專利名稱：用于在工件上行走并定位的行走定位裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及自動化裝配系統(tǒng)，特別地，涉及用于在工件上行走并定位的行走定位
直O(jiān)
背景技術：
飛機結構采用的主要連接方法是機械連接，一架大型飛機上大約有150萬 200 萬個鉚釘和螺栓，為了滿足現(xiàn)代飛機高壽命的要求，首先要保證機械連接的安全性和可靠 性。傳統(tǒng)的飛機裝配過程為首先，通過劃線或鉆模板對連接位置進行定位；其次，通過肉 眼觀察或鉆模板保證法線方向；最后，技術工人采用手持風鉆等制孔工具對飛機產品相應 結構進行制孔以便安裝鉚釘或者螺栓。這種方法存在幾個問題第一，難以保證制孔的質 量，特別是以孔的垂直度為代表的精度指標；第二，難以控制進給量等工藝參數(shù)，造成毛刺 高度較大，必須有后續(xù)的去毛刺的工序，從而增加大量成本；第三，效率較低，這也造成裝配 周期很長的重要原因之一。為了解決這些問題，自動化裝配系統(tǒng)成為新的發(fā)展方向。然而，大型自動化裝配 系統(tǒng)雖然可以保證質量，但成本昂貴，柔性一般，所以輕型柔性裝配系統(tǒng)成為重要的發(fā)展方 向。目前主要的輕型柔性自動化裝配系統(tǒng)有基于工業(yè)機器人的自動化裝配系統(tǒng)和基于柔性 軌道的自動化裝配系統(tǒng)?；诠I(yè)機器人的自動化裝配系統(tǒng)是以成熟的工業(yè)機器人為平 臺，配上相應的末端執(zhí)行器，完成自動化制孔等工作。然而，基于工業(yè)機器人的自動化裝配 系統(tǒng)卻存在活動范圍較小、結構較大和可移動性差的缺點?；谌嵝攒壍赖淖詣踊b配系 統(tǒng)，則是以柔性軌道為平臺，吸附在表面上，配上相應的末端執(zhí)行器，完成自動化制孔等工 作，如波音公司申請的中國發(fā)明專利CN200580025525. X所公開的柔性軌道多軸工具機及 方法。但是，這種基于柔性軌道的自動化裝配系統(tǒng)也存在結構較大和移動性差的缺點，尤其 是，這種系統(tǒng)需要另外安裝軌道，對工裝的要求較多。

發(fā)明內容
本發(fā)明采用了行走定位裝置，其可以在飛機產品的表面上行走并進行定位，定位 后可以通過執(zhí)行器對機械連接部位進行自動制孔。與基于工業(yè)機器人的自動化裝配系統(tǒng)相 比，本裝置具有活動范圍更大、結構小巧、移動方便的優(yōu)點；與基于柔性軌道的自動化裝配 系統(tǒng)相比，本裝置具有結構小巧、移動方便，不需要安裝軌道，對工裝的要求少的優(yōu)點。本發(fā)明的行走定位裝置包括行走機構、定位機構、執(zhí)行器和中央處理器。所述行 走機構包括第一行走單元、第二行走單元和驅動單元，所述第一行走單元具有兩條彼此平 行的、剛性的行走導軌，所述第一行走單元在每條所述行走導軌側均具有兩條升降腿，所述 第二行走單元的兩側分別具有可在所述行走導軌中滑動的滑塊和兩條升降腿，其中，所述 滑塊可滑動地結合在導軌中，當所述第二行走單元的升降腿脫離工件而所述第一行走單元 的升降腿固定工件時，所述驅動單元可驅動所述第二行走單元沿所述行走導軌移動，當所 述第一行走單元的升降腿脫離工件而所述第二行走單元的升降腿固定工件時，所述驅動單元可驅動第一行走單元沿所述滑塊移動。所述定位機構包括用于在第一方向定位的定位 單元、用于在第二方向定位的定位單元，所述第一方向垂直于所述第二方向，所述用于在第 一方向定位的定位單元具有導向板、設于導向板上的第一方向的驅動組件和第一方向的導 軌，所述用于在第二方向定位的定位單元具有設于所述第二行走單元的第二方向的驅動組 件和第二方向的導軌，其中，所述第二方向的驅動組件可驅動所述用于在第一方向定位的 定位單元沿所述第二方向的導軌移動。所述執(zhí)行器設于所述用于在第一方向定位的定位單 元上，所述第一方向的驅動組件可驅動所述執(zhí)行器沿所述第一方向導軌移動。所述中央處 理器用于控制所述行走機構、定位機構和執(zhí)行器。可選擇地，所述行走機構的驅動單元為馬達絲杠驅動機構?？蛇x擇地，所述定位機構的第一行走單元的第一方向驅動組件為馬達絲杠驅動機 構?？蛇x擇地，所述定位機構的第二行走單元的第二方向的驅動組件為馬達絲杠驅動 機構。具體地，所述馬達絲杠驅動機構包括馬達、聯(lián)軸器、絲杠和絲杠螺母。具體地，所述馬達和所述絲杠以所述聯(lián)軸器連接并通過一支撐座和一固定座固定 于所述第一行走單元，所述絲杠螺母可旋轉地固定在所述絲杠上，一螺母連接塊一端固定 于所述絲杠螺母，另一端固定于所述第二行走單元?？