CN114102493B - 一种辅助定位机械手装置及辅助定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于机械设备领域，尤其涉及空间定位的机械手装置，具体涉及一种辅助定位机械手装置及辅助定位方法，在安装板状构件时，能够起到精准的辅助定位安装作用，大大提高安装效率，省时省力，其包括底座、推板和推动机构，所述底座的前端面设有两个能前后伸缩的挂钩；所述底座上设有定位孔，所述推动机构设置在所述底座上，所述推板竖直向安装在所述推动机构上，所述推动机构能够带动所述推板往前移动；当所述推动机构将所述推板往前移动最远距离时，所述推板的前侧面与所述底座的前端面重合。

Description

一种辅助定位机械手装置及辅助定位方法

技术领域

本发明属于机械设备领域，尤其涉及空间定位的机械手装置，具体涉及一种辅助定位机械手装置及辅助定位方法。

背景技术

机械手是一种能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置,其特点是可以通过编程来完成各种预期的作业，构造和性能上兼有人和机械手机器各自的优点。机械手多用于机械工程应用，主要是应用在零部件在空间上的位置移动或者整体的组装，用来代替人工操作，提高安全性的同时，来节省劳动力。

在机械工程领域，需要竖直向定位安装沉重的板状构件，例如大型机床设备的组装板安装。该类板状构件的特点是，往往长宽都在2m以上，且本身质量较大。为了保证安装的稳定性和定位准确性，会在安装面上预留两排15公分以上的定位销，而板状构件的底部会预装定位套筒，定位套筒与定位销是一一对应的关系。由于板状构件的底部为矩形轮廓，因此在安装过程中，在安装面上画出与板状构件底部轮廓尺寸相符的定位基线，先将板状构件搬运到安装面的上方位置，然后下落，并需要保证每个定位销一一对应***定位套筒内。在安装过程中需要4-6位施工人员一同操作，在没有专业的定位、限位工具的情况下仅靠施工员眼手配合，不仅费时费力，而且难以实现安装定位精准控制，如果没有安装到位而强行装配，在后期验收时发现问题，也为时已晚，补救措施浪费了大量人力物力和时间，现有技术中，并没有可以辅助定位的机械手装置，因此，这成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种辅助定位机械手装置及方法，在安装板状构件时，能够起到精准的辅助定位安装作用，大大提高安装效率，省时省力。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种辅助定位机械手装置，包括底座、推板和推动机构，所述底座的前端面设有两个能前后伸缩的挂钩；

所述底座上设有定位孔，所述推动机构设置在所述底座上，所述推板竖直向安装在所述推动机构上，所述推动机构能够带动所述推板往前移动；

当所述推动机构将所述推板往前移动最远距离时，所述推板的前侧面与所述底座的前端面重合。

进一步的，所述推动机构包括立柱、气缸、上连杆组和下连杆组，所述立柱竖直向固定在所述底座的顶面，所述上连杆组和下连杆组的一端均铰接在所述立柱的前侧面、另一端铰接在所述推板的后侧面，所述立柱、推板、上连杆组和下连杆组形成平行四边形机构，所述气缸的壳体底端铰接在所述立柱的前侧面，所述气缸的活动端铰接在所述下连杆组上。

进一步的，所述上连杆组和下连杆组均有两个左右对称分布的连杆组成，在下连杆组中的两个连杆之间设有推杆，所述气缸的活动端铰接在所述推杆。

进一步的，每个挂钩均由伸缩驱动机构控制，所述伸缩驱动机构包括滑板、传动螺杆和传动螺母，所述滑板固定在所述挂钩的后端，所述底座内沿着前后方向设有滑槽，所述滑板配合在所述滑槽内并能相对前后移动，所述传动螺杆沿着前后方向回旋在底座上，所述传动螺母配合在所述传动螺杆，所述传动螺母连接所述滑板。

