；目前大型重载的工程机械装备如桩工机械、非开挖机械、能源钻采机械、矿隧装备等这些产能不是很大但品种规格繁多的属于多品种少批量生产性质的重型产品(自身重量超过100吨～180吨)的装配线，对于这类生产工艺水平的提高，关键因素是其主线物流的搬运装备的自动化水平和智能化管理程度的提高。

目前，大型重载的工程机械装备如桩工机械、非开挖机械、能源钻采机械、矿隧装备等都是以H型底盘为基础的下车架，组合式上车架和工作专机构成整机。下车架由H型底盘(H架的支撑脚四周为加工耐磨面)、伸出液压油缸、工件(工件上与H架支撑脚配合装配面为焊接件毛面，装配间歇约1～2mm)、履带等组成。

传统的装配工艺是：首先是将H架的四个方形支撑脚腔内的伸出油缸及配套液压管路安装好，完成H架的部件装配；再完成工件梁体与减速器与驱动轮组件、涨紧轮及引导装置、承重轮、夹轨器的部件装配；再完成工件与履带的部装；最后进行合架装配。典型的合架装配是将H架固定在车间地面的支架上，由一台双钩行车共同悬吊着一侧的工件到H架的一侧通过人工观察、手动调整工件姿态，人手推动工件，反复调整工件姿态和向H架的两支撑脚试着推进或强力撞击推进或强力敲打推进装配，直至完成一侧工件与H架一侧的两支撑脚装配，随后再完成伸出油缸与工件的连接。重复上述操作流程完成另一侧的工件与H架的装配。至此通过2～3人和借助通用起重装置和吊具的共同努力配合完成合架装配工艺，整个装配过程多借助人工完成。此法的优点是：1、利用人手推进装配，在装配过程中可以发现工件配套孔的质量问题，及时进行人工修整调整，不需要特别的装配工装，投资和使用成本低；2、装配的适应性强，能够满足多种产品的生产；3、使用场地小。但是缺点为：1、人工需要多；2、装配操作在起重机下甚至在起吊工件下方操作，安全性不高，安全隐患大；3、对装配状况不能够直接观察和明了，往往采取撞击式推进或强力推进式试装配模式，容易损伤H架上的支撑脚的支撑面，影响后期使用；4、对操作者的装配操作经验要求和安全责任心要求高；5、整体装配不和谐：一侧的工件装配完成后，另一侧的H架支撑脚的倾斜角和扭转角变化无常，使得另一侧工件装配难度增大，更不容易装配，大多数仅靠撞击和多次试推进或外力强行推进完成装配；6、装配质量不高；不便于生产管理和控制；7、效率不稳定，难于组织和安排生产，不能满足现代化工厂装配生产线的要求；8、对装配过程及成果无数字化记录，归档信息欠缺。

发明内容

有鉴于此，本发明为了解决现有的下车架的组装装配时存在装配质量不高、无法实现智能装配、装配精度低的问题，提供一种具有人手力度感知能力的六轴重载装配机械手及控制方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

具有人手力度感知能力的六轴重载装配机械手，包括设在车间工作面上的Y轴系统、悬浮在Y轴系统上的X轴系统以及依次设置在X轴系统上的Z轴系统、U轴系统、V轴系统、W轴系统，Z轴系统、U轴系统、V轴系统、W轴系统随X轴运动实现工件X向的运动移动，Y轴系统带动X轴系统、Z轴系统、U轴系统、V轴系统、W轴系统运动实现工件Y向的运动和调整；

X轴系统、Y轴系统采用气浮模式支撑，X向及Y向均装配有多套力传感器，且X向及Y向导向为低摩擦导向，Y轴系统、X轴系统、Z轴系统、U轴系统、V轴系统、W轴系统均电连接有控制系统，且控制系统由驱动控制系统、通讯系统、检测系统、虚拟工件姿态控制系统、智能图像生成系统及管理系统组成。

本基础方案的有益效果在于：X轴系统、Y轴系统采用气浮模式支撑，X向Y向运动过程中为低摩擦导向，能够实现工件智能装配过程中的装配阻力的感知度与人工装配时的人手力的感知度相当，控制、提高了装配质量；力传感器能够实时检测和反馈的不同装配位置的装配阻力，X向、Y向智能调节工件姿态，实现智能装配；通过控制系统提升了装配的精度及准确度。