蛇x擇地，所述馬達和所述絲杠以所述聯(lián)軸器連接并通過一支撐座和一固定座固 定于所述第二行走單元，所述絲杠螺母可旋轉地固定在所述絲杠上，一螺母連接塊一端固 定于所述絲杠螺母，另一端固定于所述第一行走單元。優(yōu)選地，所述第一行走單元還具有方形的外框架，所述行走導軌分別設置于所述 外框架的內側面，所述第二行走單元還具有方形的內框架，所述滑塊對應于所述第一行走 單元的行走導軌設置于所述第二行走單元的內框架的外側面上；所述升降腿分別位于所述 外框架和所述內框架的端部，在垂直于所述外框架或所述內框架的方向上延伸，其一端連 接于所述外框架或所述內框架上，另一端可脫離地固定于所述工件上?？蛇x擇地，所述第一行走單元還具有方形的內框架，所述行走導軌分別設置于所 述內框架的外側面，所述第二行走單元還具有方形的外框架，所述滑塊對應于所述第一行 走單元的行走導軌設置于所述第二行走單元的外框架的內側面上；所述升降腿分別位于所 述外框架和所述內框架的端部，在垂直于所述外框架或所述內框架的方向上延伸，其一端 連接于所述外框架或所述內框架上，另一端可脫離地固定于所述工件上。優(yōu)選地，所述用于在第一方向定位的定位單元的導向板的兩端還分別具有一塊連 接片，所述連接片與所述第二方向的驅動組件中的絲杠螺母相固定，其上設有可滑動地與 所述第二方向導軌相結合的滑塊。優(yōu)選地，所述升降腿具有腿固定部、腿升降部、設于所述腿固定部和腿升降部之間 的升降驅動單元和所述腿升降部末端的抓取執(zhí)行器。優(yōu)選地，所述升降驅動單元為馬達絲杠驅動機構。具體地，所述馬達絲杠驅動機構包括馬達、聯(lián)軸器、絲杠和絲杠螺母，其通過一固 定座和一支撐座固定于所述腿固定部上，一螺母連接塊將所述絲杠螺母固定于所述腿升降 部。
優(yōu)選地，所述腿固定部具有滑塊，所述腿升降部具有與所述滑塊相結合并可沿所 述滑塊滑動的導軌?？蛇x擇地，所述腿固定部具有導軌，所述腿升降部具有與所述導軌相結合并可沿 所述導軌滑動的滑軌。優(yōu)選地，所述腿升降部通過一連接桿連接到所述抓取執(zhí)行器上，所述腿升降部和 所述連接塊通過球軸承連接。優(yōu)選地，所述抓取執(zhí)行器為真空吸盤。優(yōu)選地，所述升降腿通過補償機構與所述外框架或內框架的端部連接。優(yōu)選地，所述裝置還包括用于防護所述裝置的防護罩。本發(fā)明的行走定位裝置可以滿足較高的運動精度和定位精度的需求以保證自動 化裝配例如制孔的質量，該裝置具有足夠的剛性和強度，能夠滿足加工要求，盡量地減少對 已有工裝的要求，避免對已有工裝的更改。


圖1為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施方式的行走定位裝置的裝配圖；圖2為圖1中行走機構未配合時的軸側視圖；圖3為圖2中行走機構的第一行走單元相對X軸對稱的一部分的軸側視圖；圖4為圖2中行走機構的第二行走單元的軸側視圖；圖5為圖4中行走機構的第二行走單元的一部分的軸側視圖以及補償機構的放大 圖；圖6為圖4中行走機構的第二行走單元裝配有定位機構的軸側視圖；圖7為圖6中定位機構的用于在第一方向定位的定位單元的軸側視圖；圖8為圖1中升降腿的裝配圖；圖9為圖8中升降腿的爆炸圖；圖10為圖8中升降腿的剖面圖；圖11為補償機構安裝于升降腿連接板和框架連接板的裝配圖；圖12a為圖11的正視圖；圖12b為圖11的后視圖；圖12c為圖11的俯視圖；圖13為圖11的爆炸圖。不同圖中的相似特征由相似的附圖標記指示。
具體實施例方式下文所述的X方向、Y方向和Z方向的關系為，X方向與Y方向在水平面相互垂直， Z方向在豎直面與X方向和Y方向均垂直，但是，可以理解，x、Y和Z方向均是指代的而非特 定的。如圖1所示，行走定位裝置(10)包括行走機構(11)、定位機構(12)、執(zhí)行器(未 示出)和中央處理器(未示出)。所述行走機構(11)根據(jù)中央處理器發(fā)出的指令可以在工 件的表面上前進并到達指定的裝配區(qū)域，所述定位機構(1 用于在裝配區(qū)域進行精確的
6X、Y向定位，即根據(jù)中央處理器所發(fā)出的指令尋找Χ、γ坐標并將執(zhí)行器移動到指定坐標處， 所述執(zhí)行器具有執(zhí)行單元如鉆孔工具，其根據(jù)中央處理器的指令在工件的表面進行相關的 裝配執(zhí)行操作，如法向鉆孔。下面，結合圖2、圖3、圖4和圖5具體地說明行走機構(11)的結構。行走機構(11)包括第一行走單元(Ila)、第二行走單元(lib)和驅動單元(Ilc)。所述第一行走單元(Ila)具有剛性的外框架(100)和升降腿(200)。所述外框架 (100)由兩根在X方向上彼此平行的橫梁(101)構成，所述橫梁(101)大體上為長方體，其 具有內側面(101a)、頂面(IOlb)和兩側的端面(101c)，所述內側面(IOla)上具有數(shù)個孔， 兩條在X方向上平行的行走導軌(102)經由數(shù)個緊固件如螺釘固定于橫梁的內側面(IOla) 上?？