CN105479129A - 一种大尺寸重载筒形工件搬运对接装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大尺寸重载筒形工件搬运对接装置，包括搬运平台、姿态调整对接装置和支架组件，搬运平台包括通过连接组件相互连接并上下位移的Mecanum轮全向移动平台和气垫平台，姿态调整对接装置包括四组三轴移动***、托架、激光测距传感器、控制器和托架，托架上设有成三角形布置的三个激光测距传感器，支架组件上设有三个靶球；控制器接收所述激光测距传感器扫描靶球测得的数据并控制所述三轴移动***动作使主动对接工件和被动对接工件对接。该对接装置利用Mecanum轮全向移动平台的灵活性与气垫平台的载重特点，并利用三点确定平面的方法简化了传感器设置，适合大尺寸重载筒形工件的移动搬运和装配对接。

Description

一种大尺寸重载筒形工件搬运对接装置
技术领域
本发明涉及一种筒形工件对接装置，特别是涉及一种大尺寸重载筒形工件搬运对接装置。
背景技术
大尺寸重载筒形工件在部装和总装时，需要进行工序间的流转搬运和装配对接。通常采用架车或者行车将筒形工件搬运至装配工序，然后采用辅助工装将待装配部件缓慢移动，人工调整位姿、插销定位的装配对接方式。架车搬运转弯半径大，运动灵活性不足，难以根据装配对接位置调整车体姿态，行车的运行受到车间限制，跨车间的搬运不便。人工调整位姿、插销定位的装配方式效率低，对接面孔销配合精度低，装配应力大，影响工件的疲劳强度。
针对大型工件的对接，公开号为CN104330261A的中国专利公开了一种发动机大部件的自动对接装置，其利用了图像测量组件、激光测距组件、倾角传感器组件配合姿态调整支架和运动对接支架进行发动机部件的姿态调整和对接。但是该技术方案存在两方面问题，首先姿态调整支架和运动对接支架是固定在地面的，待对接的工件仍需要采用驾车或者行车搬运并吊装至相应位置，才能进行对接工作；其次，发动机部件空间姿态的调整需要依靠多个多种类传感器，图像测量组件测量标靶位置来控制对接面的对接方向，通过激光测距组件测量部件前后距离差判断部件的横向偏转，倾角传感器测量垂直偏转，因此整个传感与控制装置复杂，测量基准不同造成对接流程需要反复进行逐步调整才能达到理想状态。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种大尺寸重载筒形工件搬运对接装置，解决大尺寸工件搬运不便、对接装置复杂，对接流程繁琐的问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样的：一种大尺寸重载筒形工件搬运对接装置，包括搬运平台、姿态调整对接装置和支架组件，所述搬运平台包括通过连接组件相互连接并上下位移的Mecanum轮全向移动平台和气垫平台，所述Mecanum轮全向移动平台包括底盘和Mecanum轮，所述气垫平台包括双层盖板和设置在双层盖板底部的气垫，所述连接组件包括导轨、丝杆、滑块、凸轮、支座、楔形限位块、弹簧和顶杆，所述滑块设置在导轨上滑动，所述丝杆与滑块配合随滑块的滑动而转动，所述凸轮设置在丝杆上，所述楔形限位块设有楔形空腔并嵌设在所述支座内，所述顶杆轴线与所述丝杆的轴向垂直，所述顶杆末端与所述楔形空腔配合，所述弹簧设置在顶杆的末端与支座之间，所述顶杆的头端与所述凸轮边缘抵触，所述导轨、支座分别与所述底盘固定连接，所述滑块与所述双层盖板固定连接；
所述姿态调整对接装置设置在气垫平台上，所述姿态调整对接装置包括四组三轴移动***、托架、激光测距传感器和控制器，所述三轴移动***的顶端与所述托架球铰连接，所述托架用于承载主动对接工件，所述托架上与主动对接工件的对接面同向的侧面设有三个激光测距传感器，所述三个激光测距传感器成三角形布置；
所述支架组件用于承载被动对接工件，所述支架组件上与被动对接工件的对接面同向的侧面设有三个靶球，所述靶球布置方式与所述激光测距传感器布置方式相同；所述控制器接收所述激光测距传感器扫描靶球测得的数据并控制所述三轴移动***动作使主动对接工件和被动对接工件对接。
