一种助力机械手及其控制系统技术方案

技术编号:15370066 阅读:137 留言:0更新日期:2017-05-18 11:12
本申请提供了一种助力机械手及其控制系统,含有固定立柱、旋转关节、旋转立柱、平衡气缸、平行四边形机构、轨迹自平衡机6、摆动关节、末端执行机构、夹具、控制系统。当助力机械手一端的力臂发生变化时,另一端的力臂也跟随发生变化,并保持固定的比例关系,从而实现了不管工件高低运动、左右运动,旋转运动,总是有一个反力和反力臂与之平衡,工件始终处于“漂浮”状态,克服了重力,实现了助力功能。助力机械手通过力平衡自适应和气动原理的结合运用,实现物体的“漂浮”,对物体进行“零重力”搬运和装配,通过人手的微力实现重物的提升、平面移动和翻转,运动过程平衡、平滑。

Power assisted manipulator and control system thereof

The invention provides a pneumatic manipulator and its control system, with a fixed column, a rotary joint, rotary column, balance cylinder, parallelogram mechanism, trajectory of self balancing machine 6, swing joint, end effector, fixture, control system. When one end of the pneumatic manipulator arm is changed, the other end of the arm to follow the change, and maintain the fixed proportion, so as to achieve the level of movement, no matter the workpiece movement to the left or right, the rotary motion, there is always a balance force and counter force arm and the workpiece, which is always in the \floating\ state, overcome the gravity, realized the power function. Power assist manipulator through adaptive and aerodynamic force balance by using the principle of combination of objects to achieve the \floating\, \zero gravity\ handling and assembly of objects, through the micro force of heavy lifting, hand plane movement and turnover, balance, smooth movement.