蛇x擇地，所述驅動單元(Ilc)為馬達絲杠驅動機構，具體地，其包括行走馬達(103)、 聯(lián)軸器(104)、行走絲杠(10 和絲杠螺母(106)。聯(lián)軸器(104)將行走馬達(10 的輸出 軸與行走絲杠(10 連接，絲杠螺母(106)可旋轉地固定于行走絲杠(10 上，一固定座 (107)和一支撐座(108)將行走馬達(10 和行走絲杠(105)固定于頂面(IOlb)上。兩塊 均呈L形的固定塊(109)用來將外框架(100)和升降腿(200)相互固定。較優(yōu)地，所述外 框架(100)和所述升降腿(200)之間還具有補償機構(Ild)，前述L形的固定塊(109)的一 端固定于外框架(100)上，另一端固定在與升降腿(200)相連接的補償機構(Ild)上。上 述外框架也可以由四根橫梁依次固定連接而形成為矩形框架，所述驅動單元可以采用其他 的驅動方式，如直線馬達驅動機構。所述第二行走單元(lib)具有剛性的內框架(300)和升降腿(200)。所述內框架 (300)由四根大體上呈長方體的橫梁(301)依次地首尾固定在一起而形成為方形框架結 構。其中，所述橫梁(301)均具有內側面(301a)、頂面(301b)和外側面(301c)。在X向上 彼此平行的兩根橫梁(301)的外側面(301c)分別固定有兩塊滑塊(302)。為了便于理解， 圖中的滑塊(302)與行走導軌(102)相結合，當外框架(100)和內框架(300)裝配在一起 時，內框架(300)的滑塊(302)上的凹槽可與外框架(100)的行走導軌(102)相互配合在 一起并且可沿著行走導軌(10 在X向上滑動。所述四條升降腿(200)分別被呈L形的 固定塊(109)固定于內框架(300)的內側并分別緊靠于方形框架結構的角部。所述固定塊 (109)的其中一端固定于橫梁(301)的內側面(301a)上，另一端固定于升降腿(200)上。 一螺母連接塊(303)固定在一個具有滑塊(302)的橫梁(301)的頂面(301b)上。較優(yōu)地， 所述內框架(300)和所述升降腿(200)之間還具有補償機構(Ild)，前述固定塊(109)的一 端固定于內框架(300)上，另一端固定在與升降腿(200)相連接的補償機構(Ild)上?？蛇x擇地，所述驅動單元也可以以下述方式設置，即馬達和絲杠以聯(lián)軸器連接并 通過一支撐座和固定座固定于第二行走單元，絲杠螺母可旋轉地固定在絲杠上，一螺母連 接塊一端固定于絲杠螺母，另一端固定于第一行走單元?？蛇x擇地，行走導軌可以設置在第二行走單元的內框架的外側面上，相應地，滑塊 可以設置在第一行走單元的外框架的內側面上，這樣，仍然可以實現(xiàn)本發(fā)明的目的。在本發(fā)明中，使用滑塊-導軌的方式來實現(xiàn)第一行走單元和第二行走單元之間的 導向，可以理解，現(xiàn)有技術中的其他的導向方式在此可以被使用。另外，在本發(fā)明的實施方式中，第一行走單元為外框架和升降腿的結構，第二行走 單元為內框架和升降腿的結構，在其他的實施方式中，第一行走單元也可以為外框架和升降腿的結構，同時，第二行走單元為內框架和升降腿的結構。換句話說，可以這樣設置第一 行走單元具有方形的內框架，行走導軌分別設置于內框架的外側面，第二行走單元具有方 形的外框架，滑塊對應于第一行走單元的行走導軌設置于第二行走單元的外框架的內側面 上；升降腿分別位于外框架和內框架的端部，在垂直于外框架或內框架的方向上延伸，其一 端固定于外框架或內框架上，另一端可脫離地固定于工件上。本領域的技術人員可以理解，當內、外框架均為四根橫梁依次連接而成的方框結 構時，可以在外框架之外再連接第三行走單元，該第三行走單元類似于本發(fā)明的實施方式 中的第一行走單元，而在行走方向上恰好垂直于第一行走單元，第三行走單元同第一行走 單元之間的連接以及驅動方式和第一行走單元同第二行走單元之間的連接以及驅動方式 相同或類似，區(qū)別僅在于行走過程中各升降腿同工件之間吸附或脫離的順序不同，這樣的 話，行走機構不僅可以在工件上朝X向行走，而且也可以在Y向上行走，自動行走范圍將更 大。所述升降腿(200)和補償機構(Ild)的具體結構將在后面述及。下面，結合圖6和圖7具體地說明定位機構(12)的結構。參見圖6，所述定位機構(12)包括用于在第一方向定位的定位單元(1 )、用于在 第二方向定位的定位單元(12b)。在本發(fā)明的的實施方式中，所述第一方向為X向，所述第 二方向為Y向，X向與Y向相互垂直。結合圖7，所述X向的定位單元(12a)具有X向的驅 動組件(400)和X向的導向件(500)。