进一步，Y轴系统包括安装在车间工作面上两端的Y轴底座、固定在Y轴底座上的Y轴气浮装置、固定在Y轴气浮装置上的Y轴驱动装置、Y轴滑台X轴底座及安装在Y轴驱动装置上的Y轴力传感器。有益效果：装配作业时，通过Y轴气浮装置通气工作悬浮在Y轴底座上，在Y轴驱动装置作用下实现Y方向的运到，通过四套力传感器测试和反馈不同方向的力的大小和方向。

进一步，X轴系统包括设置在Y轴系统中Y轴滑台X轴底座上的X轴气浮装置、X轴驱动装置、X轴滑台Z轴底座以及安装在X轴驱动装置上的X轴力传感器。有益效果：通过X轴气浮装置通气工作悬浮在Y轴滑台X轴底座上，在X轴驱动装置作用下实现X方向的运到，通过四套力传感器测试和反馈不同方向的力的大小和方向。

进一步，Z轴系统设置在X轴滑台Z轴底座上，包括固定在X轴滑台Z轴底座上的Z轴导向的驱动装置、固定在Z轴导向的驱动装置上的Z轴滑台U轴底座以及与Z轴滑台U轴底座相适配的导向机构。有益效果：Z向的行程控制和检测反馈取自Z轴导向的驱动装置。

进一步，U轴系统设置在Z轴滑台U轴底座上，包括固定在Z轴滑台U轴底座上的U轴支撑及驱动装置、固定在U轴支撑及驱动装置上的U轴回装台V&W轴底座，U轴支撑采用平面回转支撑结构；驱动装置采用伺服驱动装置。有益效果：回转角的检测反馈取自驱动装置。

进一步，V轴系统设置在U轴回装台V&W轴底座上，包括设置在U轴回装台V&W轴底座上的V轴摆动叉架、V轴摆动叉架的导向和支撑系统、V轴限位器、V轴驱动装置。有益效果：V轴摆动叉架通过V轴驱动装置的作用在一定范围内摆动，最大摆角由V轴限位器限制，同时V轴限位器也作为V轴的安全保护；V轴驱动装置采用伺服驱动，摆动角的控制和信号反馈取自V轴驱动装置。

进一步，W轴系统设置在U轴回装台V&W轴底座上，包括设置在U轴回装台V&W轴底座上的W轴摆动叉架、W轴摆动叉架的导向和支撑系统、W轴限位器、W轴驱动装置。有益效果：W轴摆动叉架通过W轴驱动装置的作用在一定范围内摆动，最大摆角由W轴限位器限制，同时W轴限位器也作为W轴的安全保护W轴驱动装置采用伺服驱动，摆动角的控制和信号反馈取自W轴驱动装置。

进一步，V轴系统与W轴系统共用一个U轴回装台V&W轴底座，V轴系统与W轴系统上放置工件。

进一步，Y向的导向采用Y轴滑台两侧面与Y轴底座的侧壁形成低摩擦导向，X向的导向采用X轴滑台两侧面与X轴底座的侧壁形成低摩擦导向。

具有人手力度感知能力的六轴重载装配机械手的控制方法，包括以下步骤：

S1、通过力检测元件数据的读取，比对装配工艺中的姿态参数及自学习后的装夹过程数据，通过控制系统的计算及判断，给出对应轴位置关系，并在人机界面上显示，可以手动或自动完成相应驱动轴的动作，从而完成装夹过程的位置进给及微量调整，确保装配力在有效范围内运行；

S2、待装配工位读取工件条码，作为唯一码与工件信息绑定，可以与上位管控系统对接，上位系统核对工件的合规性及参数符合性判断是否允许装配运行，核实完成后由上位管控系统发出允许装配信号，设备将工件输送至装配工位，在装配工位通过通讯方式从控制器中读取定位数值，并进行工进、步进的操作，同时多次装配力数据的采集、计算，存储；