为了使气垫平台承载工件重量，所述双层盖板的顶部高于所述底盘的顶部。
进一步的，所述底盘包括前底盘和后底盘，所述前底盘和后底盘通过横梁连接。
进一步的，所述双层盖板包括左右两组，分别设置在所述横梁的两侧。
进一步的，所述两组双层盖板通过四个连接组件与前底盘和后底盘连接。
进一步的，所述前底盘设有四个Mecanum轮，所述后底盘设有四个Mecanum轮。
为了提升测量精度及便于控制，进一步的，所述三个激光测距传感器成直角三角形布置，且直角三角形相垂直的两条边分别为水平方向和垂直方向。
为了便于调整主动对接工件自身的转动，所述托架设有前后两组滚轮架，每组所述滚轮架包括相对布置的主动滚轮和从动滚轮，所述主动对接工件由所述两组滚轮架承载。
为了提升控制器控制效果，加快对接前主动对接工件的姿态调整，进一步的，所述托架设有三轴陀螺仪和三轴加速度传感器，所述控制器接收三轴陀螺仪和三轴加速度传感器信息以及激光测距传感器扫描靶球测得的数据并控制所述三轴移动***动作。
本发明所提供的技术方案的优点在于，1、将Mecanum轮全向移动平台的运动灵活性与气垫搬运平台重载搬运的优势结合起来，气垫搬运平台充气后顶升工件，Mecanum轮全向移动平台通过连接部件带动气垫搬运平台移动，可实现大尺寸重载工件的工序间灵活搬运，并可结合位姿传感器实现在设定装配区域内的粗定位，全向移动平台与气垫搬运平台间的连接部件可提高气垫平台在运动及对接过程中的平稳性；2、通过成直角三角形布置的三组激光测距传感器、三个靶球和位姿传感器，控制***在根据靶球坐标设定的扩展搜索区域内，采用行扫描的方式扫描测距，利用三点确定平面的方式控制四组三轴移动***，实现两个工件的轴线自动精确定位对接，简化了对接装置的传感器测量部分，大大提高了装配对接的效率和精度。
附图说明
图1为本发明立体结构示意图。
图2为本发明主视结构示意图。
图3为连接组件立体结构示意图。
图4为连接组件剖面结构示意图。
图5为托架与支架组件布置示意图。
图6为三轴移动***结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。
请参见图1及图2，大尺寸重载筒形工件搬运对接装置，包括搬运平台、姿态调整对接装置和支架组件9。搬运平台和姿态调整对接装置是用于承载和搬运主动对接工件6，并调整其姿态以实现对接的。其中搬运平台包括通过连接组件5相互连接并上下位移的Mecanum轮全向移动平台1和气垫平台2，Mecanum轮全向移动平台1包括底盘102和Mecanum轮101，底盘102采用箱型梁式结构，包括前底盘102a和后底盘102b，前底盘102a和后底盘102b通过横梁102c连接。前底盘102a和后底盘102b分别设有四个Mecanum轮101，成对称布置，采用八套伺服电机驱动。Mecanum轮全向移动平台1主要负责进行平面内的移动，运动学方程为：
其中：R为Mecanum轮半径，θi为Mecanum轮的转速，L0、L1、L2为Mecanum轮中心在平台坐标系中的位置尺寸，Vx、Vy、ω为Mecanum轮全向移动平台速度。
气垫平台2包括双层盖板201和设置在双层盖板201底部的气垫202，气垫平台2分成左右两部分设置在横梁102c的两侧，每个部分的双层盖板201底部设置两个高压气垫202。每个部分的双层盖板201通过两个连接组件5，整个气垫平台2共四个连接组件5分别与前底盘102a和后底盘102b连接。