具體地，所述X向的驅動組件G00)為馬達絲杠驅 動機構，其包括X向馬達G01)、聯(lián)軸器002)、X向絲杠(40 和絲杠螺母004)。所述X 向的導向件(500)為沿X向延伸的長條形的導向板(501)，導向板(501)的一個側面上具 有兩條在X向上彼此平行的X向導軌(502)，導向板(501)的兩端還分別具有一塊連接片 (503)。所述連接片(503)的一片上具有固定座固定凸臺(504)和滑塊固定凸臺(505)，與 其相對的另一塊連接片具有支撐座固定凸臺(506)和滑塊固定凸臺(505)。其中，所述每塊 滑塊固定凸臺(50 上分別固定有兩塊滑塊(507)，所述X向馬達(401)和固定座(509)固 定在固定座固定凸臺(504)上，支撐座(510)固定在支撐座固定凸臺(506)上，所述X向絲 杠(40 上的絲杠螺母(404)可旋轉地通過螺母連接塊(511)固定于執(zhí)行器安裝板(12c) 上。相應于前述X向導軌(502)，所述執(zhí)行器安裝板(12c)在側面上具有兩塊開有凹槽的滑 塊(508)，所述兩塊滑塊(508)的凹槽與X向導軌(50 相互結合從而所述滑塊(508)可在 X向導軌(502)中滑動。導向板(501)兩端的連接片(503)上所固定的滑塊(507)分別與 下面將要被說明的Y向導軌(700)相配合。所述Y向的定位單元具有Y向的驅動組件(600)和Y向導軌(700)。具體地，所 述Y向的驅動組件(600)為馬達絲杠驅動機構，其包括Y向馬達(601)、聯(lián)軸器(602)、Y向 絲杠(603)和絲杠螺母(604)。所述Y向導軌(700)分別設置在兩根在Y向上平行的橫梁 (301)的內側面(301a)上，并且在每個內側面上均設置有兩條Y向導軌(700)。其中，支撐 座(605)和固定座(606)分別固定在橫梁(301)的頂面(301b)的兩側，Y向絲杠(603)通 過支撐座(605)和固定座(606)可旋轉地固定在橫梁上。Y向馬達(601)的輸出軸和Y向 絲杠(603)通過聯(lián)軸器(602)相連接，在Y向絲杠(603)上的絲杠螺母(604)與遠離X向 馬達G01)的一個連接片(503)通過螺母連接塊(511)相固定?？梢岳斫?，X向的驅動組件和Y向的驅動組件還可以采用其他的驅動形式，例如直線馬達驅動。下面，結合圖8、圖9和圖10具體地說明升降腿O00)的結構。所述升降腿(200)具有腿固定部(200a)、腿升降部(200b)、設于所述腿固定部 (200a)和腿升降部QOOb)之間的升降驅動單元QOOc)和所述腿升降部末端的抓取執(zhí)行器 (200d)。具體地，如圖9所示，腿固定部QOOa)大體上為一中空殼體，該殼體的頂端具有 孔(201)和向上突起的固定凸臺002)，殼體底端具有開口 003)，在殼體的靠內側的內表 面的左右兩側平行地設有兩塊滑塊(204)(為了便于理解，圖中的滑塊處于與導軌相結合 的狀態(tài))。腿升降部OOOb)呈向外側開口的抽屜形，頂端設有孔(未示出)，底端設有孔 005)，所述頂端還固設有一塊具有中心孔Q06)的固定塊007)，所述腿升降部QOOb)相 應于腿固定部QOOa)的滑塊(204)在縱向方向上還設有兩條平行的Z向導軌008)?？?選擇地，升降驅動單元QOOc)為馬達絲杠驅動機構。所述馬達絲杠驅動機構包括Z向馬達 (209)、聯(lián)軸器(210)、Z向絲杠(211)和絲杠螺母(212)。Z向馬達(209)被固定于腿固定部 (200a)的固定凸臺(202)上，聯(lián)軸器(210)位于腿固定部QOOa)的固定凸臺(202)和腿固 定部QOOa)的殼體端面之間，Z向絲杠Oil)的一端通過聯(lián)軸器O10)與Z向馬達軸相連 接并由固定于腿固定部QOOa)頂端面的固定座(21 可旋轉地固定，另一端穿過腿固定部 (200a)的孔(201)、腿升降部(200b)的固定塊(207)上的孔(206)和腿升降部(200b)的 頂端孔并由固定于腿固定部QOOa)內側面的支撐座(214)可旋轉地固定，絲杠螺母(212) 通過緊固件如螺釘與腿升降部OOOb)的固定片(207)相互固定在一起。腿升降部QOOb) 通過設于底端孔(205)中的球軸承016)與連接桿017)的一端相連接，連接桿017)的 另一端與抓取執(zhí)行器OOOd)相連接，優(yōu)選地，所述抓取執(zhí)行器為真空吸盤?？梢岳斫猓景l(fā)明的升降驅動單元也可以采用其他驅動方式，例如直線馬達驅動 機構。另外，也可以在腿固定部上設置兩條平行的導軌，在腿升降部設置有與腿固定部 上的導軌相結合并可沿導軌滑動的兩塊滑塊。只要是能夠實現(xiàn)腿固定部和腿升降部之間的 導向作用即可。下面先說明升降腿Q00)的工作原理。