用于空間異型管路焊接的多點柔性夾持裝置的制造方法
【專利摘要】一種用于空間異型管路焊接的多點柔性夾持裝置，包括：固定底板、龍門架、兩自由度移動機構、三軸平面操作臂、管路‐接頭復合夾鉗和滑動設置于固定底板上的五自由度位姿調整機構，其中：兩自由度移動機構滑動設置于龍門架的水平部分，三軸平面操作臂與兩自由度移動機構相連并位于兩自由度移動機構的下方；龍門架橫跨固定底板滑動設置于水泥地基上，五自由度位姿調整機構在固定底板上沿龍門架方向等間距分布；管路‐接頭復合夾鉗設置于五自由度位姿調整機構上方；本發(fā)明設計合理，作業(yè)快速準確，適用于大型管路的夾持和支撐。
【專利說明】
用于空間異型管路焊接的多點柔性夾持裝置
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及的是一種機械加工領域的技術，具體是一種用于空間異型管路焊接的多點柔性夾持裝置。
【背景技術】
[0002]空間導管系統(tǒng)是一個由若干接頭和異型管構成的復雜空間體系，主要作用是實現(xiàn)流體系統(tǒng)的連通關系，常用于聯(lián)接汽車、飛機乃至航天設備的氣路、油路等系統(tǒng)?？臻g導管系統(tǒng)的制造通常采用焊接工藝實現(xiàn)，傳統(tǒng)的手工定位-焊接方法目前仍是該領域最為常用的技術手段。這種方法生產效率低、定位精度差，無法滿足自動化生產對于效率和精度的要求。針對此問題，需要設計一種適合復雜空間管路焊接的柔性夾持工裝，解決接頭零件的位姿調整速度和精度問題，實現(xiàn)基于儀器設備位姿數(shù)據(jù)的離體式空間管路焊接工藝，從而提高生產效率。
[0003]目前的管路焊接夾持工裝大多是針對簡單、輕質的管路系統(tǒng)設計的，可以處理空調、冰箱、汽車等設備管路系統(tǒng)的焊接，但不能實現(xiàn)對運載火箭等大型設備管路的可靠夾持和支撐，并且自由度不足的問題不僅使得它們無法實現(xiàn)對一系列尺寸管路的柔性夾持，而且還會減小其操作范圍，降低焊接作業(yè)的靈活性。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術無法柔性夾持異型管道接頭、夾持裝置的數(shù)目和相對運動范圍較少，且難以解決復雜空間管路系統(tǒng)中各管道相對位姿調整等問題，提出一種用于空間異型管路焊接的多點柔性夾持裝置，通過滑動設置于固定底板上的五自由度位姿調整機構，對管道進行快速定位，并通過管路-接頭復合夾鉗實現(xiàn)對軸向尺寸較大的管道和管道接頭的柔性夾持，作業(yè)靈活度高。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
[0006]本發(fā)明包括:固定底板、龍門架、兩自由度移動機構、三軸平面操作臂、管路-接頭復合夾鉗和滑動設置于固定底板上的五自由度位姿調整機構，其中:兩自由度移動機構滑動設置于龍門架的水平部分，三軸平面操作臂與兩自由度移動機構相連并位于兩自由度移動機構的下方;龍門架橫跨固定底板滑動設置于水泥地基上，五自由度位姿調整機構在固定底板上沿龍門架方向等間距分布;管路-接頭復合夾鉗設置于五自由度位姿調整機構上方。
[0007]所述的兩自由度移動機構包括:相互滑動設置的X軸移動平臺和Z軸移動平臺，其中:X軸移動平臺的運動方向與龍門架的水平部分平行，Z軸移動平臺在豎直平面內運動，方向正交于龍門架的水平部分。
[0008]所述的三軸平面操作臂與兩自由度移動機構的Z軸移動平臺相連，并且三軸平面操作臂的末端連接有焊接設備。
[0009]所述的五自由度位姿調整機構包括:由上而下依次相連的A/C軸擺頭機構、Z軸移動平臺、X軸移動平臺和Y軸移動平臺，其中:z軸移動平臺滑動設置于X軸移動平臺上，X軸移動平臺滑動設置于Y軸移動平臺上。
