CN209970060U - 气浮球轴承姿态自矫正装配对接系统 - Google Patents
气浮球轴承姿态自矫正装配对接系统 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型是一种气浮球轴承姿态自矫正装配对接系统,包括位姿调控装置(3)、辅助支撑装置(5)，其特征在于，还包括位姿测量相机(1)和测量控制台(6)，位姿测量相机(1)通过支架固定在位姿调控装置(3)的支撑底座(11)上；位姿调控装置(3)上面放置主动装配组件(2)，辅助支撑装置(5)上面放置被动装配组件(4)；位姿测量相机(1)的摄像头对着主动装配组件(2)和被动装配组件(4)；主动装配组件(2)和被动装配组件(4)上提前安装定位靶标；本实用新型采用气浮球轴承作为支撑结构，通过增加配重提高了平台的稳定性。由于气浮球轴承摩擦力小的特性，保证了装配过程中姿态三个自由度的柔顺性。
Description
技术领域
本实用新型是益种气浮球轴承姿态自矫正装配对接系统，涉及数字化装配技术领域，基于一套数字化装配系统完成两个及以上非标准产品组件的装配。
背景技术
目前，对于大型非标准产品，大量采用的装配方法主要是人工装配，自动化和柔性化水平较低，装配技术仍然依靠工艺人员的工程经验和繁重的机械设备，整个操作过程过于受限于工作人员的个体技能水平，如果产品的装配精度要求较高，传统装配方法难以胜任。为解决这一问题，国外一些先进产品在装配中所使用的方法是高精度六自由度装配对接系统，但是这种方法对机械加工的精度要求以及位姿测量精度要求较高，所以成本高且难度大。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种气浮球轴承姿态自矫正装配对接系统，以解决传统大型产品装配精度低、效率差、柔性差的问题。
一种气浮球轴承姿态自矫正装配对接系统,包括位姿调控装置3、辅助支撑装置5，其特征在于，还包括位姿测量相机1和测量控制台6，位姿测量相机1通过支架固定在位姿调控装置3的支撑底座11上；位姿调控装置3上面放置主动装配组件2，辅助支撑装置5上面放置被动装配组件4；位姿测量相机1的摄像头对着主动装配组件2和被动装配组件4；主动装配组件2和被动装配组件4上提前安装定位靶标；位姿测量相机1和位姿调控装置3分别通过信息传输线缆连接测量控制台6中工控机上的数据I/O卡，数据I/O卡用于将测量控制台6的指令发送至位姿调控装置3和将位姿测量相机1拍摄的信息接收至测量控制台6，测量控制台6根据拍摄的信息计算出位姿调控装置3需要移动的方向和距离，并通过数据I/O卡发送指令指示位姿调控装置3移动调整主动装配组件2的位置；
所述的位姿调控装置3包括支撑机构、升降调整机构、平面二维移动调整机构及支撑底座11；其中，平面二维移动调整机构安装在支撑底座11上，升降调整机构滑动安装在平面二维移动调整机构上，支撑机构固定安装在升降调整机上；
支撑机构包括支撑平台7、气浮球轴承12以及气浮球窝13，气浮球轴承12以及气浮球窝13位于支撑平台7下面，支撑平台7与气浮球轴承12固定连接，气浮球轴承12安装在气浮球窝13内，可在气浮球窝13内滑动，在气浮球窝13内边缘处均匀分布4个限位保护器18；气浮球窝13下面连接升降调整机构；支撑平台7上面安放主动装配组件2。
所述的平面二维移动调整机构包括横向调整机构和对接驱动调整机构；横向调整机构包括两套直线导轨10、一套横向移动组件15以及横向驱动电机19，工作时，通过横向驱动电机19驱动横向移动组件15上的丝杆传动机构带动横向移动组件15沿直线导轨10横向移动，从而使主动装配组件2横向位移；对接驱动机构包括纵向驱动组件17、两套纵向移动组件16以及纵向驱动电机20，纵向驱动组件17将纵向驱动电机20的输出经过减速机、换向器后输入到纵向移动组件16；工作时，通过纵向移动组件16的丝杆传动机构带动两套纵向移动组件16沿对接方向移动，使主动装配组件2纵向位移。