进一步的，所述伸缩驱动机构还包括第一驱动电机，所述第一驱动电机安装在所述底座上，所述第一驱动电机的输出轴通过锥齿轮传动组件连接所述传动螺杆。

进一步的，所述推板的顶端设有向后倾斜的导向板。

进一步的，还包括控制器、感应开关、距离传感器和图像识别模块，所述感应开关、距离传感器和图像识别模块均电连接在所述控制器上，所述距离传感器设置在所述底座靠近前端的位置，所述图像识别模块设置在所述立柱上，所述立柱的顶部设有支架，所述感应开关设置在所述支架上，所述感应开关的位置高度不低于所述推板的顶端。

一种辅助定位方法，采用本发明所述辅助定位机械手装置进行该方法，包括以下步骤：

（1）在安装面上标记出矩形状的定位基线，并准备至少两个辅助定位机械手装置，以定位基线的任一直角的顶点为原点，将其中一条直角边定义为X线，另一条直角边定义为Y线；

（2）将一个辅助定位机械手装置放置在X线外部，使两个挂钩分别挂在两根定位销上，然后调整两个挂钩的前后伸缩长度，使底座的前端与X线对齐，然后用固定螺栓配合定位孔将底座固定在地面上；

将一个辅助定位机械手装置放置在Y线外部，使两个挂钩分别挂在两根定位销上，然后调整两个挂钩的前后伸缩长度，使底座的前端与Y线对齐，然后用固定螺栓配合定位孔将底座固定在地面上；

（3）进入板状构件吊装阶段，使用吊装机构将板状构件悬吊至定位基线的上方，使板状构件下降接近定位基线；

（4）当板状构件进入工作范围时，各个辅助定位机械手装置开始工作，每个辅助定位机械手装置的推动机构带动推板往前移动，随着板状构件下降，各个推板接触板状构件的侧壁进行限位并推动；

当推动机构将推板往前移动最远距离时，推板的前侧面与底座的前端面重合，板状构件沿着推板下落，最终使板状构件的底面与定位基线上下对齐，从而保证板状构件底部的定位套筒与安装面的定位销一一对齐，使定位销对应***定位套筒内；

（5）当板状构件下降到接近挂钩的位置时，将辅助定位机械手装置的挂钩解除固定，将挂钩从定位销上脱离，使板状构件继续下降最终吊装到位。

进一步的，采用四个辅助定位机械手装置，四个辅助定位机械手装置两两对称分布在定位基线的四条边外侧。

进一步的，通过图像识别模块用于识别和记录板状构件进入工作范围内的安装过程，在底座上安装距离传感器，距离传感器用于检测板状构件是否准确安装就位。

本发明与现有技术相比所取得的有益效果如下：

1、本发明所述辅助定位机械手装置，通过挂钩挂在定位销上，然后将底座固定，配合挂钩保证底座的稳定性，通过能往前移动的推板，来引导限位板状构件下降过程，实现板状构件准确的安装，保证定位套筒与定位销一一对应插接，能够起到精准的辅助定位安装作用；