【技术实现步骤摘要】
一种助力机械手及其控制系统
本申请主要涉及机械制造
特别是一种助力机械手及其控制系统。
技术介绍
在飞机装配车间,为了完成零组件的组合装配和柔性对接,常常需要对零组件进行位置和姿态的调整。对于大型精密装配和对接,常常用到三坐标或者更多坐标构成的柔性装配系统,该装配系统往往具有复杂的机械结构和控制系统,研制、使用和维护成本非常好,专用型也非常强;对于大多数一般的装配和对接,常常都采用手工搬运、调整和装配,就出现了工作强度大、效率低和装配质量差的问题;而对于需要厂房吊车配合才能完成零部件装配,也存在占用厂房吊车周期过长,影响其它生产进度的问题。为了解决飞机零部件装配和物料搬运过程中工作强度大、效率低和装配质量差等现实问题,需要一种助力机械来帮助工人进行零部件装配是物料搬运过程的起吊。本申请的助力机械手及其控制系统,
技术实现思路
为了解决上述问题本申请提供了一种助力机械手及其控制系统,通过力平衡自适应和气动原理的结合运用,实现物体的“漂浮”,对物体进行“零重力”搬运和装配,通过人手的微力实现重物的提升、平面移动和翻转,运动过程平衡、平滑。一种助力机械手,含有固定立柱、旋转关节、旋转立柱、平衡气缸、平行四边形机构、轨迹自平衡机构、摆动关节、末端执行机构、夹具,固定立柱固定在地面上,在固定立柱的上端面通过旋转关节安装有旋转立柱,旋转立柱可以绕旋转关节的竖直轴线做旋转运动;轨迹自平衡机构安装在旋转立柱的上端面,在轨迹自平衡机构的一侧安装有平行四边形机构的短臂端,在相反的另一侧安装有平衡气缸,平衡气缸对平行四边形机构施加恒定的作用力,同时轨迹自平衡机构对平行四边形机构作用力臂进行自适应调整,使平行四边形机构一直保持平衡状态;平行四边形机构的长臂端安装有摆动关节,在摆动关节的下端面安装有旋转关节,在旋转关节的下端面安装有末端执行机构,由摆动关节和旋转关节构成的组合关节能使平行四边形机构的长臂端的受力始终竖直向下,末端执行机构的下端面安装有夹具,夹具上夹持有工件,末端执行机构可以带动夹持有工件的夹具做90°的俯仰转动,从而实现工件从水平状态到垂直状态的任意切换。旋转关节含有带法兰盘的轴、带法兰盘的轴套、轴承、带内V型槽和内圆柱孔的刹车盘、外V型制动蹄、制动气缸、L型法兰座和轴锁螺母,轴承安装在轴套的内圆柱空腔内,轴穿过轴承的内径孔与轴套构成一对转动副,并在轴的轴端用轴锁螺母进行锁紧防止轴与轴套脱离,刹车盘通过内圆柱孔套入轴套的外圆柱面,在刹车盘的V型槽底面与内圆柱面间设置了一圈均布的沉头螺纹孔,通过旋入螺钉施加预紧力实现刹车盘在轴套的紧固连接,外V型制动蹄通过螺纹配合安装在制动气缸的活塞杆前端上,随活塞杆的伸出和收回,外V型制动蹄与刹车盘内V型槽进行带压贴合和自由分离,从而实现旋转关节转动副的锁紧和松开。平行四边形机构通过铰轴将主杆、副杆、连杆、工作杆构成一个平行四边形的连杆机构,主杆含有间距为E和F的三个铰轴孔,其中尺寸为E的端头铰轴孔为平行四边形机构的短臂平衡交点,副杆含有间距为F的两个铰轴孔,连杆含有间距为G的两个铰轴孔,其中与副杆相连的铰轴孔为平行四边形机构5的水平游动支撑交点,工作杆含有间距为G和H的三个铰轴孔,其中尺寸为H的端头铰轴孔为平行四边形机构的长臂平衡交点,平行四边形机构须设置E与F的比值等于G与H的比值,以实现助力功能。轨迹自平衡机构是一个腔体结构,在轨迹自平衡机构的前端面和后端面上设置有一对水平游动支撑导向槽和一对垂直游动支撑导向槽,水平游动支撑导向槽的长度决定了平行四边形机构中工作杆的水平行程,垂直游动支撑导向槽的长度决定了平行四边形机构中工作杆的高低行程。平行四边形机构和轨迹自平衡机构构成的助力机构,平行四边形机构中的水平游动支撑交点和短臂平衡交点通过X向铰轴和Y向铰轴分别连接在轨迹自平衡机构的水平游动支撑导向槽和垂直游动支撑导向槽内,水平游动支撑交点的水平位置量A与长臂平衡交点的水平位置量B的比值恒等于短臂平衡交点的垂直位置量C与长臂平衡交点的垂直位置量D的比值,即满足长臂平衡交点不论是水平位置量还是垂直位置量发生变化时,A/B恒等于C/D。摆动关节含有带法兰的叉型件、带法兰的耳型件和轴,叉型件和耳型件上都含有相同大小的铰轴孔,叉型件与耳型件构成叉耳配合,再将轴插入两者的铰轴孔构成了摆动关节,在负载重力作用下,不论叉型件还是耳型件的角度发生怎么的变化,轴的受力方向保持垂直向下。一种助力机械手的控制系统,含有气源处理模块、开关模块、分气模块、控制界面和控制主机,气源处理模块将厂房气源调制成干燥恒压的气体后经过开关模块的通断控制,给分气模块供气或者断气,分气模块通过软管将弱气和强气分别输出给控制界面中各个模块的信号输入端口和控制主机中各个模块的动力输入端口,控制界面中各个模块的输出端口将调制好的信号气输出给控制主机中各个模块的控制端口,控制主机中各个模块的动力输出端根据控制端口的信息控制输出状态,从而实现对各个执行件的控制。控制界面含有空载/负载选择模块、制动/松开选择模块、正转/停止/反转选择模块、真空/大气选择模块、模块安装板,模块安装板按一字排开制有四个等距的安装孔用于安装上述四个选择模块,控制界面安装在末端执行机构的前端面上以便于操作。控制主机含有空载/负载控制模块、制动/松开控制模块、正转/停止/反转控制模块、真空/大气选控制块、控制柜,上述四个控制模块均带有控制端口、动力输入端口、动力输出端口,空载/负载控制模块的动力输出端口用软管与平衡气缸4连接,使长臂平衡交点处于漂浮状态,起到助力功能;制动/松开控制模块的动力输出端口用软管与制动气缸连接,使旋转关节根据工作需要进行制动或者松开,从而实现各个立柱和动构件的锁紧和放开;正转/停止/反转控制模块的动力输出端口用软管与旋转气缸连接,使末端执行机构根据需要进行相应的正转、停止、反转运动;真空/大气控制模块的动力输出端口用软管与真空发生器连接,真空发生器用软管与吸盘连接,使吸盘根据工作需要进行工件的吸附与放开。这种助力机械手及其控制系统能使工件处于“漂浮”状态,就如已经平衡的天平一样,不论天平两端的重量有多大,只要有一个微力来破坏这个平衡,天平就会朝着这个微力的方向倾斜,从而实现助力功能。相比天平有更进一步的功能是,当助力机械手一端的力臂发生变化时,另一端的力臂也跟随发生变化,并保持固定的比例关系,从而实现了不管工件高低运动、左右运动,旋转运动,总是有一个反力和反力臂与之平衡,工件始终处于“漂浮”状态,克服了重力,也就实现了助力功能。以下结合实施例附图对本申请做进一步详细描述:附图说明图1和图2是助力机械手组成示意图。图3是旋转关节组成示意图。图4是轨迹自平衡机构组成示意图。图5是平行四边形机构组成示意图。图6是助力机构组成示意图。图7摆动关节结构组成示意图。图8是末端执行机构组成示意图。图9是夹具的结构组成示意图。图10是控制界面结构组成示意图。图11是控制系统框架图。图中编号说明:1固定立柱、2旋转关节、3旋转立柱、4平衡气缸、5平行四边形机构、6轨迹自平衡机构、7摆动关节、8末端执行机构、9夹具、10控制系统、11分气模块、12控制主机、13工件、14气源处理模块、15开关模块、16安装法兰、17带法兰盘的轴、18本文档来自技高网...
一种助力机械手及其控制系统