所述的位姿调控装置3的升降调整机构包括剪式升降机9和升降驱动电机14，剪式升降机9的上下连接板分别与气浮球窝13、平面二维移动调整机构连接，工作时，通过升降驱动电机14驱动剪式升降机9调节支撑平台7整体的铅垂高度，从而调节主动装配组件2的高度。
所述的支撑平台7下表面边缘均匀连接4个配重8，使主动装配组件2、支撑平台7、配重8的整体重心处于气浮球轴承12以下。
有益效果
1、本实用新型通过二维移动调整机构和升降调整机构，实现主动对接组件的三自由度位置调整。
2、采用气浮球轴承作为支撑结构，通过增加配重提高了平台的稳定性。
3、由于气浮球轴承摩擦力小的特性，保证了装配过程中姿态三个自由度的柔顺性。
4、通过基于机器视觉测量系统实时获取装配组件的位置及姿态信息，并把测量数据发送至控制系统，并根据位置伺服控制技术生成位置调控指令，进而实现产品的全自动装配。
本实用新型具有以下特点：1)系统可以装配多种产品；2)系统可以方便地重新配置系统的硬件和软件，以装配新产品；3)系统可以动态地响应计划内和计划外的装配流程；4)系统容易重组、设置及改变装配流程。
气浮球轴承式支撑技术主要用来实现产品的主动装配部分的姿态三自由度无摩擦滚动。这样，通过保证装配过程中姿态三个自由度的柔顺性，从而实现了装配系统在三个姿态自由度方面的柔性适应能力。
视觉测量技术主要用来对装配产品的位置及姿态进行测量，它包括主动装配组件的位置姿态测量及被动装配组件的位置姿态测量。产品在进行装配时，在其表面设置光学靶标，靶标由若干光学靶点组成。外部利用相机对靶标的位姿进行测量，从而得到产品的位姿。
位置伺服控制技术主要用来对产品组件的位置进行调整，实现大型机械产品的全自动柔性装配。采用二维移动调整机构，实现组件在水平面内两自由度的位置调整；采用升降调整机构，通过驱动电机驱动剪式升降机，实现组件在铅垂方向自由度的高度调整。在调控过程中，以视觉测量信息作为反馈，并利用气浮球轴承在姿态三自由度的柔性适应能力，通过调节组件的位置从而实现全自由度的装配。
附图说明
图1、本实用新型工作过程示意图；
图2、本实用新型位姿调控装置3结构示意图；
图3、图2左视图；
图4、是本实用新型位姿调控装置3结构示意图。
其中，1为位姿测量相机，2为主动装配组件，3为位姿调控装置，4为被动装配组件，5为辅助支撑装置，6为测量控制台，7为支撑平台，8为配重，9为剪式升降机，10为直线导轨，11为支撑底座，12为气浮球轴承，13为气浮球窝，14为升降驱动电机，15为横向移动组件，16为纵向移动组件，17为纵向驱动组件，18为限位保护器，19为横向驱动电机，20为纵向驱动电机。
具体实施方式
一种气浮球轴承姿态自矫正装配对接系统,包括位姿调控装置3、辅助支撑装置5，其特征在于，还包括位姿测量相机1和测量控制台6，位姿测量相机1通过支架固定在位姿调控装置3的支撑底座11上；位姿调控装置3上面放置主动装配组件2，辅助支撑装置5上面放置被动装配组件4；位姿测量相机1的摄像头对着主动装配组件2和被动装配组件4；主动装配组件2和被动装配组件4上提前安装定位靶标；位姿测量相机1和位姿调控装置3分别通过信息传输线缆连接测量控制台6中工控机上的数据I/O卡，数据I/O卡用于将测量控制台6的指令发送至位姿调控装置3和将位姿测量相机1拍摄的信息接收至测量控制台6，测量控制台6根据拍摄的信息计算出位姿调控装置3需要移动的方向和距离，并通过数据I/O卡发送指令指示位姿调控装置3移动调整主动装配组件2的位置；