本发明所述板状构件辅助安装定位方法通过使用本发明的装置，大大提高了板状构件的安装效率，省时省力；

2、推动机构由立柱、气缸、上连杆组和下连杆组，保证推板能够稳定的往前移动，且始终保证竖直方向，对板状构件进行导向限位；

3、伸缩驱动机构控制挂钩伸缩，能够精确调节挂钩的长度，增加了应用范围；

4、配合控制器、感应开关、距离传感器和图像识别模块，能够实现整体装置的自动化控制，完善施工影像资料的记录；

5、本发明用途广泛，涉及重型的板状构件定位安装，值得在机械工程领域推广。

附图说明

图1为本发明所述辅助定位机械手装置立体示意图；

图2为本发明所述辅助定位机械手装置带有连墙支架的立体示意图；

图3为本发明所述辅助定位机械手装置底部结构示意图；

图4为本发明所述辅助定位方法第二步施工状态图；

图5为本发明所述辅助定位方法第三步施工状态图；

图6为本发明所述辅助定位方法第五步施工状态图；

图中：1、推板，2、挂钩，3、螺栓孔，4、连墙支架，5、滑板，6、距离传感器，7、定位孔，8、底座，9、第一驱动电机，10、传动螺杆，11、传动螺母，12、立柱，13、气缸，14、上连杆组，15、下连杆组，16、推杆，17、图像识别模块，18、感应开关。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1-3所示，本发明公开一种辅助定位机械手装置，包括底座8、推板1、推动机构、伸缩驱动机构、控制器、感应开关18、距离传感器6 、图像识别模块17和两个挂钩2，底座8为矩形的块状结构，在底座8的表面上加工有定位孔7，用于方便与地面固定。

两个挂钩2左右对称分布在底座8的前端面上，每个挂钩2均由伸缩驱动机构控制，所述伸缩驱动机构包括滑板5、传动螺杆10、传动螺母11、第一驱动电机9和锥齿轮传动组件，在底座8内沿着前后方向加工有滑槽，滑板5为长板条状结构，滑板5配合在所述滑槽内并能相对前后移动，滑板5的前端通过螺栓组件以可拆卸的方式固定连接挂钩2的后端，如此设计，方便将挂钩从滑板5上拆除。传动螺杆10沿着前后方向通过轴承座组件回旋安装在底座8的顶部，传动螺母11配合安装在所述传动螺杆10，所述传动螺母11与所述滑板5固定连接。第一驱动电机9安装在所述底座8上，所述第一驱动电机9的输出轴通过锥齿轮传动组件连接所述传动螺杆10，第一驱动电机9选用带有减速器的伺服电机即可，第一驱动电机9通过驱动传动螺杆10正反转，从而带动滑板5在滑槽内沿着前后方向移动实现挂钩2的伸缩。

推动机构包括立柱12、气缸13、上连杆组14和下连杆组15，立柱12竖直向固定在底座8的顶部，立柱12为矩形板状结构。上连杆组14的一端通过销轴组件铰接在所述立柱12的前侧面、另一端通过销轴组件铰接在所述推板1的后侧面，上连杆组14和下连杆组15的长度相等且均有两个左右对称分布的连杆组成，在下连杆组15中的两个连杆之间安装有推杆16，所述立柱12、推板1、上连杆组14和下连杆组15在竖直平面上形成平行四边形机构，从而保证推板1始终处于竖直状态。所述气缸13的壳体底端通过销轴组件铰接在所述立柱12的前侧面，所述气缸13的活动端铰接在所述下连杆组15上的推杆。如此设计，当气缸13伸长时，推动机构带动推板1往前平移，当气缸13回缩时，推动机构带动推板1往后平移，当推动机构将所述推板1往前移动最远距离时，所述推板1的前侧面与所述底座8的前端面重合。为了方便引导板状构件进入工作范围，在推板1的顶端加工有向后倾斜15°-30°的导向板。

将距离传感器6 设置在所述底座8的顶面靠近前端的位置，距离传感器6 ，又叫做位移传感器，用于感应其与某物体间的距离。在本发明中，距离传感器6 用于检测板状构件是否安装到位。将图像识别模块17设置在所述立柱12上，图像识别模块17用于识别和记录板状构件进入工作范围内的安装过程，从而进行工程备案，方便以后查看。在立柱12的顶部安装有支架，将感应开关18设置在所述支架上，所述感应开关18的位置高度与所述推板1的顶端高度一致，气缸13、感应开关18、距离传感器6 和图像识别模块17均电连接在所述控制器上，当感应开关18检测到板状构件进入工作范围后，反馈信号给控制器，控制器传递信号给距离传感器6 和图像识别模进入工作状态。

