[發(fā)明專利]一種具有智能誘導(dǎo)功能的扳手系統(tǒng)及測量方法和誘導(dǎo)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210258599.X
• 申請日: 2012-07-24
• 公開（公告）號: CN102773822A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳成軍;洪軍
• 申請（專利權(quán)）人: 青島理工大學(xué)
• 主分類號: B25B13/12
• 分類號: B25B13/12;B25B23/00;G01B21/22;G01B21/00;G01L5/24
• 代理公司: 北京富天民宏濟知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11272
• 代理人: 劉壽椿;龔雅民

1.一種具有智能誘導(dǎo)功能的扳手系統(tǒng)，所述扳手系統(tǒng)包括扳手本體、扳手位置跟蹤器(6)、三個電阻應(yīng)變片(3，4，11)、測量電路板(7)、無線通信電路板(8)、供電電池(2)、上位計算機(14)、眼鏡結(jié)構(gòu)的增強現(xiàn)實頭盔顯示器(16)和增強現(xiàn)實頭盔顯示器方位跟蹤器(15)；其特征在于，所述扳手本體包括固定鄂(17)、活動鄂(1)和扳手手柄(13)；所述扳手位置跟蹤器(6)、電阻應(yīng)變片(3，4，11)、測量電路板(7)、無線通信電路板(8)、供電電池(2)均安裝在扳手手柄(13)上，所述電阻應(yīng)變片(3，4，11)通過導(dǎo)線與所述測量電路板(7)連接，所述測量電路板(7)與所述無線通信電路板(8)連接，所述無線通信電路板(8)將測量結(jié)果以無線通訊的方式發(fā)送給上位計算機(14)；眼鏡結(jié)構(gòu)的增強現(xiàn)實頭盔顯示器(16)戴在操作者眼睛上，在其上面安裝有增強現(xiàn)實頭盔顯示器方位跟蹤器(15)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的扳手系統(tǒng)，其特征在于，所述扳手手柄(13)的左右窄面分別貼有第一電阻應(yīng)變片(4)和第二電阻應(yīng)變片(11)，所述第一電阻應(yīng)變片(4)和第二電阻應(yīng)變片(11)的中心的位于扳手的同一直截面上，其中心與所述扳手位置跟蹤器(6)中心的距離為L1；第三電阻應(yīng)變片(3)和第二電阻應(yīng)變片(11)貼在同一窄面上，且它們中心之間的距離為L3；手柄(13)各點的橫截面形狀相同，橫截面的抗彎截面模量為W。

3.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的扳手系統(tǒng)的測量方法，其特征在于，所述測量方法包括以下步驟：第一，設(shè)置產(chǎn)品坐標系及初值；第二，檢測被操作螺栓的中心位置以及計算其與扳手位置跟蹤器中心點之間的距離；第三，測量扳手操作螺栓的轉(zhuǎn)矩；第四，測量螺栓的扭轉(zhuǎn)角度。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測量方法，其特征在于，在第一步驟中，產(chǎn)品坐標系X軸、Y軸、Z軸的方向與地球慣性坐標系X軸、Y軸、Z軸的方向一致，產(chǎn)品坐標系的原點由用戶設(shè)置，方法如下：將扳手位置跟蹤器(6)的中心放在產(chǎn)品坐標系的原點，位置跟蹤器(6)在該點的位置設(shè)為(0，0，0)，使用過程中計算機(14)根據(jù)接收到數(shù)據(jù)實時跟蹤、計算位置跟蹤器(6)相對產(chǎn)品坐標系原點的位置。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測量方法，其特征在于，在第二步驟中，測量當前被操作螺栓中心位置的方法如下：操作者使用所述扳手操作螺栓的時候，實時檢測并記錄扳手位置跟蹤器(6)的中心在產(chǎn)品坐標系中的位置，通過對位置跟蹤器(6)中心運動軌跡求導(dǎo)，求取扳手位置跟蹤器(6)中心與被操作螺栓(9)中心的距離L2，以及被操作螺栓(9)的中心在產(chǎn)品坐標系中的位置P。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測量方法，其特征在于，在第三步驟中，計算扳手操作螺栓的轉(zhuǎn)矩的方法如下：第三電阻應(yīng)變片(3)和第二電阻應(yīng)變片(11)位于惠斯頓電橋的相鄰橋臂上，組成半橋雙臂測量電橋，測量電路板測得上述兩個電阻應(yīng)變片(11，3)的應(yīng)變差ε11-ε3，從而得到垂直剪力F：式中E為扳手材料的彈性模量；第一電阻應(yīng)變片(4)單獨組成一個半橋單臂測量電橋，測量電路板測得電阻應(yīng)變片(4)的應(yīng)變?yōu)棣?，因此垂直力F的作用位置距離第三電阻應(yīng)變片(3)中心點的位置L4為：最終求得力F通過扳手作用在螺栓(9)上的轉(zhuǎn)矩M＝F(L₁+L₂+L₃+L₄)。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測量方法，其特征在于，在第四步驟中，測量螺栓的扭轉(zhuǎn)角度θ的方法如下：假設(shè)螺栓預(yù)緊力為0時，螺栓與被連接件的摩擦力矩約為M’，根據(jù)扳手位置跟蹤器中心運動軌跡和操作者施加的力矩M，計算扳手操作螺栓過程中滿足扳手轉(zhuǎn)矩M大于M’的扳手的旋轉(zhuǎn)角度和θ，θ即為螺栓的扭轉(zhuǎn)角度。

8.一種根據(jù)權(quán)利要求3-7所述的扳手系統(tǒng)的測量方法的誘導(dǎo)方法，所述誘導(dǎo)方法包括以下步驟：第一，拆卸或者誘導(dǎo)信息輸入階段；第二，裝配誘導(dǎo)階段；第三，誘導(dǎo)信息的增強現(xiàn)實疊加階段；

其特征在于，在第一步驟中，在拆卸階段，上位計算機將測量得到的中心位置作為被操作螺栓(9)的唯一索引保存在數(shù)據(jù)庫中，將初始拆卸時的轉(zhuǎn)矩M和轉(zhuǎn)角θ保存在數(shù)據(jù)庫中；在第二步驟中，在裝配階段，上位計算機判斷扳手跟蹤器(6)中心運動軌跡是否為近似圓形或判斷當前是否有作用力作用在扳手上，若滿足，上位計算機(14)以被操作螺栓的中心位置作為索引從數(shù)據(jù)庫中查找該螺栓的裝配工藝；或在產(chǎn)品裝配順序已經(jīng)保存在上位計算機上時，誘導(dǎo)系統(tǒng)根據(jù)扳手操作螺栓的轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)角是否大于緊固終了時的轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)角，自動判斷當前的裝配工藝是否完成，若完成，計算機(14)根據(jù)將下一步的裝配零件和裝配工藝發(fā)送到頭盔顯示器(16)上顯示；

在第三步驟中，操作者所戴的頭盔顯示器(16)上安裝有一個6自由度的方位跟蹤器(15)，能夠?qū)崟r跟蹤操作者頭部或增強現(xiàn)實頭盔顯示器(16)在產(chǎn)品坐標系中的位置和方向，并發(fā)送給計算機(14)，計算機(14)根據(jù)扳手當前的位置和增強現(xiàn)實頭盔顯示器(16)的方位將當前的扳手的轉(zhuǎn)矩值M、轉(zhuǎn)角值θ和其它裝配誘導(dǎo)信息以數(shù)字、文字或者虛擬儀表的形式疊加在真實拆裝場景上，以便于操作者觀察。