所述的位姿调控装置3包括支撑机构、升降调整机构、平面二维移动调整机构及支撑底座11；其中，平面二维移动调整机构安装在支撑底座11上，升降调整机构滑动安装在平面二维移动调整机构上，支撑机构固定安装在升降调整机上；
支撑机构包括支撑平台7、气浮球轴承12以及气浮球窝13，气浮球轴承12以及气浮球窝13位于支撑平台7下面，支撑平台7与气浮球轴承12固定连接，气浮球轴承12安装在气浮球窝13内，可在气浮球窝13内滑动，在气浮球窝13内边缘处均匀分布4个限位保护器18；气浮球窝13下面连接升降调整机构；支撑平台7上面安放主动装配组件2。
所述的平面二维移动调整机构包括横向调整机构和对接驱动调整机构；横向调整机构包括两套直线导轨10、一套横向移动组件15以及横向驱动电机19，工作时，通过横向驱动电机19驱动横向移动组件15上的丝杆传动机构带动横向移动组件15沿直线导轨10横向移动，从而使主动装配组件2横向位移；对接驱动机构包括纵向驱动组件17、两套纵向移动组件16以及纵向驱动电机20，纵向驱动组件17将纵向驱动电机20的输出经过减速机、换向器后输入到纵向移动组件16；工作时，通过纵向移动组件16的丝杆传动机构带动两套纵向移动组件16沿对接方向移动，使主动装配组件2纵向位移。
所述的位姿调控装置3的升降调整机构包括剪式升降机9和升降驱动电机14，剪式升降机9的上下连接板分别与气浮球窝13、平面二维移动调整机构连接，工作时，通过升降驱动电机14驱动剪式升降机9调节支撑平台7整体的铅垂高度，从而调节主动装配组件2的高度。
所述的支撑平台7下表面边缘均匀连接4个配重8，使主动装配组件2、支撑平台7、配重8的整体重心处于气浮球轴承12以下。
以下结合附图对发明进行详细的描述。
如图1所示，所提及的气浮球轴承姿态自矫正装配对接系统用于实现大型非标产品的主动装配组件2和被动装配组件4快速、精确的装配对接，为实现对接过程中主被动装配组件的位姿测量，主被动组件上需提前安装定位靶标。
系统整体由位姿测量相机1、位姿调控装置3、辅助支撑装置5以及测量控制台6等部分组成。
位姿测量相机1通过支架固定放置在产品对接工位处，确保主被动组件上的定位靶标在位姿测量相机的视场范围内。位姿调控装置3用于支撑产品的主动装配组件，并根据测量控制台6给出的指令进行主动装配组件的位姿调整。辅助支撑装置5用于支撑产品的被动装配组件，该部分为简单的支撑平台结构，在对接装配过程中保持静止不动。测量控制台6用于整个对接系统的数据采集处理和控制，主要由工控机、电气控制装置及控制软件组成，根据位姿测量相机1测量的位姿数据计算调姿量并向位姿调控装置3的相关执行机构发送调姿指令。
本实用新型所提供的气浮球轴承姿态自矫正装配对接系统的核心部分为位姿调控装置3，如图2、图3、图4所示，位姿调控装置3主要由支撑平台7、配重8、剪式升降机9、直线导轨10、支撑底座11、气浮球轴承12、气浮球窝13、升降驱动电机14、横向移动组件15、纵向移动组件16、纵向驱动组件17、限位保护器18、横向驱动电机19、纵向驱动电机20组成。
支撑平台7用于支撑固定产品的主动装配组件2，可根据产品结构设计支撑结构形式。气浮球轴承12以及气浮球窝13位于支撑平台7以下，支撑平台7与气浮球轴承12通过螺栓固定为一体，由于气浮球轴承摩擦阻力小的特性，从而在对接过程中，保证姿态三自由度的柔顺性以及自适应性。限位保护器18为纯机械结构的限位块，共四个，分别安装在气浮球窝13的0°、90°、180°、270°四个方向上，通过机械限位限制气浮球轴承12的滚动量，从而保证支撑平台7在姿态变化中的安全性。配重8安装在支撑平台7的下部并延伸至气浮球轴承12以下，通过调节配重8的重量，使主动装配组件2、支撑平台7、配重8的整体重心处于气浮球轴承12以下，从而保证支撑平台7及产品的姿态稳定性。