S3、力数据在控制器上处理后，上传至上位系统，进行数据比对、判断，给出装配数值的执行策略，判断装配工件是否可以流转到其他工序处理。

本发明的有益效果在于：

1、本发明所公开的具有人手力度感知能力的六轴重载装配机械手，X轴系统、Y轴系统采用气浮模式支撑，X向Y向运动过程中的摩擦力控制在人手力的范围内，能够实现工件智能装配过程中的装配阻力的感知度与人工装配时的人手力的感知度相当，对装配质量的控制奠定了基础；采用控制系统的自学习能力，调整装配工艺中的姿态参数及自学习后的装夹过程参数，提升装配工件的精度及准确度。

2、本发明所公开的具有人手力度感知能力的六轴重载装配机械手，采用X向、Y向装配分别配置了能够实时检测和反馈的不同装配位置的装配阻力的力传感器，智能调节工件姿态，监测控制装配阻力在人手力范围内，能够实现智能装配；通过智能调节控制方式来解决因履带与工件体间歇大装配孔姿态千奇百怪，人工装配都无法调整姿态的难题。

3、本发明所公开的具有人手力度感知能力的六轴重载装配机械手，采用数字技术，将工件的姿态参数和图像虚拟在人机界面，在人工遥控装配时直观比对；装配过程数据的采集，装配产出质量的相关数据获得，大大提升装配线精细化管控能力。

4、本发明所公开的具有人手力度感知能力的六轴重载装配机械手，采用六自由度重载装配机械手结构，六自由度组合调节工件姿态，一套设备能够满足多品种装配需要；同时采用V轴、W轴共底座的方式，解决装配工件(工件)在X向、Y向扭曲难题，通过V轴、W轴共同作用来解决了装配孔不同高的难题。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明具有人手力度感知能力的六轴重载装配机械手的控制流程图；

图2为本发明具有人手力度感知能力的六轴重载装配机械手的控制框图；

图3为本发明具有人手力度感知能力的六轴重载装配机械手的结构示意图；

图4为本发明具有人手力度感知能力的六轴重载装配机械手的俯视图；

图5为本发明具有人手力度感知能力的六轴重载装配机械手合架装配机的结构示意图；

图6为本发明具有人手力度感知能力的六轴重载装配机械手合架装配机的俯视图；

图7为本发明H型底盘与工件组合成的下车架的结构示意图。

附图标记：Y轴底座1、Y轴气浮装置2、Y轴驱动装置Ⅰ3、Y轴滑台X轴底座4、X轴气浮装置5、X轴滑台Z轴底座6、Z轴导向及驱动装置7、Y轴驱动装置Ⅱ8、Z轴滑台U轴底座9、U轴支撑及驱动装置10、U轴回装台V&W轴底座11、工件防滑支撑板12、X轴力传感器Ⅰ13、Y轴力传感器Ⅰ14、X轴驱动装置Ⅰ15、W轴限位器16、W轴驱动装置17、W轴摆动叉架18、Y轴力传感器Ⅱ19、X轴力传感器Ⅱ20、V轴摆动叉架21、X轴驱动装置Ⅱ22、V轴限位器23、V轴驱动装置24、X轴力传感器Ⅲ25、Y轴力传感器Ⅲ26、Y轴力传感器Ⅳ27、X轴力传感器Ⅳ28、控制系统29、工件30。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图3～图6所示的一种具有人手力度感知能力的六轴重载装配机械手，包括设在车间工作面上的Y轴系统、悬浮在Y轴系统上的X轴系统以及依次设置在X轴系统上的Z轴系统、U轴系统、V轴系统、W轴系统，Z轴系统、U轴系统、V轴系统、W轴系统随X轴运动实现工件X向的运动移动，Y轴系统带动X轴系统、Z轴系统、U轴系统、V轴系统、W轴系统运动实现工件Y向的运动和调整；Y轴系统、X轴系统、Z轴系统、U轴系统、V轴系统、W轴系统均电连接有控制系统29，且控制系统由驱动控制系统、通讯系统、检测系统、虚拟工件姿态控制系统、智能图像生成系统及管理系统组成，通过控制系统显示装配工艺中的姿态参数。