实施例1

以厂房内在基台的安装面上定位安装大型机床的组装竖板（长3m、宽2m、厚40cm的金属板）为例，本发明所述组装竖板辅助安装定位方法，包括以下步骤：

（1）在预安装的安装面上用墨线画出矩形状的定位基线，并准备四个辅助定位机械手装置，以定位基线的任一直角的顶点为原点，将其中一条直角边定义为X线，另一条直角边定义为Y线；

（2）如图4所示，将一个辅助定位机械手装置放置在X线外部，使两个挂钩2分别挂在安装面的两根定位销上，然后分别调节两个伸缩驱动机构来调整两个挂钩2的前后伸缩长度，使底座8的前端与X线对齐，然后用固定螺栓配合定位孔7将底座8固定在地面上；

将一个辅助定位机械手装置放置在Y线外部，使两个挂钩2分别挂在两根定位销上，然后调整两个挂钩2的前后伸缩长度，使底座8的前端与Y线对齐，然后用固定螺栓配合定位孔7将底座8固定在地面上；

其余两个辅助定位机械手装置安装上述相同步骤进行操作定位，最终使四个辅助定位机械手装置以两两相互对称分布的方式固定在定位基线的四条边外侧；

（3）如图5所示，进入组装竖板吊装阶段，使用吊装机构将组装竖板吊装到定位基线的上方，使组装竖板下降接近定位基线；

（4）当组装竖板进入工作范围时，感应开关18检测到组装竖板，反馈给控制器，控制器传达信号给气缸13、距离传感器6 和图像识别模块17，使各个组成开始工作，其中气缸13开始伸长，使推板1往前平移，推板1顶部的导向板能够初步干涉调整组装竖板的下落角度，当组装竖板继续下落到推板1垂直面部位时，各个推板1接触组装竖板的侧壁进行限位并能缓慢推动组装竖板到定位基线的范围内，当推板1平移到最远距离时，推板1的前侧面与定位基线上下对齐，从而保证板状构件底部的定位套筒与安装面的定位销一一对齐，使定位销对应***定位套筒内；

（5）如图6所示，当组装竖板下降到距离挂钩2的5cm位置时，将辅助定位机械手装置的挂钩2先从滑板上拆除分离，然后从定位销上脱离，同时保证底座8的固定，使组装竖板继续下降最终吊装到位；距离感应器可判断组装竖板否到达指定安装位置，如果组装竖板因为特殊情况偏离定位基线，可以发出信号警告，方便操作人员进行调整。

实施例2

本发明所述墙体辅助安装定位方法及辅助定位机械手装置不但能应用在机床安装，也能应用在建筑施工中竖直装配式的墙体定位安装上。此类墙体在安装时，在安装面上预埋有两排定位销，该定位销一般采用预制钢筋制作而成，墙体的底部预埋有定位套筒，然后安装墙体时，使定位销与定位套筒一一对应插接。

以采用本发明所述辅助定位机械手装置在水平地面上定位安装墙体为例，本发明所述墙体辅助安装定位方法，包括以下步骤：

（1）在预安装的安装面上用墨线画出矩形状的定位基线，并准备四个辅助定位机械手装置，以定位基线的任一直角的顶点为原点，将其中一条直角边定义为X线，另一条直角边定义为Y线；

（2）将一个辅助定位机械手装置放置在X线外部，使两个挂钩2分别挂在安装面的两根预制钢筋上，然后分别调节两个伸缩驱动机构来调整两个挂钩2的前后伸缩长度，使底座8的前端与X线对齐，然后用固定螺栓配合定位孔7将底座8固定在地面上；

将一个辅助定位机械手装置放置在Y线外部，使两个挂钩2分别挂在两根预制钢筋上，然后调整两个挂钩2的前后伸缩长度，使底座8的前端与Y线对齐，然后用固定螺栓配合定位孔7将底座8固定在地面上；

