圆轨迹切线包容式缠绕机器人制造技术

本实用新型专利技术公开了一种圆轨迹切线包容式缠绕机器人，包括运动臂和缠绕机器人，运动臂一端可拆卸枢接于被缠绕结构上端，另一端与缠绕机器人铰接，缠绕机器人包括用于控制缠绕钢丝张力的张力系统、将带有设定张力的缠绕钢丝一端整齐的固定排列在被缠绕结构需缠绕部位表面的排线系统和带动张力系统和排线系统在地面上行走的行走系统，本实用新型专利技术通过圆轨迹切线包容线与被缠绕结构的关系，可完成任意形状和任意高宽比的结构的缠绕，而无需设计、制造、安装和调整相应的机器人运动轨道和相应辅助工装，降低了缠绕施工的成本，提高了缠绕机器人的通用性、适应性、安装和调整工效，本实用新型专利技术可方便地进行多头缠绕，从而大大提高缠绕效率。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种缠绕装置，特别涉及一种圆轨迹切线包容式缠绕机器人。 
技术介绍
现行的缠绕预紧设备可分为两类： (1)自旋转式缠绕设备(所谓自旋转式缠绕，即指被缠绕结构旋转而进行缠绕)： ①转盘式缠绕，即机架或筒体置于可旋转的盘上旋转而进行缠绕，适用于机架或筒体高径比(筒体的长度或高度与直径的比值)小于等于3的结构件(如图1)； ②芯轴式缠绕，适用于机架或筒体高径比(筒体的长度或高度与直径的比值)大于3的情况。由于机架或筒体高度(长度)较大，无法垂直立于转盘之上，将筒体水平放置，两端进行约束支撑，以其芯轴为旋转中心旋转进行缠绕(如图2)； (2)机器人原位缠绕(所谓原位缠绕是指被缠绕结构固定不动，缠绕设备(机器人)以被缠绕结构为运动基准运动的缠绕方式，机器人沿其上的特定轨道运动而缠绕。其中又分为机器人水平原位缠绕和机器人垂直原位缠绕)： ①机器人水平原位缠绕，即被缠绕的结构件的长轴水平放置，缠绕机器人沿被缠绕结构上的特定导轨水平公转运动而 缠绕(如图3)； ②机器人垂直原位缠绕，即被缠绕结构长轴垂直放置，缠绕机器人沿被缠绕结构上的特定导轨垂直公转运动而缠绕(如图4)； 其中第一类缠绕方式(即自旋转式缠绕)，难以缠绕自重超过400吨的结构，其原因在于承载400吨的重型旋转装置价格昂贵；如采用芯轴式缠绕，虽然无需承载装置，但由于数百吨结构件的转动惯量太大，对缠绕装置的加速度控制、功率、地基等均要求很高而投资巨大； 第二类缠绕方法(即机器人原位缠绕)需在被缠绕结构上预设专用的针对每一具体结构的导轨、驱动链或齿圈等辅助性装置，成本高，通用性差。 
技术实现思路
为了弥补以上不足，本技术提供了一种圆轨迹切线包容式缠绕机器人，机器人的运动轨迹完全不受被缠绕结构的约束，对重型结构进行缠绕的适应性强，操作方便、安全，节省缠绕成本。 一种圆轨迹切线包容非原位机器人缠绕的方法：是一种非原位，且被缠绕结构固定不动的缠绕方式，所谓圆轨迹，是指对于不论缠绕何被缠绕结构，机器人缠绕时总是按圆轨迹运动；所谓切线包容，是指缠绕钢丝对被缠绕结构轮廓之切线形成的包容线就是被缠绕结构的缠绕轮廓面。本技术的缠绕方法它具有第一、二类缠绕方法的优点；同时又摒弃了它们的 缺点：无需在被缠绕结构上设计、制造、安装约束导轨和驱动副，且被缠绕结构无需运动，可完成尺寸和转动惯量巨大的结构之缠绕。 本技术为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种圆轨迹切线包容式缠-->绕机器人，包括运动臂和缠绕机器人，运动臂一端可拆卸枢接于被缠绕结构上端，运动臂另一端与缠绕机器人铰接，被绕结构被运动臂圆周运动所形成的圆面积所覆盖，缠绕机器人包括张力系统、排线系统和行走系统，其中： 张力系统用于控制缠绕钢丝张力，张力系统包括钢丝盘、增阻器、张力轮和张力闭环控制装置，缠绕钢丝缠绕于钢丝盘上，缠绕钢丝一端依次穿过能够产生设定张力的增阻器、具有张力放大功能的张力轮和可检测、分析缠绕钢丝所带张力及其波动值并控制张力轮放大缠绕钢丝张力倍数的张力闭环控制装置； 排线系统用于将带有设定张力的缠绕钢丝一端整齐的固定排列在被缠绕结构需缠绕部位表面，排线系统包括排线步进电机、减速机、滚珠丝杠和排线梁，排线步进电机通过减速机带动滚珠丝杠旋转，排线梁的螺母与滚珠丝杠连接，这样通过排线步进电机带动滚珠丝杠旋转，排线梁就在滚珠丝杠带动下，进行直线运动，这样只需要控制排线步进电机的转速和转动方向就可以控制排线梁移动的速度和方向，可有效保证缠绕钢丝的排列间距和缠绕方向，可防止缠绕钢丝间距过大或重叠； 行走系统带动张力系统和排线系统(在地面上或圆周轨道 上)进行圆周运动，行走系统包括驱动电机(调频交流电机)和行走体，行走体又包括框架和行走轮，驱动电机可驱动行走体的行走轮旋转，行走轮设于框架下方，驱动电机驱动行走轮旋转，行走轮就带着框架前行，从而带动张力系统和排线系统前行； 所述张力系统和排线系统固定于行走系统的框架上，张力系统的的钢丝一端穿过排线系统的排线梁最终与被缠绕结构固连。 