【技术保护点】
一种助力机械手,含有固定立柱(1)、旋转关节(2)、旋转立柱(3)、平衡气缸(4)、平行四边形机构(5)、轨迹自平衡机构(6)、摆动关节(7)、末端执行机构(8)、夹具(9),固定立柱(1)固定在地面上,在固定立柱(1)的上端面通过旋转关节(2)安装有旋转立柱(3),旋转立柱(3)可以绕旋转关节(2)的竖直轴线做旋转运动;轨迹自平衡机构(6)安装在旋转立柱(3)的上端面,在轨迹自平衡机构(6)的一侧安装有平行四边形机构(5)的短臂端,在相反的另一侧安装有平衡气缸(4),平衡气缸(4)对平行四边形机构(5)施加恒定的作用力,同时轨迹自平衡机构(6)对平行四边形机构(5)作用力臂进行自适应调整,使平行四边形机构(5)一直保持平衡状态;平行四边形机构5的长臂端安装有摆动关节(7),在摆动关节(7)的下端面安装有旋转关节(2),在旋转关节(2)的下端面安装有末端执行机构(8),由摆动关节(7)和旋转关节(2)构成的组合关节能使平行四边形机构(5)的长臂端的受力始终竖直向下,末端执行机构(8)的下端面安装有夹具(9),夹具(9)上夹持有工件(13),末端执行机构(8)可以带动夹持有工件(13)的夹具(9)做90°的俯仰转动,从而实现工件从水平状态到垂直状态的任意切换。...