其余两个辅助定位机械手装置安装上述相同步骤进行操作定位，最终使四个辅助定位机械手装置以两两相互对称分布的方式固定在定位基线的四条边外侧；

（3）进入墙体吊装阶段，使用吊装机构将墙体吊装到定位基线的上方，使墙体下降接近定位基线；

（4）当墙体进入工作范围时，感应开关18检测到墙体，反馈给控制器，控制器传达信号给气缸13、距离传感器6 和图像识别模块17，使各个组成开始工作，其中气缸13开始伸长，使推板1往前平移，推板1顶部的导向板能够初步干涉调整墙体的下落角度，当墙体继续下落到推板1垂直面部位时，各个推板1接触墙体的侧壁进行限位并能缓慢推动墙体到定位基线的范围内，当推板1平移到最远距离时，推板1的前侧面与定位基线上下对齐，从而保证墙体底部的定位套筒与安装面的预制钢筋一一对齐，使预制钢筋对应***定位套筒内；；

（5）当墙体下降到距离挂钩2的5cm位置时，将辅助定位机械手装置的挂钩2先从滑板上拆除分离，然后从预制钢筋上脱离，同时保证底座8的固定，使墙体继续下降最终吊装到位；距离感应器可判断墙体否到达指定安装位置，如果墙体因为特殊情况偏离定位基线，可以发出信号警告，方便操作人员进行调整。

实施例3

以采用本发明所述辅助定位机械手装置在已装墙体上定位安装墙体为例，需在底座8的底部安装有竖直向分布的连墙支座，连墙支座为板状结构，连墙支座前侧面与底座8的前端面上下对齐，连墙支座的板面上加工有两个螺栓孔3。

当采用本发明所述辅助定位机械手装置在已装墙体上定位安装墙体时，本发明所述墙体辅助安装定位方法，包括以下步骤：

（1）在已建墙体的安装面上用墨线画出矩形状的定位基线，并准备四个辅助定位机械手装置，以定位基线的任一直角的顶点为原点，将其中一条直角边定义为X线，另一条直角边定义为Y线；

（2）将一个辅助定位机械手装置放置在X线外部，使两个挂钩2分别挂在安装面的两根预制钢筋上，然后分别调节两个伸缩驱动机构来调整两个挂钩2的前后伸缩长度，使底座8的前端与X线对齐，然后用固定螺栓配合螺栓孔3将连墙支架4固定在墙面上；

将一个辅助定位机械手装置放置在Y线外部，使两个挂钩2分别挂在两根预制钢筋上，然后调整两个挂钩2的前后伸缩长度，使底座8的前端与Y线对齐，然后用固定螺栓配合螺栓孔3将连墙支架4固定在墙面上；

其余两个辅助定位机械手装置安装上述相同步骤进行操作定位，最终使四个辅助定位机械手装置以两两相互对称分布的方式固定在定位基线的四条边外侧；

其余步骤与实施例2同，在此不再赘述。

本发明所述辅助定位机械手装置及方法，通过挂钩2挂在定位销上，然后将底座8固定，配合挂钩2保证底座8的稳定性，通过能往前移动的推板1，来引导限位板状构件下降过程，实现板状构件准确的安装，保证定位套筒与定位销一一对应插接，能够起到精准的辅助定位安装作用，大大提高了板状构件的安装效率，省时省力。

Claims (9)

1.一种辅助定位机械手装置，其特征在于，包括底座、推板和推动机构，所述底座的前端面设有两个能前后伸缩的挂钩；

所述底座上设有定位孔，所述推动机构设置在所述底座上，所述推板竖直向安装在所述推动机构上，所述推动机构包括立柱、气缸、上连杆组和下连杆组，所述立柱竖直向固定在所述底座的顶面，所述上连杆组和下连杆组的一端均铰接在所述立柱的前侧面、另一端铰接在所述推板的后侧面，所述立柱、推板、上连杆组和下连杆组形成平行四边形机构，所述气缸的壳体底端铰接在所述立柱的前侧面，所述气缸的活动端铰接在所述下连杆组上；