请参见图3及图4，连接组件5包括导轨504、丝杆503、滑块502、凸轮501、支座508、楔形限位块507、弹簧506和顶杆505，滑块502设置在导轨504上滑动，丝杆503与滑块502配合随滑块502的滑动而转动，凸轮501设置在丝杆503上，楔形限位块507设有楔形空腔并嵌设在支座508内，顶杆505轴线与丝杆503的轴向垂直，顶杆505末端与楔形空腔配合，弹簧506设置在顶杆505的末端与支座508之间，顶杆505的头端与凸轮501边缘抵触，导轨504、支座508分别与Mecanum轮全向移动平台1的底盘102固定连接，滑块502与气垫平台2的双层盖板201固定连接，连接后双层盖板201顶部的高度高于底盘102顶部的高度。气垫平台2的气垫202充气时，双层盖板201带动滑块502向上移动，进而驱动丝杆503带动凸轮501转动，凸轮501将与其抵触的顶杆505向楔形限位块507内推进，分块设置的楔形限位块507随着顶杆505的压入向外胀开压紧支座508直至无法继续推进时，顶杆505、楔形限位块507和支座508相对固定。气垫202持续加压，丝杆503无法继续转动，滑块502也就不能继续上升，因此可以稳定气垫平台2的上升高度。当气垫202放气泄压时，滑块502下滑，丝杆503反向转动，弹簧506将顶杆505弹出，但随着丝杆503进一步转动，凸轮501再次将顶杆505向楔形限位块507内推进，直至无法继续推进时，丝杆503停止转动，滑块502无法继续下滑，气垫平台2到达最低位置，同样可以在此位置稳定。所以无论是在移动搬运过程，还是在对接调整过程中，通过连接组件5都可以实现气垫平台2垂直方向位置的相对稳定，利于搬运和调整对接。
请参见图5，图6并结合图2，姿态调整对接装置包括四组三轴移动***3、托架4、激光测距传感器403和控制器(图上未示出)，每组三轴移动***3由X轴的滑块丝杆导轨304、Y轴的滑块丝杆导轨305和Z轴的伸缩柱307组成，分别采用X轴伺服电机306、Y轴伺服电机302、Z轴伺服电机303、行星减速机驱动丝杠，带动螺母滑块沿导轨在X、Y、Z轴方向移动。伸缩柱307的顶端与托架4采用球铰301连接，托架4用于承载主动对接工件6，托架4上与主动对接工件6的对接面同向的侧面设有三个激光测距传感器403，三个激光测距传感器403成直角三角形布置，直角三角形相垂直的两条边分别为水平方向和垂直方向。托架4上还设有三轴陀螺仪和三轴加速度传感器构成的位姿传感器401。托架4设有前后两组滚轮架402，每组滚轮架402包括相对布置的主动滚轮和从动滚轮，主动对接工件6由两组滚轮架402承载。
支架组件9用于承载被动对接工件8，支架组件9上与被动对接工件8的对接面同向的侧面设有三个靶球7，靶球7布置方式与激光测距传感器403布置方式相同，同样为直角三角形，与激光测距传感器403形成的直角三角形相对应。控制器接收三轴陀螺仪和三轴加速度传感器信息以及激光测距传感器403扫描靶球7测得的数据并控制所述三轴移动***3动作使主动对接工件6和被动对接工件8对接。
主动对接工件和被动对接工件的对接步骤如下：
步骤一，Mecanum轮全向移动平台1上电，打开气垫平台2气泵，气垫202充气带动滑块502上浮至稳定位置，主动对接工件6吊装至搬运平台上面的托架4上，由两组滚轮架402承载。气垫平台2承载工件重量，遥控操作Mecanum轮全向移动平台1通过连接组件5实现带动气垫平台2移动到待装配区；
步骤二，在待装配区，被动对接工件8吊装至支架组件9。遥控操作全向移动搬运平台1，充分利用全向移动平台1的运动灵活性，实现两个工件轴线装配对接的粗定位，并调整控制两个工件对接端面的对接间距达到预定对接间距范围；
步骤三，在控制器中设定支架组件9上三个靶球7的坐标信息，根据三个靶球7的坐标信息和托架4上的三轴陀螺仪和三轴加速度传感器信息，控制器自动控制四组三轴移动***3，带动三个激光测距传感器403以行扫描方式搜索靶球7，利用三个激光测距传感器403和三个靶球7之间的距离关系，实现筒形工件轴线的自动对中精确定位；
步骤四，操作托架4上的滚轮架402的主动滚轮的伺服电机，与从动滚轮架配合使主动对接工件6绕自身轴线转动，实现工件轴线对中后工件端面销孔的定位；
步骤五，根据激光测距传感器403反馈的距离，控制器自动控制三轴移动***3中工件轴线方向的X轴伺服电机304实现两个工件端面的自动装配对接。

Claims (9)