升降腿(200)接受來自中央處理器的有關Z向運動的命令后會啟動Z向馬達 (209)，Z向馬達(209)通過聯(lián)軸器O10)帶動Z向絲杠Qll)轉動，Z向絲杠Qll)再帶 動絲杠螺母(21 在Z向上上下平動，由于絲杠螺母012)與腿升降部QOOb)固定在一 起，腿升降部OOOb)的Z向導軌(208)又與腿固定部QOOa)的滑塊(204)可滑動地相互 結合，所以絲杠螺母(21 會帶動腿升降部QOOb)在腿固定部QOOa)上沿Z向滑動，從而 可以提供在Z向上的精確的運動控制。由于腿升降部QOOb)和連接到真空吸盤的連接桿 (217)通過球軸承(216)進行連接，因而可以保證10度左右的萬向旋轉。進一步地，升降腿 (200)接受來自中央處理器的有關XY向運動的命令后，會控制真空吸盤內的壓力水平從而 可以選擇性地松開真空吸盤并選擇性地使真空吸盤與工件表面吸緊。具體地，可以參照下 面的有關行走機構(11)的運動來理解。當行走機構(11)和升降腿Q00)接收到來自中央處理器的有關XY向運動的命 令后，行走機構(11)中的第一行走單元(Ila)的升降腿(200)與工件固定，第二行走單元
9(lib)的升降腿(200)與工件脫離，隨之，行走機構(11)中的驅動單元(Ilc)驅動第二行走 單元(lib)沿第一行走單元(Ila)行走，達到預定行程后，第二行走單元(lib)停止，其升 降腿(200)與工件固定，第一行走單元(Ila)的升降腿(200)與工件脫離，驅動單元(Ilc) 會驅動第一行走單元(Ila)沿第二行走單元(lib)行走并達到預定行程。持續(xù)此過程就可 以到達預定的裝配區(qū)域，下面結合具體部件更具體地加以說明。最初時，該裝置安放在工件表面，依靠真空吸盤與工件表面相吸附。當中央處理器發(fā)出移動的命令時，內框架(300)上的升降腿(200)末端的真空 吸盤全部松開，腿升降部OOOb)沿腿固定部QOOa)在Z向上升一個預定行程，行走馬達 (103)通過聯(lián)軸器(104)驅動行走絲杠(10 順時針旋轉，行走絲杠(10 帶動絲杠螺母 (106)在行走絲杠(10 上向右端平動，由于絲杠螺母(106)通過螺母連接塊(303)與內 框架(300)相固定，而且內框架(300)的滑塊(30 可滑動地與外框架(100)的行走導軌 (102)相結合，因此，螺母連接塊(30 就會帶動內框架(300)沿著外框架(100)的行走導 軌(102)向右端移動。當內框架(300)移動到一個預定行程后，內框架(300)停止，其上的 升降腿O00)的腿升降部QOOb)沿腿固定部QOOa)下降，并且其末端的真空吸盤吸附在 工件上。與此同時，外框架(100)上的升降腿(200)末端的真空吸盤全部松開，腿升降部 (200b)沿腿固定部QOOa)上升，行走馬達(10 驅動行走絲杠(10 逆時針旋轉，由于此 時內框架(300)不動，逆時針旋轉的行走絲杠(10 就會相對內框架(300)向右移動，從而 帶動外框架(100)向右移動，達到預定行程后，外框架(100)停止，其上的升降腿Q00)的 腿升降部OOOb)沿腿固定部QOOa)下降，并且其末端的真空吸盤吸附在工件上。這樣，所 述行走機構(11)就完成了一個行程的行走。如此反復多次，即可到達預定的裝配區(qū)域。雖然行走機構(11)到達預定的裝配區(qū)域，可是這并不代表執(zhí)行器就可以執(zhí)行裝 配任務了，因為裝配任務如鉆孔通常是在一個指定的坐標點進行的。即，此時還需要定位機 構(1 在預定的裝配區(qū)域中找到這個坐標點才行。下面，就結合具體部件來說明當行走機構(11)到達預定的裝配區(qū)域后，定位機構 (12)是如何動作的。中央處理器根據(jù)當前的執(zhí)行器位置計算出執(zhí)行器距離目標位置在X向上和在Y向 上的距離并向定位機構(12)的X向馬達(401)和Y向馬達(601)發(fā)出移動指令。X向馬達 (401)接收到指令后會順時針或逆時針旋轉從而通過聯(lián)軸器(40 帶動X向絲杠(403)旋 轉，同時，X向絲杠(40 的旋轉帶動絲杠螺母(404)在X向上移動，由于絲杠螺母(404)與 執(zhí)行器安裝板(12c)固定，而且執(zhí)行器安裝板(12c)通過側面的滑塊(508)與導向板(501) 上的X向導軌(50 可滑動地結合，因此，絲杠螺母(404)就帶動執(zhí)行器安裝板(12c)沿X 向導軌(50 前進或后退。同樣地，Y向馬達(601)接收到指令后會順時針或逆時針旋轉 從而通過聯(lián)軸器(60 帶動Y向絲杠(60 旋轉，同時，Y向絲杠(603)的旋轉帶動絲杠螺 母(604)在Y向上移動，由于絲杠螺母(604)與導向板(501) —端的連接片(50 通過螺 母連接塊(511)相固定，而且導向板(501)兩端通過連接板(503)的滑塊(507)與內框架 (300)上的Y向導軌(700)可滑動地結合，因此，絲杠螺母(604)就帶動導向板(501)沿Y 向導軌(700)移動。