Y轴系统包括安装在车间工作面上两端的Y轴底座1、固定在Y轴底座1上的一套Y轴气浮装置2、固定在Y轴气浮装置2上的Y轴驱动装置Ⅰ3和Y轴驱动装置Ⅱ8、Y轴滑台X轴底座4及安装在Y轴驱动装置3上的四套Y轴力传感器，分别为Y轴力传感器Ⅰ14、Y轴力传感器Ⅱ19、Y轴力传感器Ⅲ26和Y轴力传感器Ⅳ27，Y轴系统位于最底层，是六轴重载装配机械手的基础，承受其他五轴系统的全部重量。工作时，通过Y轴气浮装置2通气工作悬浮在Y轴底座1上，在Y轴驱动装置Ⅰ3和Y轴驱动装置Ⅱ8作用下实现Y方向的运动，通过四套力传感器测试和反馈不同方向(如+Y1、+Y2、-Y1、-Y2)的力的大小和方向，Y轴系统带动其它五轴实现Y方向的运动和调整，Y方向的位置检测信号取自伺服系统。

Y轴系统实现前进、后退运动：首先启动Y轴气浮装置2处于工作状态，使Y轴系统的滑台悬浮。Y轴的前进、后退运动是通过固定在Y轴滑台X轴底座4上的两套伺服驱动控制的减速机通过两个惰性链轮将两端固定在Y轴滑台X轴底座4上的链条绕过Y轴驱动装置Ⅰ3和Y轴驱动装置Ⅱ8输出轴上的链轮，链条两端分别设置Y轴力传感器Ⅰ14、Y轴力传感器Ⅱ19、Y轴力传感器Ⅲ26和Y轴力传感器Ⅳ27。启动伺服电机运转，通过输出轴端链轮的旋转牵引Y轴滑台及其上部的设备前进，实现+Y方向运行。通过前进方向的两套力传感器输出的力的和可以得到前进运动时的空载阻力和装配阻力。伺服系统根据采样要求实施向控制系统发送Y向位置信号，两套力传感器同时输出力的大小和差异信号，系统根据位置信号、力的大小和差异信号能够判断装配时工件的姿态是否复合工艺要求，从而向控制系统发送相关信息，使控制系统能够快速响应从而发出运动控制信号和姿态调整信息，同时输出虚拟的工件姿态图。根据控制系统的信号，Y轴驱动装置Ⅰ3和Y轴驱动装置Ⅱ8自动实现减速停止、继续前进、向后运行等运动，满足装配工艺Y方向的运动需要和位置需要。伺服驱动系统反向运行，实现-Y方向的后退运动。Y轴的滑台回到原位后，可以停止Y轴气浮装置2的运行。

X轴系统包括设置在Y轴系统中Y轴滑台X轴底座4上的X轴驱动装置Ⅰ15和X轴驱动装置Ⅱ22、X轴滑台Z轴底座6以及安装在X轴驱动装置Ⅰ15和X轴驱动装置Ⅱ22上的四套X轴力传感器，分别为X轴力传感器Ⅰ13、X轴力传感器Ⅱ20、X轴力传感器Ⅲ25和X轴力传感器Ⅳ28，X轴系统位于Y轴系统之上，工作时通过X轴气浮装置5的通气工作悬浮在Y轴滑台X轴底座4上，在两套驱动装置作用下实现X方向的运动，通过四套力传感器测试和反馈不同方向(如+X1、+X2、-X1、-X2)的力的大小和方向，Z轴、U轴、V轴、W轴系统都设置在X轴系统上，随X轴运动实现X向的运动移动，X方向的位置检测信号取自伺服系统。

