[發明專利]機械手及復合材料大型殼體自動仿形系統

有效

• 申請號: 201410140456.8
• 申請日: 2014-04-09
• 公開（公告）號: CN103934819A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 王子成;林光輝;桂琳琳;韓冬
• 申請（專利權）人: 武漢中科創新技術股份有限公司
• 主分類號: B25J5/00
• 分類號: B25J5/00;B25J9/18;B25J19/02
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 唐正玉

技術領域

本發明涉及一種機械手及復合材料大型殼體自動仿形系統，屬于運動控制和伺服定位。

背景技術

目前復合材料大型殼體的超聲波探傷只能通過人工方式進行，如果進行自動化探傷必須獲知殼體曲線，并生成殼體內表面和外表面兩個運動軌跡，機械手方能從里外同步運動進行探傷。如何獲取殼體曲線，并保證機械設備在探傷時不碰觸殼體，就必須依靠高精度自動化設備進行殼體仿形。

發明內容

本發明的目的為了將人工探傷方式改為自動化探傷，保證機械手在運行時能準確沿殼體表面進行探傷，而提供一種復合材料大型殼體自動仿形系統。該系統能自動仿形殼體的輪廓曲線，將所有采集的點坐標，擬合成相應曲線，生成運動軌跡，使機械手能沿殼體表面運行。

本發明所述問題是通過以下技術方案實現：

機械手，包括行走小車、大臂基座、大臂、小臂、探頭、轉軸、連接板、五個伺服電機及五個諧波減速機、滾珠絲桿、直線滑軌、滑塊、齒輪、同步帶，其特征在于：每個伺服電機輸出端與一個諧波減速機相連，一個伺服電機及一個諧波減速機安裝在小臂上通過同步帶帶動探頭旋轉；一個伺服電機及一個諧波減速機安裝在連接板上控制小臂旋轉；一個伺服電機及一個諧波減速機安裝在大臂根部控制大臂旋轉，且該諧波減速機輸出軸上安裝有齒輪，大臂基座上安裝有另一個固定齒輪，兩個齒輪相互嚙合，控制大臂運動；一個伺服電機及一個諧波減速機安裝在滾珠絲桿末端上控制大臂基座運動；一個伺服電機及一個諧波減速機安裝在行走小車上控制行走小車運動；探頭通過轉軸連接在小臂上；小臂通過連接板與大臂相連；大臂安裝在大臂基座上；且探頭、小臂、大臂能在Y軸和Z軸方向運動；大臂基座下安有滑塊，且滑塊嵌入直線滑軌能在直線滑軌上滑動，直線滑軌固定在行走小車上，滾珠絲桿與直線滑軌平行安裝在行走小車上，由安裝在滾珠絲桿末端的伺服電機驅動滾珠絲桿旋轉來帶動大臂基座進行X軸方向的運動；行走小車由安裝在行走小車上的伺服電機驅動，且與安裝在行走小車上的伺服電機相連的諧波減速機的輸出軸上安裝另一齒輪，由另一齒輪帶動實現行走小車的Y軸方向運行。

所述的連接板與大臂成90°夾角安裝。

所述諧波減速機為高精度減速機，標稱回轉間隙為0mm，滿足手臂精確定位需要。

所述的伺服電機為交流伺服電機或直流伺服電機。

利用所述的機械手的復合材料大型殼體自動仿形系統，由機械手、運動控制器、傳感器和工業計算機組成，其特征在于：傳感器安裝在機械手的探頭頂端，工業計算機與運動控制器相連，運動控制器分別控制機械手的五個伺服電機，傳感器與運動控制器相連。當機械手上的傳感器接觸到殼體時，運動控制器記錄機械手的五個伺服電機位置信息并傳輸給工業計算機，工業計算機將對應的若干個位置信息擬合成相應曲線，構成復合材料大型殼體的外形輪廓。

所述運動控制器用于控制機械手的五個伺服電機，采集傳感器信號，同時與工業計算機進行通訊。

所述傳感器為高精度微動開關，重復精度為10微米。

所述機械手可實現空間坐標系的X、Y、Z三個方向的運動，探頭、小臂、大臂和行走小車構成了仿形需要的基本結構，通過運動控制器發出的指令，可達到平面內的任意位置，從而保證機械手對殼體任意位置進行仿形。

所述諧波減速機安裝在伺服電機輸出端，其中三個諧波減速機輸出軸分別安裝有齒輪，直接帶動齒輪轉動。其特點是體積小、零回轉間隙、大減速比。可保證手臂運行精度，確保仿形的精確性。

所述的運動控制器為32軸運動控制器，可實時控制32臺伺服電機獨立運轉，并記錄對應的位置信息。其通過Ethercat總線控制，擁有傳輸速度快、通訊距離遠、抗干擾性強的特點。兩臺通訊設備間距可以達到100米，與100個伺服軸的通訊只需100μs。運動控制器實時控制伺服電機運轉，并記錄伺服電機反饋的編碼器信號，可保證對仿形位置的快速記錄和處理。

已知機械手尺寸，探頭長度A，小臂長度L1，大臂長度L2，連接板長度L3。其中L1=L2。初始狀態下，小臂和大臂平行于水平線、探頭與小臂在一條直線上。控制機械手的小臂以大臂的兩倍速度同方向旋轉，從而使大臂和小臂在任意時間與水平線的夾角α相同。當傳感器接觸到殼體時，可通過伺服電機編碼器反饋的位置計算出α，從而知道該點的Y軸、Z軸坐標分別為：Y=L3*Sinα+A*Cosα

Z=(2*L1+A)*Sinα+L3*Cosα

通過采集若干個坐標點，可將這些點擬合成殼體曲線。本發明所用的工業計算機采用常規的點擬合成曲線的程序就能完成，達到所要求的目的。