[發(fā)明專利]一種大口徑光學(xué)元件精密潔凈裝配的自動化抓取裝置與方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710963796.4
• 申請日: 2017-10-17
• 公開（公告）號: CN107571273B
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王輝;龍凱;易聰之;裴國慶;熊召;袁曉東
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué);中國工程物理研究院激光聚變研究中心
• 主分類號: B25J15/00
• 分類號: B25J15/00;B25J15/06;B25J13/08
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 段俊濤

1.一種大口徑光學(xué)元件精密潔凈裝配的自動化抓取裝置，包括：

可重構(gòu)的末端執(zhí)行器(1)，采用真空吸附方式，包括中央主軸單元(3)，中央主軸單元(3)頂部設(shè)置用于連接操控機(jī)械臂(12)的法蘭聯(lián)接盤(2)，中央主軸單元(3)通過支撐桿系(5)連接組成吸盤陣列單元(4)的若干能夠獨立運動的單元體，各單元體通過支撐桿系(5)實現(xiàn)沿中央主軸單元(3)的軸向運動；所述中央主軸單元(3)包括空心主軸(7)，空心主軸(7)上自上而下設(shè)置有上固定環(huán)(8)、可移動環(huán)(9)及下固定環(huán)(10)，空心主軸(7)中內(nèi)置有一個單自由度伺服氣缸系統(tǒng)(11)，與可移動環(huán)(9)固聯(lián)裝配，按照輸入位移指令控制可移動環(huán)(9)沿空心主軸(7)的軸線方向上下移動；所述支撐桿系(5)由三組桿件組成，每組桿件的始端分別聯(lián)接于上固定環(huán)(8)、可移動環(huán)(9)和下固定環(huán)(10)之上；所述支撐桿系(5)的每組桿件的聯(lián)接方式均為單自由度轉(zhuǎn)動鉸鏈，能夠繞著鉸鏈中心銷軸上下轉(zhuǎn)動，兩個桿件組成一對，末端聯(lián)接于一個真空吸盤陣列單元(4)的單元體上的定位架鉸鏈銷軸上；

操控機(jī)械臂(12)，搭載所述末端執(zhí)行器(1)；

掃碼識別器(15)，讀取光學(xué)元件規(guī)格；

工藝數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(14)；

電氣輔助支持系統(tǒng)(16)；

計算機(jī)控制單元(13)，從工藝數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(14)進(jìn)行數(shù)據(jù)檢索，并操控所述末端執(zhí)行器(1)、操控機(jī)械臂(12)、掃碼識別器(15)以及電氣輔助支持系統(tǒng)(16)；

其特征在于，所述真空吸盤陣列單元(4)分成兩個群組，每一個群組同步上下運動，當(dāng)可移動環(huán)(9)由單自由度伺服氣缸系統(tǒng)(11)帶動上下移動時，這兩個群組的單元體的運動不同步，實際工作的真空吸盤陣列能夠吸附的光學(xué)元件口徑也跟著變化，從而實現(xiàn)對末端執(zhí)行器(1)的重構(gòu)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述大口徑光學(xué)元件精密潔凈裝配的自動化抓取裝置，其特征在于，所述真空吸盤陣列單元(4)中，每個單元體包括安裝有單自由度轉(zhuǎn)動鉸鏈的定位架，在定位架下方安裝有多個小型真空吸盤。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述大口徑光學(xué)元件精密潔凈裝配的自動化抓取裝置，其特征在于，所述的兩個群組中，第一群組中每個單元體的真空吸盤數(shù)量為a，第二群組中每個單元體的真空吸盤數(shù)量為b，a≠b。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述大口徑光學(xué)元件精密潔凈裝配的自動化抓取裝置，其特征在于，所述末端執(zhí)行器(1)還包括微型視頻跟蹤系統(tǒng)(6)，所述微型視頻跟蹤系統(tǒng)(6)包括四個微型視頻采集單元，分別安裝在末端執(zhí)行器(1)的四角上，對真空陣列單元四個角附近的空間進(jìn)行實時圖像采集，并傳送給計算機(jī)控制單元(13)進(jìn)行狀態(tài)分析。

5.基于權(quán)利要求1所述大口徑光學(xué)元件精密潔凈裝配的自動化抓取裝置的方法，當(dāng)光學(xué)元件進(jìn)入潔凈裝配環(huán)境中的指定裝配站位后，首先使用掃碼識別器(15)辨識出光學(xué)元件的規(guī)格型號，并將有關(guān)型號信息發(fā)送給計算機(jī)控制單元(13)；計算機(jī)控制單元(13)根據(jù)光學(xué)元件的規(guī)格型號從工藝數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(14)中檢索其對應(yīng)的任務(wù)操作指令集并按照如下步驟執(zhí)行任務(wù)指令：

步驟1：在計算機(jī)控制單元(13)的指令下，末端執(zhí)行器(1)中的單自由度伺服氣缸系統(tǒng)(11)按照指令流程規(guī)定的位移量移動，從而帶動真空吸盤陣列單元(4)運動，實現(xiàn)末端執(zhí)行器(1)的重構(gòu)，調(diào)整到對應(yīng)的口徑；

步驟2：操控機(jī)械臂(12)根據(jù)任務(wù)指令調(diào)整姿態(tài)，攜帶末端執(zhí)行器(1)完成與光學(xué)元件對準(zhǔn)和表面接觸，同時，通過微型視頻跟蹤系統(tǒng)(6)進(jìn)行過程監(jiān)控，保障任務(wù)的準(zhǔn)確安全執(zhí)行；

步驟3：帶有真空泵的電氣輔助支持系統(tǒng)(16)開始工作，末端執(zhí)行器(1)中的真空吸盤陣列單元(4)完成與光學(xué)元件的吸附任務(wù)；

步驟4：根據(jù)指定的裝配路徑，操控機(jī)械臂(12)攜帶末端執(zhí)行器(1)進(jìn)行運動，將元件放置到指定裝配工位，通過視頻光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行過程監(jiān)控，保障任務(wù)的準(zhǔn)確安全執(zhí)行；

步驟5：完成裝配操作后，末端執(zhí)行器(1)卸載，并由操控機(jī)械臂(12)攜帶末端執(zhí)行器(1)回復(fù)原位。