本技术在使用时，行走系统带着张力系统和排线系统围绕被缠绕结构运动，带有设定张力的钢丝就对被缠绕结构作切线缠绕，钢丝的张力大小由张力系统自动检测和调节，保证钢缠绕力值均匀，同时排线系统整齐的将钢丝排列在被缠绕结构表面，保证钢丝排列均匀整齐。 本技术将缠绕机器人独立地直接置于支撑被缠绕结构的地面上或地面上的独立导轨之上，而不以被缠结构为基准悬挂或支撑或相关导向(即机器人的运动轨迹依被绕结构相关轮廓而导向)，机器人的运动轨迹完全不受被缠绕结构的约束(其旋转的轨迹与被缠绕结构不存在相关关系，不存在运动约束，缠绕机器人与被缠绕结构间仅是适应性关系)，只要被缠绕结构置于机器人运动的圆平面以内(实际上是圆柱形空间，圆平面为该圆柱空间在地面的投影)，不论其水平截面为椭圆形、圆形、正方形、长方形等任何其它形状，以及结构高径比的大小，均可缠绕，从机器人的圆形运动轨迹上任意一点，均可以对被缠绕结构作切线，这些切线的内包容线显然就是被缠 绕结构的轮廓，因而不论被缠绕结构的水平截面为任何几何图形，机器人都可以以相同的独立圆轨迹进行缠绕，这就是从圆轨迹上进行切线包容(即圆轨迹切线包容)式缠绕的几何学原理。由于被缠绕结构并不约束机器人的运动，故无需在被缠绕结构上设专用轨道，大大提高了机器人对重型结构进行缠绕的适应性和通用性。 作为本技术的进一步改进，运动臂包括水平运动臂和垂直运动臂，水平运动臂上远离被缠绕结构的一端与垂直运动臂上端固连，其中垂直运动臂与缠绕机器人的行走系统铰接。 作为本技术的进一步改进，所述水平运动臂和垂直运动臂上分别设有调节伸-->缩节，该调节伸缩节轴向长度可伸缩，用于调节水平运动臂和垂直运动臂长度，调节伸缩节采用正、反螺旋结构，调节伸缩节能随被缠绕结构的几何尺寸变化而调节以保证缠绕机器人不与被缠绕结构产生运动干涉。 作为本技术的进一步改进，运动臂一端可拆卸枢接于被缠绕结构上端的结构为：设有中央定位轴、中央定位轴支架和中央定位轴承，中央定位轴支架固设于被缠绕结构和地面之一上方，中央定位轴固设于中央定位轴支架上，中央定位轴承设于中央定位轴上端，运动臂一端可拆卸固定设于中央定位轴承上。 作为本技术的进一步改进，还设有中央定位轴调节装置，该中央定位轴调节装置轴向长度可伸缩，用于调节中央定位轴长度，中央定位轴调节装置采用正、反螺旋结构，中央定位轴调节装置能随被缠绕结构的高度变化而调节以保证运动 臂不与被缠绕结构产生运动干涉。 作为本技术的进一步改进，还设有支撑垫，该支撑垫放置于地面上，被缠绕结构置于支撑垫上方，支撑垫用于承载被缠绕结构，保证被缠绕结构水平放置，同时对被缠绕结构下端起到保护作用。 作为本技术的进一步改进，所述水平运动臂旋转运动所形成的平面垂直于被缠绕结构轴线，水平运动臂中心可拆卸固设于中央定位轴承上，保证中央定位轴受力均衡，保证缠绕机器人缠绕稳定。 作为本技术的进一步改进，运动臂另一端铰接有1～4个缠绕机器人，多根钢丝可同时进行缠绕，提高缠绕速度，如图7显示双头缠绕的状态，此时，两切线长度不等，即钢丝抽出的速度不等，但机器人上的张力闭环控制装置可以保证双头缠绕的钢丝的张力相等本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种圆轨迹切线包容式缠绕机器人，其特征是：包括运动臂（１）和缠绕机器人（２），运动臂（１）一端可拆卸枢接于被缠绕结构（３）上端，运动臂（１）另一端与缠绕机器人（２）铰接，缠绕机器人（２）包括张力系统（２１）、排线系统（２２）和行走系统（２３），其中：张力系统（２１）用于控制缠绕钢丝张力，张力系统（２１）包括钢丝盘（２１１）、增阻器（２１２）、张力轮（２１３）和张力闭环控制装置（２１４），缠绕钢丝缠绕于钢丝盘（２１１）上，缠绕钢丝一端依次穿过能够产生设定张力的增阻器（２１２）、具有张力放大