[0010]所述的A/C軸擺頭機構包括:A軸擺頭、C軸擺頭和擺頭基座，其中:C軸擺頭與擺頭基座轉動連接，A軸擺頭與C軸擺頭轉動連接，A軸擺頭轉動的軸線與C軸擺頭轉動的軸線正交。
[0011]所述的Z軸移動平臺、X軸移動平臺和Y軸移動平臺采用塔式POGO柱布局。
[0012]所述的管路-接頭復合夾鉗包括:夾鉗基座、設置于夾鉗基座上方的單自由度接頭夾鉗、接頭固定套和管路支座，其中:接頭固定套固定設置于單自由度接頭夾鉗的末端，管路支座分別設置于單自由度接頭夾鉗的兩側并與接頭固定套同軸設置。
[0013]所述的A軸擺頭與夾鉗基座相連。
[0014]所述的單自由度接頭夾鉗包括:驅動連桿、下連桿和上連桿，其中:驅動連桿與下連桿鉸接，上連桿分別與驅動連桿和下連桿鉸接。
[0015]所述的驅動連桿穿過夾鉗基座設置。
[0016]所述的接頭固定套與上連桿固定連接。
[0017]可選的，所述的接頭固定套與上連桿一體成形。
[0018]所述的管路支座包括:管夾蓋和管路襯套，其中:管夾蓋為兩個鉸接的半筒狀結構，管路襯套固定設置于管夾蓋內側。
[0019]所述的滑動設置是指:與絲杠相連的相對運動部分通過移動驅動組件在水平設置的并且與絲杠相配合的導軌上滑動。
技術效果
[0020]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明能夠按照管路布置方式的要求，夾持一定外徑的各式接頭零件進行快速、精確的空間定位和姿態(tài)調整，并可在焊接過程中對軸向尺寸較大的彎管進行輔助支撐，以減小焊接位置處的形位誤差，提高焊接質量。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明不意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明正視圖；
[0023]圖3為本發(fā)明側視圖；
[0024]圖4為兩自由度移動機構示意圖；
[0025]圖5為五自由度位姿調整機構示意圖；
[0026]圖6為管路-接頭復合夾鉗示意圖；
[0027]圖7為滑動設置示意圖；
[0028]圖中:I固定底板、2五自由度位姿調整機構、3、4、5分別五自由度位姿調整機構的Y軸移動平臺、X軸移動平臺、Z軸移動平臺、6A/C軸擺頭機構、7管路-接頭復合夾鉗、8龍門架、9兩自由度移動機構、10、11分別兩自由度移動機構的X軸移動平臺、Z軸移動平臺、12三軸平面操作臂、13管道、14水泥地基、15A軸擺頭、16C軸擺頭、17擺頭基座、18單自由度接頭夾鉗、19驅動連桿、20夾鉗基座、21下連桿、22上連桿、23接頭固定套、24管路支座、25管夾蓋、26管路襯套、27導軌、28絲杠、29移動驅動組件。
【具體實施方式】
[0029]下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
實施例1
[0030]如圖1?3所示，本實施例包括:固定底板1、龍門架8、兩自由度移動機構9、三軸平面操作臂12、八個管路-接頭復合夾鉗7和滑動設置于固定底板I上的八個五自由度位姿調整機構2，其中:兩自由度移動機構9滑動設置于龍門架8的水平部分，三軸平面操作臂12與兩自由度移動機構9相連并位于兩自由度移動機構9的下方;龍門架8橫跨固定底板I滑動設置于水泥地基14上，五自由度位姿調整機構2在固定底板I上沿龍門架8方向等間距分布;管路-接頭復合夾鉗7設置于五自由度位姿調整機構2上方。
[0031]所述的固定底板I是指平整加工的鋼板，通過地腳安裝和經平整修飾好的水泥地基14固定。
[0032]所述的龍門架8為鋼制桁架，用來沿Y軸方向移動焊接設備。