【技术特征摘要】
1.一种助力机械手,含有固定立柱(1)、旋转关节(2)、旋转立柱(3)、平衡气缸(4)、平行四边形机构(5)、轨迹自平衡机构(6)、摆动关节(7)、末端执行机构(8)、夹具(9),固定立柱(1)固定在地面上,在固定立柱(1)的上端面通过旋转关节(2)安装有旋转立柱(3),旋转立柱(3)可以绕旋转关节(2)的竖直轴线做旋转运动;轨迹自平衡机构(6)安装在旋转立柱(3)的上端面,在轨迹自平衡机构(6)的一侧安装有平行四边形机构(5)的短臂端,在相反的另一侧安装有平衡气缸(4),平衡气缸(4)对平行四边形机构(5)施加恒定的作用力,同时轨迹自平衡机构(6)对平行四边形机构(5)作用力臂进行自适应调整,使平行四边形机构(5)一直保持平衡状态;平行四边形机构5的长臂端安装有摆动关节(7),在摆动关节(7)的下端面安装有旋转关节(2),在旋转关节(2)的下端面安装有末端执行机构(8),由摆动关节(7)和旋转关节(2)构成的组合关节能使平行四边形机构(5)的长臂端的受力始终竖直向下,末端执行机构(8)的下端面安装有夹具(9),夹具(9)上夹持有工件(13),末端执行机构(8)可以带动夹持有工件(13)的夹具(9)做90°的俯仰转动,从而实现工件从水平状态到垂直状态的任意切换。2.根据权利要求1所述的一种助力机械手,其特征在于所述的旋转关节(2)含有带法兰盘的轴(17)、带法兰盘的轴套(18)、轴承(19)、带内V型槽和内圆柱孔的刹车盘(20)、外V型制动蹄(21)、制动气缸(22)、L型法兰座(23)和轴锁螺母(63),轴承(19)安装在轴套(18)的内圆柱空腔内,轴(17)穿过轴承(19)的内径孔与轴套(18)构成一对转动副,并在轴(17)的轴端用轴锁螺母(63)进行锁紧防止轴(17)与轴套(18)脱离,刹车盘(20)通过内圆柱孔套入轴套(18)的外圆柱面,在刹车盘(20)的V型槽底面与内圆柱面间设置了一圈均布的沉头螺纹孔,通过旋入螺钉施加预紧力实现刹车盘(20)在轴套(18)的紧固连接,外V型制动蹄(21)通过螺纹配合安装在制动气缸(22)的活塞杆前端上,随活塞杆的伸出和收回,外V型制动蹄(21)与刹车盘(20)内V型槽进行带压贴合和自由分离,从而实现旋转关节(2)转动副的锁紧和松开。3.根据权利要求1所述的一种助力机械手,其特征在于所述的平行四边形机构(5)通过铰轴将主杆(24)、副杆(25)、连杆(26)、工作杆(27)构成一个平行四边形的连杆机构,主杆(24)含有间距为E和F的三个铰轴孔,其中尺寸为E的端头铰轴孔为平行四边形机构(5)的短臂平衡交点(61),副杆(25)含有间距为F的两个铰轴孔,连杆(26)含有间距为G的两个铰轴孔,其中与副杆相连的铰轴孔为平行四边形机构(5)的水平游动支撑交点(60),工作杆含有间距为G和H的三个铰轴孔,其中尺寸为H的端头铰轴孔为平行四边形机构(5)的长臂平衡交点(62),平行四边形机构(5)须设置E与F的比值等于G与H的比值,以实现助力功能。4.根据权利要求1所述的一种助力机械手,其特征在于所述的轨迹自平衡机构(6)是一个腔体结构,在轨迹自平衡机构(6)的前端面和后端面上设置有一对水平游动支撑导向槽(29)和一对垂直游动支撑导向槽(28),水平游动支撑导向槽(29)的长度决定了平...

【专利技术属性】
技术研发人员:巴晓甫张喜钗赵博瑞
申请(专利权)人:中航飞机股份有限公司西安飞机分公司
类型:发明
国别省市:陕西,61

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