位姿调控装置3的升降调整机构包括剪式升降机9和升降驱动电机14，剪式升降机9的上下连接板分别与气浮球窝13、平面二维移动调整机构连接，通过升降驱动电机14驱动剪式升降机9可以调节支撑平台7整体的铅垂高度，从而实现主动装配组件2高度方向的调节功能。
平面二维移动调整机构包括横向调整机构和对接驱动调整机构。横向调整机构包括两套直线导轨10、一套横向移动组件15以及横向驱动电机19。通过横向驱动电机19驱动横向移动组件15上的丝杆传动机构带动整个装置沿直线导轨10实现横向移动，实现主动装配组件2横向位移的调节功能。对接驱动机构包括纵向驱动组件17、两套纵向移动组件16以及纵向驱动电机20，纵向驱动组件17将纵向驱动电机20的输出经过减速机、换向器后输入到纵向移动组件16，通过纵向移动组件16的丝杆传动机构可以实现整个装置沿对接方向移动，实现主动装配组件2纵向位移的调节功能。
以上通过位姿调控装置3的气浮球轴承、升降调整机构、平面二维移动调整机构的组合调节即可以实现主动装配组件2在装配对接过程中六自由度的位姿调整。
本实用新型所提供的气浮球轴承姿态自矫正装配对接系统的使用过程如下：
将产品主动装配组件2和被动装配组件4分别支撑固定在装配对接系统位姿调控装置3、辅助支撑装置5的支撑平台上，位姿测量相机1对主动装配组件2和被动装配组件4的空间位姿进行测量发送给测量控制台6，测量控制台6通过解算两者之间的相对位姿信息，并根据气浮球轴承12姿态三自由度的自适应性，得出相应的位置控制指令发送至位姿调控装置3，驱动相应的平面二维移动调整机构以及升降调整机构，并在对接的最后阶段通过气浮球轴承12姿态的自适应实现产品主动装配组件2姿态的自矫正，从而实现产品全自动装配对接。在整个对接过程中位姿测量相机1、位姿调控装置3形成一个测量-调整的闭环系统。
本实用新型提供了一种气浮球轴承姿态自矫正装配对接系统。在工业领域中，大型非标准产品的装配通常依靠手动调整，效率低且装配质量难以保证。而本实用新型基于气浮球轴承支撑技术，针对工业生产中的大型非标准产品组件装配，提出一种气浮球轴承姿态自矫正装配对接方法，相对于现有方法在提高了装配精度和装配柔性的同时加快了装配速度。
本实用新型可以实现姿态自校正的大型非标准产品组件装配对接方法。本实用新型涉及数字化装配技术领域，基于一套数字化装配系统完成两个及以上非标准产品组件装配的技术，提高产品的装配效率及装配质量。系统涉及了气浮球轴承支撑技术、视觉测量技术及位姿伺服控制技术。在工业领域中，大型非标准产品的装配通常依靠手动调整，效率低且装配质量难以保证；或采用传统机械方式全自动化对接，对接质量完全取决于传感器测量精度，并且无法保证因传感器测量误差导致对接过程中安全的问题。本系统利用气浮球轴承支撑托架，实现主动对接组件的姿态三个自由度自适应调整。基于机器视觉测量系统实时获取装配组件的位置及姿态信息，并把测量数据发送至控制系统，生成位置调控指令，姿态自由度通过气浮球轴承自校正调节，进而实现产品的全自动装配。
本实用新型提高产品的装配效率及装配质量。本实用新型使用了气浮球轴承式支撑技术、视觉测量技术及位置伺服控制技术。
本实用新型采用气浮球轴承支撑，可以实现姿态自校正的大型非标准产品组件装配对接方法。本实用新型涉及数字化装配技术领域，基于一套数字化装配系统完成两个及以上非标准产品组件装配的技术，提高产品的装配效率及装配质量。系统涉及了气浮球轴承支撑技术、视觉测量技术及位姿伺服控制技术。在工业领域中，大型非标准产品的装配通常依靠手动调整，效率低且装配质量难以保证；或采用传统机械方式全自动化对接，对接质量完全取决于传感器测量精度，并且无法保证因传感器测量误差导致对接过程中安全的问题。本系统利用气浮球轴承支撑托架，实现主动对接组件的姿态三个自由度自适应调整。基于机器视觉测量系统实时获取装配组件的位置及姿态信息，并把测量数据发送至控制系统，生成位置调控指令，姿态自由度通过气浮球轴承自校正调节，进而实现产品的全自动装配。