[0033]如圖4所示，所述的兩自由度移動機構9包括:相互滑動設置的X軸移動平臺10和Z軸移動平臺11，其中:X軸移動平臺10的運動方向與龍門架8的水平部分平行，Z軸移動平臺11在豎直平面內運動，方向正交于龍門架8的水平部分。
[0034]所述的三軸平面操作臂12的三個轉動軸線相互平行，并通過緊固螺紋與兩自由度移動機構9的Z軸移動平臺11的下端相連。
[0035]所述的三軸平面操作臂12的末端連接有焊接設備。
[0036]所述的三軸平面操作臂12為商用平面機械臂，用于調整焊接設備在平面內的二維姿態(tài)。
[0037]如圖5所示，所述的五自由度位姿調整機構2包括:由上而下依次相連的A/C軸擺頭機構6、Z軸移動平臺5、X軸移動平臺4和Y軸移動平臺3，其中:Z軸移動平臺5滑動設置于X軸移動平臺4上，X軸移動平臺4滑動設置于Y軸移動平臺3上。
[0038]所述的A/C軸擺頭機構6包括:A軸擺頭15、C軸擺頭16和擺頭基座17，其中:C軸擺頭16與擺頭基座17轉動連接，A軸擺頭15與C軸擺頭16轉動連接，兩個轉動連接為串聯(lián)關系。
[0039]所述的C軸擺頭16的轉動為扭轉運動，轉動軸線平行于豎直方向；A軸擺頭15的轉動為俯仰運動，A軸擺頭15的轉動軸線正交于C軸擺頭16的轉動軸線并與固定底板I所在平面平行。
[0040]所述的A軸擺頭15和C軸擺頭16內的轉動連接通過轉動直驅組件實現(xiàn)無干涉范圍內任意角度的轉動。
[0041]所述的五自由度位姿調整機構2的Z軸移動平臺5、X軸移動平臺4和Y軸移動平臺3采用塔式POGO柱布局。
[0042]如圖6所示，所述的管路-接頭復合夾鉗7包括:夾鉗基座20、設置于夾鉗基座20上方的單自由度接頭夾鉗18、接頭固定套23和兩個管路支座24，其中:接頭固定套23固定設置于單自由度接頭夾鉗18的末端，管路支座24分別設置于單自由度接頭夾鉗18的兩側并與接頭固定套23同軸設置。
[0043]所述的單自由度接頭夾鉗18包括:驅動連桿19、下連桿21和上連桿22，其中:驅動連桿19與下連桿21鉸接，上連桿22分別與驅動連桿19和下連桿21鉸接。
[0044]所述的驅動連桿19穿過夾鉗基座20設置。
[0045]所述的A軸擺頭15通過緊固螺紋與夾鉗基座20相連。
[0046]所述的接頭固定套23與上連桿22固定連接。
[0047]可選的，所述的接頭固定套23與上連桿22作為一整體結構進行加工制造。
[0048]所述的下連桿21通過移動直驅組件實現(xiàn)無干涉范圍內任意距離的移動。
[0049]所述的管路支座24包括:管夾蓋25和管路襯套26，其中:管夾蓋25為兩個鉸接的半筒狀結構，管路襯套26固定設置于管夾蓋25內側。
[0050]所述的管夾蓋25下方的半筒狀結構和夾鉗基座20為一體鑄造的鋼制結構。
[0051]所述的管路襯套26和接頭固定套23分別根據(jù)管道13外徑和管道接頭類型進行相應設計，并分別與管道13外表面和管道接頭的外表面柔性貼合。
[0052]如圖7所示，所述的滑動設置是指:與絲杠28相連的相對運動部分通過移動驅動組件29在水平設置的并且與絲杠28相配合的導軌27上滑動。
[0053]所述的相對運動部分通過移動驅動組件29實現(xiàn)在對應導軌27的全長范圍內任意距離的移動。
[0054]所述的移動驅動組件29、轉動直驅組件和移動直驅組件均采用伺服電機驅動，可直接利用伺服電機自帶的旋轉編碼器或光柵尺作為位移/角度傳感器。