功能的张力轮（２１３）和可检测、分析缠绕钢丝所带张力及其波动值并控制张力轮（２１３）放大缠绕钢丝张力倍数的张力闭环控制装置（２１４）；排线系统（２２）用于将带有设定张力的缠绕钢丝一端整齐的固定排列在被缠绕结构需缠绕部位表面，排线系统（２２）包括步进排线电机（２２１）、减速机（２２２）、滚珠丝杠（２２３）和排线梁（２２４），步进排线电机（２２１）通过减速机（２２２）带动滚珠丝杠（２２３）旋转，排线梁（２２４）的螺母与滚珠丝杠（２２３）连接；行走系统（２３）带动张力系统（２１）和排线系统（２２）进行圆周运动，行走系统（２３）包括驱动电机（２３１）和行走体（２３２），行走体（２３２）又包括框架（２３２１）和行走轮（２３２２），驱动电机（２３１）驱动行走体（２３２）的行走轮（２３２２）旋转，行走轮（２３２２）设于框架（２３２１）下方；所述张力系统（２１）和排线系统（２２）固定于行走系统（２３）的框架（２３２１）上，张力系统（２１）的钢丝一端穿过排线系统（２２）的排线梁（２２４）最终与被缠绕结构固连。...

【技术特征摘要】
1.一种圆轨迹切线包容式缠绕机器人，其特征是：包括运动臂(1)和缠绕机器人(2)，运动臂(1)一端可拆卸枢接于被缠绕结构(3)上端，运动臂(1)另一端与缠绕机器人(2)铰接，缠绕机器人(2)包括张力系统(21)、排线系统(22)和行走系统(23)，其中：张力系统(21)用于控制缠绕钢丝张力，张力系统(21)包括钢丝盘(211)、增阻器(212)、张力轮(213)和张力闭环控制装置(214)，缠绕钢丝缠绕于钢丝盘(211)上，缠绕钢丝一端依次穿过能够产生设定张力的增阻器(212)、具有张力放大功能的张力轮(213)和可检测、分析缠绕钢丝所带张力及其波动值并控制张力轮(213)放大缠绕钢丝张力倍数的张力闭环控制装置(214)；排线系统(22)用于将带有设定张力的缠绕钢丝一端整齐的固定排列在被缠绕结构需缠绕部位表面，排线系统(22)包括步进排线电机(221)、减速机(222)、滚珠丝杠(223)和排线梁(224)，步进排线电机(221)通过减速机(222)带动滚珠丝杠(223)旋转，排线梁(224)的螺母与滚珠丝杠(223)连接；行走系统(23)带动张力系统(21)和排线系统(22)进行圆周运动，行走系统(23)包括驱动电机(231)和行走体(232)，行走体(232)又包括框架(2321)和行走轮(2322)，驱动电机(231)驱动行走体(232)的行走轮(2322)旋转，行走轮(2322)设于框架(2321)下方； 所述张力系统(21)和排线系统(22)固定于行走系统(23)的框架(2321)上，张力系统(21)的钢丝一端穿过排线系统(22)的排线梁(224)最终与被缠绕结构固连。2.如权利要求1所述的圆轨迹切线包容式缠绕机器人，其特征是：运动臂(1)包括水平运动臂(11)和垂直运动臂(12)，水平运动臂(11)远离被缠绕结构的一端与垂直运动臂(12)上端固连，其中垂直运动臂(12)与缠绕机器人(2)的行走系统(23)铰接。3.如权利要求2所述的圆轨迹切线包容式缠绕机器人，其特征是：所述水平运动臂(11)和垂直运动臂(12)上分别设有调节伸缩节(13)，该调节伸缩节(13)轴向长度可伸缩。4.如权利要求1所述的圆轨迹切线包容式缠绕机器人，其特征是：运动臂(1)一端可拆卸枢接于被缠绕结构上端的结构为：设有中央定位轴(14)、中央定位轴支架(15)和中央定位轴承(16)，中央定位轴支架(15)固设于被缠绕结构(3)和地面之一上方，中央定位轴(14)固设于中央定位轴支架(15)上，中央定位轴承(16)固设于中央定位轴(14)上端，运动臂(1)一端可拆卸固设于中央定位轴承(16)上。5.如权利要求4所述的圆轨迹切线包容式缠绕机器人，其特征是：还设有中央定位轴调节装置(17)，该中央定位轴调节装置(17)轴向长度可伸缩。6.如权利要求1所述的圆轨迹切线包容式缠绕机器人，其特征是：还设有支撑垫(4)，该支撑垫(4)放置于地面上，被缠绕结...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜永年，李晓予，陈振东，李罡，尹利平，汪洋，张晓松，李国娟，
申请(专利权)人：苏州昆仑先进制造技术装备有限公司，颜永年，
类型：实用新型
国别省市：32[中国|江苏]