Claims (4)
1.一种气浮球轴承姿态自矫正装配对接系统,包括位姿调控装置(3)、辅助支撑装置(5)，其特征在于，还包括位姿测量相机(1)和测量控制台(6)，位姿测量相机(1)通过支架固定在位姿调控装置(3)的支撑底座(11)上；位姿调控装置(3)上面放置主动装配组件(2)，辅助支撑装置(5)上面放置被动装配组件(4)；位姿测量相机(1)的摄像头对着主动装配组件(2)和被动装配组件(4)；主动装配组件(2)和被动装配组件(4)上提前安装定位靶标；位姿测量相机(1)和位姿调控装置(3)分别通过信息传输线缆连接测量控制台(6)中工控机上的数据I/O卡，数据I/O卡用于将测量控制台(6)的指令发送至位姿调控装置(3)和将位姿测量相机(1)拍摄的信息接收至测量控制台(6)，测量控制台(6)根据拍摄的信息计算出位姿调控装置(3需要移动的方向和距离，并通过数据I/O卡发送指令指示位姿调控装置(3)移动调整主动装配组件(2)的位置；
所述的位姿调控装置(3)包括支撑机构、升降调整机构、平面二维移动调整机构及支撑底座(11)；其中，平面二维移动调整机构安装在支撑底座(11)上，升降调整机构滑动安装在平面二维移动调整机构上，支撑机构固定安装在升降调整机上；
支撑机构包括支撑平台(7)、气浮球轴承(12)以及气浮球窝(13)，气浮球轴承(12)以及气浮球窝(13)位于支撑平台(7)下面，支撑平台(7)与气浮球轴承(12)固定连接，气浮球轴承(12)安装在气浮球窝(13)内，可在气浮球窝(13)内滑动，在气浮球窝(13)内边缘处均匀分布4个限位保护器(18)；气浮球窝(13)下面连接升降调整机构；支撑平台(7)上面安放主动装配组件(2)。
2.根据权利要求1所述的一种气浮球轴承姿态自矫正装配对接系统，其特征在于，所述的平面二维移动调整机构包括横向调整机构和对接驱动调整机构；横向调整机构包括两套直线导轨(10)、一套横向移动组件(15)以及横向驱动电机(19)，工作时，通过横向驱动电机(19)驱动横向移动组件(15)上的丝杆传动机构带动横向移动组件(15)沿直线导轨(10)横向移动，从而使主动装配组件(2)横向位移；对接驱动机构包括纵向驱动组件(17)、两套纵向移动组件(16)以及纵向驱动电机(20)，纵向驱动组件(17)将纵向驱动电机(20)的输出经过减速机、换向器后输入到纵向移动组件(16)；工作时，通过纵向移动组件(16)的丝杆传动机构带动两套纵向移动组件(16)沿对接方向移动，使主动装配组件(2)纵向位移。
3.根据权利要求1所述的一种气浮球轴承姿态自矫正装配对接系统，其特征在于，所述的位姿调控装置(3)的升降调整机构包括剪式升降机(9)和升降驱动电机(14)，剪式升降机(9)的上下连接板分别与气浮球窝(13)、平面二维移动调整机构连接，工作时，通过升降驱动电机(14)驱动剪式升降机(9)调节支撑平台(7)整体的铅垂高度，从而调节主动装配组件(2)的高度。
4.根据权利要求1所述的一种气浮球轴承姿态自矫正装配对接系统，其特征在于，所述的支撑平台(7)下表面边缘均匀连接4个配重(8)，使主动装配组件(2)、支撑平台(7)、配重(8)的整体重心处于气浮球轴承(12)以下。
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