[0055]工作時，根據(jù)儀器設備接頭的位姿數(shù)據(jù)以及管道13的形狀和接頭的類型，生成位姿調整機構的控制方法，利用伺服電機驅動五自由度位姿調整機構2，對管路-接頭復合夾鉗7進行位姿調整，并完成對管道13和管道接頭的裝夾;基于給定的管路焊接工藝要求，通過伺服電機自帶的位移/角度傳感器反饋的位姿數(shù)據(jù)，對安裝在三軸平面操作臂12末端的焊接設備進行軌跡規(guī)劃，并驅動龍門架8、兩自由度移動機構9和三軸平面操作臂12以最佳軌跡運動，完成對管道13和管道接頭的焊接。
【主權項】
1.一種用于空間異型管路焊接的多點柔性夾持裝置，其特征在于，包括:固定底板、龍門架、兩自由度移動機構、三軸平面操作臂、管路-接頭復合夾鉗和滑動設置于固定底板上的五自由度位姿調整機構，其中:兩自由度移動機構滑動設置于龍門架的水平部分，三軸平面操作臂與兩自由度移動機構相連并位于兩自由度移動機構的下方;龍門架橫跨固定底板滑動設置于水泥地基上，五自由度位姿調整機構在固定底板上沿龍門架方向等間距分布；管路-接頭復合夾鉗設置于五自由度位姿調整機構上方； 所述的兩自由度移動機構包括:相互滑動設置的X軸移動平臺和Z軸移動平臺，其中:x軸移動平臺的運動方向與龍門架的水平部分平行，Z軸移動平臺在豎直平面內運動，方向正交于龍門架的水平部分； 所述的五自由度位姿調整機構包括:由上而下依次相連的A/C軸擺頭機構、Z軸移動平臺、X軸移動平臺和Y軸移動平臺，其中:Z軸移動平臺滑動設置于X軸移動平臺上，X軸移動平臺滑動設置于Y軸移動平臺上； 所述的三軸平面操作臂的三個轉動軸線相互平行，并通過緊固螺紋與兩自由度移動機構的Z軸移動平臺的下端相連。2.根據(jù)權利要求1所述的多點柔性夾持裝置，其特征是，所述的三軸平面操作臂與兩自由度移動機構的Z軸移動平臺相連，并且三軸平面操作臂的末端連接有焊接設備。3.根據(jù)權利要求1所述的多點柔性夾持裝置，其特征是，所述的A/C軸擺頭機構包括:A軸擺頭、C軸擺頭和擺頭基座，其中:C軸擺頭與擺頭基座轉動連接，A軸擺頭與C軸擺頭轉動連接，A軸擺頭轉動的軸線與C軸擺頭轉動的軸線正交。4.根據(jù)權利要求1所述的多點柔性夾持裝置，其特征是，所述的Z軸移動平臺、X軸移動平臺和Y軸移動平臺采用塔式POGO柱布局。5.根據(jù)權利要求1所述的多點柔性夾持裝置，其特征是，所述的管路-接頭復合夾鉗包括:夾鉗基座、設置于夾鉗基座上方的單自由度接頭夾鉗、接頭固定套和管路支座，其中:接頭固定套固定設置于單自由度接頭夾鉗的末端，管路支座分別設置于單自由度接頭夾鉗的兩側并與接頭固定套同軸設置。6.根據(jù)權利要求5所述的多點柔性夾持裝置，其特征是，所述的A/C軸擺頭機構包括:A軸擺頭、C軸擺頭和擺頭基座，其中:C軸擺頭與擺頭基座轉動連接，A軸擺頭與C軸擺頭轉動連接，A軸擺頭轉動的軸線與C軸擺頭轉動的軸線正交，A軸擺頭與夾鉗基座相連。7.根據(jù)權利要求5所述的多點柔性夾持裝置，其特征是，所述的單自由度接頭夾鉗包括:驅動連桿、下連桿和上連桿，其中:驅動連桿與下連桿鉸接，上連桿分別與驅動連桿和下連桿鉸接，驅動連桿穿過夾鉗基座設置，接頭固定套與上連桿固定連接。8.根據(jù)權利要求7所述的多點柔性夾持裝置，其特征是，所述的接頭固定套與上連桿一體成形。9.根據(jù)權利要求5所述的多點柔性夾持裝置，其特征是，所述的管路支座包括:管夾蓋和管路襯套，其中:管夾蓋為兩個鉸接的半筒狀結構，管路襯套固定設置于管夾蓋內側。10.根據(jù)權利要求1所述的多點柔性夾持裝置，其特征是，所述的滑動設置是指:與絲杠相連的相對運動部分通過移動驅動組件在水平設置的并且與絲杠相配合的導軌上滑動。
【文檔編號】B23K37/047GK105945496SQ201610490424
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月29日
【發(fā)明人】王皓, 潘浩, 陳根良, 趙勇, 余海東, 來新民
【申請人】上海交通大學