X轴系统实现前进、后退运动：首先启动X轴气浮装置5处于工作状态，使X轴系统的滑台悬浮。X轴的前进、后退运动是通过固定在X轴滑台Z轴底座6上的两套伺服驱动控制的减速机通过两个惰性链轮将两端固定在Y轴滑台X轴底座上4的链条绕过X轴驱动装置Ⅰ15和X轴驱动装置Ⅱ22输出轴上的链轮，链条两端分别设置X轴力传感器Ⅰ13、X轴力传感器Ⅱ20、X轴力传感器Ⅲ25和X轴力传感器Ⅳ28。启动伺服电机运转，通过输出轴端链轮的旋转牵引X轴滑台及其上部的设备前进，实现+X方向运行。通过前进方向的两套力传感器输出的力的和可以得到前进运动时的空载阻力和装配阻力。伺服系统根据采样要求实施向控制系统发送X向位置信号，两套力传感器同时输出力的大小和差异信号，系统根据位置信号、力的大小和差异信号能够判断装配时工件的姿态是否复合工艺要求，从而向控制系统发送相关信息，使控制系统能够快速响应从而发出运动控制信号和姿态调整信息，同时输出虚拟的工件姿态图。根据控制系统的信号，X轴驱动装置Ⅰ15和X轴驱动装置Ⅱ22自动实现减速停止、继续前进、向后运行等运动，满足装配工艺X方向的运动需要和位置需要。伺服驱动系统反向运行，实现-X方向的后退运动。X轴的滑台回到原位后，可以停止X轴气浮装置5的运行。

Y向的导向采用滑台的两侧面与Y轴底座1的侧壁形成低摩擦导向，X向的导向采用滑台的两侧面与Y轴滑台X轴底座4的侧壁形成低摩擦导向，X轴系统、Y轴系统采用气浮模式支撑，运动过程的摩擦系数低至1‰～5‰。

Z轴系统设置在X轴滑台Z轴底座6上，包括固定在X轴滑台Z轴底座6上的Z轴导向的驱动装置7、固定在Z轴导向的驱动装置7上的Z轴滑台U轴底座9以及与Z轴滑台U轴底座9相适配的四柱导向机构，Z轴导向的驱动装置7采用伺服系统控制，Z向的行程控制和检测反馈取自伺服系统。

Z轴系统实现升降运动：Z轴运动主要用于控制待装配工件的装配空与H型底盘的支撑脚之间的高度。根据收到的H型底盘的型号，底盘对中装置发出高度指令，Z轴的伺服驱动装置7启动，根据需要上升、下降，初步到位后再根据虚拟的工件姿态和参数，细调到位，发出X、Y向装配信号。根据装配过程中收到的信号实时升降以满足装配工艺需要。

U轴系统设置在Z轴滑台U轴底座9上，包括固定在Z轴滑台U轴底座9上的U轴支撑及驱动装置10、固定在U轴支撑及驱动装置10上的U轴回装台V&W轴底座11，U轴支撑采用平面回转支撑结构；驱动装置采用伺服驱动装置，回转角的检测反馈取自伺服系统。

U轴系统实现回转运动：U轴的回转运动用于调节待装配工件的装配空中心线与H型底盘的支撑脚的中心线的平行度。根据收到的需要调整的信号，启动平面回转支撑的伺服驱动装置10运行，调整至需要位置。装配过程中根据收到的调整信号实施回转调整以满足装配工艺需要。

V轴系统设置在U轴回装台V&W轴底座11上，包括设置在U轴回装台V&W轴底座11上的V轴摆动叉架21、V轴摆动叉架21的导向和支撑系统、V轴限位器23、V轴驱动装置24，V轴摆动叉架21通过V轴驱动装置24的作用在一定范围内摆动，最大摆角由V轴限位器23限制，同时V轴限位器23也作为V轴的安全保护；V轴驱动装置24采用伺服驱动，摆动角的控制和信号反馈取自V轴驱动装置24。

W轴系统设置在U轴回装台V&W轴底座11上，包括设置在U轴回装台V&W轴底座上的W轴摆动叉架、W轴摆动叉架18的导向和支撑系统、W轴限位器16、W轴驱动装置，W轴摆动叉架通过W轴驱动装置的作用在一定范围内摆动，最大摆角由W轴限位器限制，同时W轴限位器也作为W轴的安全保护W轴驱动装置17采用伺服驱动，摆动角的控制和信号反馈取自W轴驱动装置17。