1.一种大尺寸重载筒形工件搬运对接装置，其特征在于：包括搬运平台、姿态调整对接装置和支架组件(9)，所述搬运平台包括通过连接组件(5)相互连接并上下位移的Mecanum轮全向移动平台(1)和气垫平台(2)，所述Mecanum轮全向移动平台(1)包括底盘(102)和Mecanum轮(101)，所述气垫平台(2)包括双层盖板(201)和设置在双层盖板(201)底部的气垫(202)，所述连接组件(5)包括导轨(504)、丝杆(503)、滑块(502)、凸轮(501)、支座(508)、楔形限位块(507)、弹簧(506)和顶杆(505)，所述滑块(502)设置在导轨(504)上滑动，所述丝杆(503)与滑块(502)配合随滑块(502)的滑动而转动，所述凸轮(501)设置在丝杆(503)上，所述楔形限位块(507)设有楔形空腔并嵌设在所述支座(508)内，所述顶杆(505)轴线与所述丝杆(503)的轴向垂直，所述顶杆(505)末端与所述楔形空腔配合，所述弹簧(506)设置在顶杆(505)的末端与支座(508)之间，所述顶杆(505)的头端与所述凸轮(501)边缘抵触，所述导轨(504)、支座(508)分别与所述底盘(102)固定连接，所述滑块(502)与所述双层盖板(201)固定连接；
所述姿态调整对接装置设置在气垫平台(2)上，所述姿态调整对接装置包括四组三轴移动***(3)、托架(4)、激光测距传感器(403)和控制器，所述三轴移动***(3)的顶端与所述托架(4)球铰连接，所述托架(4)用于承载主动对接工件(6)，所述托架(4)上与主动对接工件(6)的对接面同向的侧面设有三个激光测距传感器(403)，所述三个激光测距传感器(403)成三角形布置；
所述支架组件(9)用于承载被动对接工件(8)，所述支架组件(9)上与被动对接工件(8)的对接面同向的侧面设有三个靶球(7)，所述靶球(7)布置方式与所述激光测距传感器(403)布置方式相同；所述控制器接收所述激光测距传感器(403)扫描靶球(7)测得的数据并控制所述三轴移动***(3)动作使主动对接工件(6)和被动对接工件(8)对接。
2.根据权利要求1所述的大尺寸重载筒形工件搬运对接装置，其特征在于：所述双层盖板(201)的顶部高于所述底盘(102)的顶部。
3.根据权利要求1所述的大尺寸重载筒形工件搬运对接装置，其特征在于：所述底盘(102)包括前底盘(102a)和后底盘(102b)，所述前底盘(102a)和后底盘(102b)通过横梁(102c)连接。
4.根据权利要求3所述的大尺寸重载筒形工件搬运对接装置，其特征在于：所述双层盖板(201)包括左右两组，分别设置在所述横梁(102c)的两侧。
5.根据权利要求3所述的大尺寸重载筒形工件搬运对接装置，其特征在于：所述两组双层盖板(201)通过四个连接组件(5)与前底盘(102a)和后底盘(102b)连接。
6.根据权利要求3所述的大尺寸重载筒形工件搬运对接装置，其特征在于：所述前底盘(102a)设有四个Mecanum轮(101)，所述后底盘(102c)设有四个Mecanum轮(101)。
7.根据权利要求1所述的大尺寸重载筒形工件搬运对接装置，其特征在于：所述三个激光测距传感器(403)成直角三角形布置，且直角三角形相垂直的两条边分别为水平方向和垂直方向。
8.根据权利要求1所述的大尺寸重载筒形工件搬运对接装置，其特征在于：所述托架(4)设有前后两组滚轮架(402)，每组所述滚轮架(402)包括相对布置的主动滚轮和从动滚轮，所述主动对接工件6由所述两组滚轮架(402)承载。
9.根据权利要求1所述的大尺寸重载筒形工件搬运对接装置，其特征在于：所述托架(4)设有三轴陀螺仪和三轴加速度传感器，所述控制器接收三轴陀螺仪和三轴加速度传感器信息以及激光测距传感器(403)扫描靶球(7)测得的数据并控制所述三轴移动***(3)动作。
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