這樣，定位機構(1 就可以將執(zhí)行器移動到指定位置。當沿著曲面移動到指定位置后，安裝在執(zhí)行器安裝板(12c)上的執(zhí)行器檢測指定 位置的法線方向并通過內框架(300)的X向馬達(401)和Y向馬達(601)再次進行X向和Y向的微調，同時，通過Z向馬達(209)進行Z向和a角(即繞X軸轉動方向)、b角(即繞 Y軸轉動方向)的微調，從而保證執(zhí)行器的主軸與指定位置的法向重合。有關本裝置的具 體動作方式并不是本發(fā)明的重點，在此，對其不作贅述。若在目標處使得執(zhí)行器的主軸可與 工件表面的裝配位置法向重合的話，則還需要A(繞X方向旋轉)方向、B (繞Y方向旋轉) 方向的運動以使得行走定位裝置的框架能夠繞X方向左右傾斜和繞Y方向前后俯仰從而調 整框架上的執(zhí)行器。然而，在傾斜或俯仰運動中，例如繞Y軸的向后仰起的過程中，若假設 內框架或外框架上的后端兩條升降腿固定，前端的兩條升降腿就會伸長，在伸長的過程中， 所有升降腿末端的真空吸盤卻一直吸附在工件表面上，同時框架和升降腿之間又是垂直關 系，則必然要求前端的升降腿在X方向上有微動位移才能保證這種仰起運動可以實現(xiàn)。同 理，若框架繞X軸左右傾斜則必然要求升降腿在Y方向上有微動位移才能保證傾斜運動可 以實現(xiàn)。因此，本發(fā)明提出了一種補償機構。本發(fā)明的補償機構設計在框架和升降腿之間進行XY方向的位置補償。在此，補償 機構作為一個獨立模塊，它的設計變更并不會影響到本裝置的其他部件，該補償機構也可 以根據(jù)法向調整角度范圍進行更換。下面，將具體地說明補償機構(Ild)的結構。結合圖2及圖5，補償機構(Ild)設置在行走定位裝置(10)的框架(100、300)和 升降腿(200)之間，用于補償由法向調整而引起的位置變動，如圖所示，圖5中虛線內部就 是補償機構。參見圖11-13，補償機構(Ild)主要包括第一方向運動件(20)、第二方向運動件 (30)、第一柔性鉸鏈GO)和第二柔性鉸鏈(50)。其中，第一柔性鉸鏈GO)和第二柔性鉸鏈 (50)均形成具有兩個第一方向連桿和兩個第二方向連桿的四連桿結構，所述第一方向運動 件O0)和所述第一柔性鉸鏈GO)的第一方向連桿的其中一個固定連接，第二方向運動件 (30)和第二柔性鉸鏈(50)的第二方向連桿的其中一個固定連接，第一柔性鉸鏈GO)的第 一方向連桿中的另一個與第二柔性鉸鏈(50)的第二方向連桿的另一個固定連接。在這里， 第一方向指X方向，第二方向指Y方向。X方向運動件和Y方向運動件優(yōu)選地為滑軌。在本發(fā)明的補償機構(Ild)中，第一方向運動件00)和第二方向運動件(30)采 用了具有X向滑軌、Y向滑軌02)和滑塊03)的十字軌04)，當Z向有較大載荷同 時又不希望對X、Y向運動作過多限制時，采用十字軌04)可以起到抵抗Z向載荷的作用。上述柔性鉸鏈目前被廣泛地應用在精密機械、精密測量、微米技術和納米技術等 領域，它是依靠柔性元素的變形來傳輸運動和力，它的材質通常采用金屬材料(如彈簧 鋼)，柔性鉸鏈的中部較為薄弱，在力矩作用下可以產生較明顯的彈性角變形，因此，能在機 械結構中起到鉸鏈的作用。按形式，柔性鉸鏈可以分為單邊和雙邊形，按缺口形狀，其可以 分為直梁式、(半)圓弧式、橢圓式、拋物線式等。柔性鉸鏈具有下列優(yōu)點結構簡單、運動 平穩(wěn)、無需潤滑、無回退空程、無摩擦、高精度。在本發(fā)明中，主要利用了柔性鉸鏈結構緊湊、 運動平穩(wěn)的特點，當補償機構運動補償后可以通過柔性鉸鏈的彈性回復特性恢復到初始狀 態(tài)。第一柔性鉸鏈和第二柔性鉸鏈可以采用圓弧型、直梁型或橢圓型的缺口。其中，圓弧型 缺口的柔性鉸鏈的運動精度較高，但運動行程受到很大的限制，只能實現(xiàn)微小幅度的轉動； 直梁型缺口的柔性鉸鏈有較大的轉動范圍，但運動精度卻較差，轉動中心在轉動過程中有 明顯的偏轉；橢圓型缺口的柔性鉸鏈是前兩者的折中。在本發(fā)明的補償機構中，所述的第一柔性鉸鏈GO)和第二柔性鉸鏈(50)的缺口均為圓弧型。如圖13所示，第一柔性鉸鏈GO)位于第二柔性鉸鏈(50)的內部并通過一個第一 方向連桿Gl)與第二柔性鉸鏈(50)的一個第二方向連桿(51)相固定，固定后的雙鉸鏈結 構大體上呈“回”字形?？蛇x擇地，第一柔性鉸鏈GO)也可以位于第二柔性鉸鏈(50)的外 部，假想把圖中的第一柔性鉸鏈GO)沿其連接的第二柔性鉸鏈(50)的第二方向連桿(51) 翻轉到第二方向連桿(51)的左側，這樣的呈“呂”字形的鉸鏈結構仍然可以實現(xiàn)本發(fā)明的 目的。