所述推动机构带动推板往前移动，随着板状构件下降，推板接触板状构件的侧壁进行限位并推动，当推动机构将推板往前移动最远距离时，推板的前侧面与底座的前端面重合，板状构件沿着推板下落。

2.根据权利要求1所述的辅助定位机械手装置，其特征在于，所述上连杆组和下连杆组均有两个左右对称分布的连杆组成，在下连杆组中的两个连杆之间设有推杆，所述气缸的活动端铰接在所述推杆。

3.根据权利要求1所述的辅助定位机械手装置，其特征在于，每个挂钩均由伸缩驱动机构控制，所述伸缩驱动机构包括滑板、传动螺杆和传动螺母，所述滑板固定在所述挂钩的后端，所述底座内沿着前后方向设有滑槽，所述滑板配合在所述滑槽内并能相对前后移动，所述传动螺杆沿着前后方向回旋在底座上，所述传动螺母配合在所述传动螺杆，所述传动螺母连接所述滑板。

4.根据权利要求3所述的辅助定位机械手装置，其特征在于，所述伸缩驱动机构还包括第一驱动电机，所述第一驱动电机安装在所述底座上，所述第一驱动电机的输出轴通过锥齿轮传动组件连接所述传动螺杆。

5.根据权利要求1所述的辅助定位机械手装置，其特征在于，所述推板的顶端设有向后倾斜的导向板。

6.根据权利要求1所述的辅助定位机械手装置，其特征在于，还包括控制器、感应开关、距离传感器和图像识别模块，所述感应开关、距离传感器和图像识别模块均电连接在所述控制器上，所述距离传感器设置在所述底座靠近前端的位置，所述图像识别模块设置在所述立柱上，所述立柱的顶部设有支架，所述感应开关设置在所述支架上，所述感应开关的位置高度不低于所述推板的顶端。

7.一种辅助定位方法，其特征在于，采用权利要求1-6任一项所述辅助定位机械手装置进行该方法，包括以下步骤：

（1）在安装面上标记出矩形状的定位基线，并准备至少两个辅助定位机械手装置，以定位基线的任一直角的顶点为原点，将其中一条直角边定义为X线，另一条直角边定义为Y线；

（2）将一个辅助定位机械手装置放置在X线外部，使两个挂钩分别挂在两根定位销上，然后调整两个挂钩的前后伸缩长度，使底座的前端与X线对齐，然后用固定螺栓配合定位孔将底座固定在地面上；

将一个辅助定位机械手装置放置在Y线外部，使两个挂钩分别挂在两根定位销上，然后调整两个挂钩的前后伸缩长度，使底座的前端与Y线对齐，然后用固定螺栓配合定位孔将底座固定在地面上；

（3）进入板状构件吊装阶段，使用吊装机构将板状构件悬吊至定位基线的上方，使板状构件下降接近定位基线；

（4）当板状构件进入工作范围时，各个辅助定位机械手装置开始工作，每个辅助定位机械手装置的推动机构带动推板往前移动，随着板状构件下降，各个推板接触板状构件的侧壁进行限位并推动；

当推动机构将推板往前移动最远距离时，推板的前侧面与底座的前端面重合，板状构件沿着推板下落，最终使板状构件的底面与定位基线上下对齐，从而保证板状构件底部的定位套筒与安装面的定位销一一对齐，使定位销对应***定位套筒内；

（5）当板状构件下降到接近挂钩的位置时，将辅助定位机械手装置的挂钩解除固定，将挂钩从定位销上脱离，使板状构件继续下降最终吊装到位。

8.根据权利要求7所述的辅助定位方法，其特征在于，采用四个辅助定位机械手装置，四个辅助定位机械手装置两两对称分布在定位基线的四条边外侧。

9.根据权利要求7所述的辅助定位方法，其特征在于，通过图像识别模块用于识别和记录板状构件进入工作范围内的安装过程，在底座上安装距离传感器，距离传感器用于检测板状构件是否准确安装就位。

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