V轴系统与W轴系统共用一个U轴回装台V&W轴底座11，V轴系统与W轴系统上放置工件30，且之间设置有工件防滑支撑板12。

V&W轴系统实现摆动运动：由于工件30完成部件装配后，履带齿上与工件上驱动齿轮、涨紧轮、承重轮等之间的间歇不一致，部装完成后，工件上与H型底盘支撑脚配合的两个装配孔及外挑初履带内侧的延生部分的中性线相对支撑工件的摆动叉架的不平行，会产生各种扭曲。V&W轴系统分别动作就是为了调整工件扭曲。V轴、W轴根据收到的控制信号或人工远程操作控制信号，分别启动各自的伺服驱动装置，作相应的摆动调整运动，使装配孔的中心线与H型底盘支撑脚中性线相吻合，以满足装配工艺的需要。装配中根据收到的调整信号实施调整工件30姿态，满足装配工艺的需要。同时每个轴系统还分别设置有防止停电、工件滑移使重心偏移出现的不安全状况时的极限摆角限位。确保装配过程的安全和可靠。

如图1-图2所示的具有人手力度感知能力的六轴重载装配机械手的控制方法，包括以下步骤：

S1、通过力检测元件数据的读取，比对装配工艺中的姿态参数及自学习后的装夹过程数据，通过控制系统的计算及判断，给出对应轴位置关系，并在人机界面上显示，可以手动或自动完成相应驱动轴的动作，从而完成装夹过程的位置进给及微量调整，确保装配力在有效范围内运行；

S2、待装配工位读取工件30条码，作为唯一码与工件30信息绑定，可以与上位管控系统对接，上位系统核对工件30的合规性及参数符合性判断是否允许装配运行，核实完成后由上位管控系统发出允许装配信号，设备将工件30输送至装配工位，在装配工位通过通讯方式从控制器中读取定位数值，并进行工进、步进的操作，同时多次装配力数据的采集、计算，存储；

S3、力数据在控制器上处理后，上传至上位系统，进行数据比对、判断，给出装配数值的执行策略，判断装配工件30是否可以流转到其他工序处理。

该具有人手力度感知能力的六轴重载装配机械手操作方法，包括如下两种：

1、人工远程遥控操作：启动气源，使X轴气浮装置5、Y轴气浮装置2在机械手原点处于工作准备状态。根据需要装配的H型底盘，匹配相关的工件30组件，人工将其起吊放置在V&W轴上的摆动叉架上，操作V&W轴动作使其待装配的工件30仅靠摆动叉架后侧。根据人机界面上H型底盘图像和虚拟的工件姿态图像，遥控操作X轴、Y轴，使工件30靠近H型底盘的支撑脚。遥控Z轴，使高度符合装配需要，遥控U轴，使工件30上装配孔的轴线与H型底盘对应支撑脚轴线吻合，进一步遥控V&W轴调整工件姿态，达到可以装配状态。遥控X轴向前并观察力传感器的力的大小和差异，不断调整工件30姿态和遥控进给直至装配完成。最后回退六自由度重载装配机械手回到原点。关闭X轴气浮装置5和Y轴气浮装置2，等待下一次装配任务。

2、自动装配动作：接到装配任务，自动启动气源，在原点处于工作装备状态。发出工件30部件信号。人工起吊工件30放置在V&W轴系统的摆动叉架上。人工发出吊放工件30完成指令。机械手自动测量记录各轴原点数据。根据收到的H型底盘数据，自动靠近待装配的H型底盘的支撑脚前。自动调整工件姿态，X轴、Y轴进入装配操作，根据收到的各力传感器的数据，动态调整工件30姿态，直至完成装配。发出装配完成信号后自动返回原点，关闭气源，使机械手处于原点待机状态，等待下一个装配指令。

另一侧工件30装置如同上述，可以同步进行装配操作，完成如图7所示。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种具有人手力度感知能力的六轴重载装配机械手，其特征在于，包括设在车间工作面上的Y轴系统、悬浮在Y轴系统上的X轴系统以及依次设置在X轴系统上的Z轴系统、U轴系统、V轴系统、W轴系统，所述Z轴系统、U轴系统、V轴系统、W轴系统随X轴运动实现工件X向的运动移动，所述Y轴系统带动X轴系统、Z轴系统、U轴系统、V轴系统、W轴系统运动实现工件Y向的运动和调整；