可以理解，第一柔性鉸鏈GO)和第二柔性鉸鏈(50)可以是如圖所示的一大一小的， 也可以是相同大小的。結合圖11，Y向滑軌02)固定在連接片(109)的水平連接部(109a)上，X向滑軌 (21)和升降腿連接板0 的滑軌固定部(25a)通過螺紋緊固件如螺釘相互固定，滑軌固定 部(25a)又通過焊接方式與第一柔性鉸鏈G0)的第一方向連桿0 相固定，框架連接板 (26)的一個垂直連接部06a)與連接片(109)的垂直連接部(109b)相固定，一個水平連接 部( )與第二柔性鉸鏈(50)的第二方向連桿(5 相焊接，框架連接板06)的另一個垂 直連接部與行走定位裝置的框架相固定。其中，升降腿連接板0 和框架連接板06)可 以根據(jù)實際需要做成不同的形狀。在合適的驅動力下，第二柔性鉸鏈(50)就會以與框架連接板06)相固定的部分 為“機架”發(fā)生連桿運動，又由于柔性鉸鏈除了圓弧缺口外其余部分的剛性很大，因此，第二 柔性鉸鏈(50)大致上在Y向上運動，即使Y向的運動產生了 X向的位移也由于非常小可以 忽略不計。同理，第一柔性鉸鏈GO)在Y向上剛性很大，在合適的驅動力下，其可以以第二 柔性鉸鏈(50)為“機架”發(fā)生連桿運動，并 大致上在X向上運動，即使X向運動產生了 Y向 的位移，也由于Y向位移非常微小可以忽略不計。當中央處理器檢測到工件的法向方向后即發(fā)出框架(100、300)繞X方向或繞Y方 向或同時繞X、Y方向運動的指令，從而，部分升降腿上升(或下降)使框架(100、300)左 右傾斜或前后俯仰或既有左右傾斜又有前后俯仰的運動，這樣，框架(100、300)和升降腿 (200)之間就會發(fā)生相對運動。即，升降腿連接板0 和框架連接板06)之間在Y方向 或在X方向或既在Y方向又在X方向發(fā)生相對運動。在合適的驅動力作用下，升降腿連接 板0 就帶動十字軌04)的滑塊沿Y向滑軌0 在Y向上運動，由于升降腿連接 板0 與第一柔性鉸鏈GO)相互固定，第一柔性鉸鏈GO)又與第二柔性鉸鏈(50)固定， 所以，升降腿連接板0 作為驅動源就會使第二柔性鉸鏈(50) “跟隨”作連桿運動，當達 到Y向的補償量后，上述機構停止運動；當真空吸盤脫離工件表面時，由于柔性鉸鏈的彈性 力，升降腿(200)和框架(100、300)又恢復到最初的位置關系。同理，在合適的驅動力作用 下，升降腿連接板0 就帶動十字軌04)的X向滑軌沿滑塊在X向上運動從 而帶動第一柔性鉸鏈GO) “跟隨”作連桿運動并實現(xiàn)X向的補償。可以理解，如果X向和 Y向上均需補償則通過上述動作的疊加即可實現(xiàn)?？蛇x擇地，如圖所示，內框架(300)的四個補償機構中，一個補償機構在X、Y向上 均被固定，一個補償機構在X、Y向上均可補償，一個補償機構只可作X向補償、一個補償機 構只可作Y向補償，外框架的四個補償機構均可在χ、γ向上補償，這樣可以確定補償?shù)奈ㄒ恍?。最后，為了使本裝置不受外界灰塵的影響，尤其為了避免裝配時產生的飛屑影響
12裝置的精密度，本裝置還可以設置一保護罩。 本發(fā)明不以任何方式限制于在說明書和附圖中呈現(xiàn)的示例性實施方式。示出以及 描述的實施方式(的部分)的所有組合明確地理解為并入該說明書之內并且明確地理解為 落入本發(fā)明的范圍內。而且，在如權利要求書概括的本發(fā)明的范圍內，很多變形是可能的。 此外，不應該將權利要求書中的任何參考標記構造為限制本發(fā)明的范圍。
權利要求
1.一種用于在工件上行走并定位的行走定位裝置，包括行走機構，其包括第一行走單元、第二行走單元和驅動單元，所述第一行走單元具有兩 條彼此平行的、剛性的行走導軌，所述第一行走單元在每條所述行走導軌側均具有兩條升 降腿，所述第二行走單元的兩側分別具有可在所述行走導軌中滑動的滑塊和兩條升降腿， 其中，所述滑塊可滑動地結合在導軌中，當所述第二行走單元的升降腿脫離工件而所述第 一行走單元的升降腿固定工件時，所述驅動單元可驅動所述第二行走單元沿所述行走導軌 移動，當所述第一行走單元的升降腿脫離工件而所述第二行走單元的升降腿固定工件時， 所述驅動單元可驅動第一行走單元沿所述滑塊移動；定位機構，其包括用于在第一方向定位的定位單元、用于在第二方向定位的定位單元， 所述第一方向垂直于所述第二方向，所述用于在第一方向定位的定位單元具有導向板、設 于導向板上的第一方向的驅動組件和第一方向的導軌，所述用于在第二方向定位的定位 單元具有設于所述第二行走單元的第二方向的驅動組件和第二方向的導軌，其中，所述第 二方向的驅動組件可驅動所述用于在第一方向定位的定位單元沿所述第二方向的導軌移 動；執(zhí)行器，其設于所述用于在第一方向定位的定位單元上，所述第一方向的驅動組件可 驅動所述執(zhí)行器沿所述第一方向導軌移動；中央處理器，用于控制所述行走機構、定位機構和執(zhí)行器。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，所述行走機構的驅動單元為馬達絲杠驅動機構。