所述X轴系统、Y轴系统采用气浮模式支撑，X向及Y向均装配有多套力传感器，且X向及Y向导向为低摩擦导向，所述Y轴系统、X轴系统、Z轴系统、U轴系统、V轴系统、W轴系统均电连接有控制系统，且控制系统由驱动控制系统、通讯系统、检测系统、虚拟工件姿态控制系统、智能图像生成系统及管理系统组成。

2.如权利要求1所述的具有人手力度感知能力的六轴重载装配机械手，其特征在于，所述Y轴系统包括安装在车间工作面上两端的Y轴底座、固定在Y轴底座上的气浮装置、固定在气浮装置上的Y轴驱动装置、Y轴滑台X轴底座及安装在Y轴驱动装置上的Y轴力传感器。

3.如权利要求1所述的具有人手力度感知能力的六轴重载装配机械手，其特征在于，所述X轴系统包括设置在Y轴系统中Y轴滑台X轴底座上的X轴气浮装置、X轴驱动装置、X轴滑台Z轴底座以及安装在X轴驱动装置上的X轴力传感器。

4.如权利要求1所述的具有人手力度感知能力的六轴重载装配机械手，其特征在于，所述Z轴系统设置在X轴滑台Z轴底座上，包括固定在X轴滑台Z轴底座上的Z轴导向的驱动装置、固定在Z轴导向的驱动装置上的Z轴滑台U轴底座以及与Z轴滑台U轴底座相适配的导向机构。

5.如权利要求1所述的具有人手力度感知能力的六轴重载装配机械手，其特征在于，所述U轴系统设置在Z轴滑台U轴底座上，包括固定在Z轴滑台U轴底座上的U轴支撑及驱动装置、固定在U轴支撑及驱动装置上的U轴回装台V&W轴底座，所述U轴支撑采用平面回转支撑结构；驱动装置采用伺服驱动装置。

6.如权利要求1所述的具有人手力度感知能力的六轴重载装配机械手，其特征在于，所述V轴系统设置在U轴回装台V&W轴底座上，包括设置在U轴回装台V&W轴底座上的V轴摆动叉架、V轴摆动叉架的导向和支撑系统、V轴限位器、V轴驱动装置。

7.如权利要求1所述的具有人手力度感知能力的六轴重载装配机械手，其特征在于，所述W轴系统设置在U轴回装台V&W轴底座上，包括设置在U轴回装台V&W轴底座上的W轴摆动叉架、W轴摆动叉架的导向和支撑系统、W轴限位器、W轴驱动装置。

8.如权利要求6-7任一项所述的具有人手力度感知能力的六轴重载装配机械手，其特征在于，所述V轴系统与W轴系统共用一个U轴回装台V&W轴底座，V轴系统与W轴系统上放置工件。

9.如权利要求1所述的具有人手力度感知能力的六轴重载装配机械手，其特征在于，所述Y向的导向采用Y轴滑台两侧面与Y轴底座的侧壁形成低摩擦导向，X向的导向采用X轴滑台两侧面与X轴底座的侧壁形成低摩擦导向。

10.具有人手力度感知能力的六轴重载装配机械手的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、通过力检测元件数据的读取，比对装配工艺中的姿态参数及自学习后的装夹过程数据，通过控制系统的计算及判断，给出对应轴位置关系，并在人机界面上显示，可以手动或自动完成相应驱动轴的动作，从而完成装夹过程的位置进给及微量调整，确保装配力在有效范围内运行；

S2、待装配工位读取工件条码，作为唯一码与工件信息绑定，可以与上位管控系统对接，上位系统核对工件的合规性及参数符合性判断是否允许装配运行，核实完成后由上位管控系统发出允许装配信号，设备将工件输送至装配工位，在装配工位通过通讯方式从控制器中读取定位数值，并进行工进、步进的操作，同时多次装配力数据的采集、计算，存储；

S3、力数据在控制器上处理后，上传至上位系统，进行数据比对、判断，给出装配数值的执行策略，判断装配工件是否可以流转到其他工序处理。

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