3.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，所述定位機構的第一行走單元的第一方向驅動 組件為馬達絲杠驅動機構。
4.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，所述定位機構的第二行走單元的第二方向的驅 動組件為馬達絲杠驅動機構。
5.根據(jù)權利要求2、3或4所述的裝置，其中，所述馬達絲杠驅動機構包括馬達、聯(lián)軸器、 絲杠和絲杠螺母。
6.根據(jù)權利要求5所述的裝置，其中，所述馬達和所述絲杠以所述聯(lián)軸器連接并通過 一支撐座和一固定座固定于所述第一行走單元，所述絲杠螺母可旋轉地固定在所述絲杠 上，一螺母連接塊一端固定于所述絲杠螺母，另一端固定于所述第二行走單元。
7.根據(jù)權利要求5所述的裝置，其中，所述馬達和所述絲杠以所述聯(lián)軸器連接并通過 一支撐座和一固定座固定于所述第二行走單元，所述絲杠螺母可旋轉地固定在所述絲杠 上，一螺母連接塊一端固定于所述絲杠螺母，另一端固定于所述第一行走單元。
8.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，所述第一行走單元還具有方形的外框架，所述行 走導軌分別設置于所述外框架的內側面，所述第二行走單元還具有方形的內框架，所述滑 塊對應于所述第一行走單元的行走導軌設置于所述第二行走單元的內框架的外側面上；所 述升降腿分別位于所述外框架和所述內框架的端部，在垂直于所述外框架或所述內框架的 方向上延伸，其一端連接于所述外框架或所述內框架上，另一端可脫離地固定于所述工件 上。
9.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中，所述第一行走單元還具有方形的內框架，所述行 走導軌分別設置于所述內框架的外側面，所述第二行走單元還具有方形的外框架，所述滑 塊對應于所述第一行走單元的行走導軌設置于所述第二行走單元的外框架的內側面上；所述升降腿分別位于所述外框架和所述內框架的端部，在垂直于所述外框架或所述內框架的 方向上延伸，其一端連接于所述外框架或所述內框架上，另一端可脫離地固定于所述工件 上。
10.根據(jù)權利要求5所述的裝置，其中，所述用于在第一方向定位的定位單元的導向板 的兩端還分別具有一塊連接片，所述連接片與所述第二方向的驅動組件中的絲杠螺母相固 定，其上設有可滑動地與所述第二方向導軌相結合的滑塊。
11.根據(jù)權利要求8或9所述的裝置，其中，所述升降腿具有腿固定部、腿升降部、設于 所述腿固定部和所述腿升降部之間的升降驅動單元和所述腿升降部末端的抓取執(zhí)行器。
12.根據(jù)權利要求11所述的裝置，其中，所述升降驅動單元為馬達絲杠驅動機構。
13.根據(jù)權利要求12所述的裝置，其中，所述馬達絲杠驅動機構包括馬達、聯(lián)軸器、絲 杠和絲杠螺母，其通過一固定座和一支撐座固定于所述腿固定部上，一螺母連接塊將所述 絲杠螺母固定于所述腿升降部。
14.根據(jù)權利要求12所述的裝置，其中，所述腿固定部具有滑塊，所述腿升降部具有與 所述滑塊相結合并可沿所述滑塊滑動的導軌。
15.根據(jù)權利要求12所述的裝置，其中，所述腿固定部具有導軌，所述腿升降部具有與 所述導軌相結合并可沿所述導軌滑動的滑軌。
16.根據(jù)權利要求11所述的裝置，其中，所述腿升降部通過一連接桿連接到所述抓取 執(zhí)行器上，所述腿升降部和所述連接塊通過球軸承連接。
17.根據(jù)權利要求11所述的裝置，其中，所述抓取執(zhí)行器為真空吸盤。
18.根據(jù)權利要求8或9所述的裝置，其中，所述升降腿通過補償機構與所述外框架或 內框架連接。
19.根據(jù)權利要求1所述的裝置，還包括用于防護所述裝置的防護罩。
全文摘要
一種用于在工件上行走并定位的行走定位裝置，包括行走機構、定位機構、執(zhí)行器和中央處理器。行走機構包括第一行走單元、第二行走單元和驅動單元；定位機構包括用于在第一方向定位的定位單元、用于在第二方向定位的定位單元，第一方向垂直于所述第二方向，用于在第一方向定位的定位單元具有導向板、設于導向板上的第一方向的驅動組件和第一方向的導軌，用于在第二方向定位的定位單元具有設于第二行走單元的第二方向的驅動組件和第二方向的導軌；執(zhí)行器設于用于在第一方向定位的定位單元上；中央處理器，用于控制上述機構。該行走定位裝置可以滿足較高的運動精度和定位精度的需求以保證自動化裝配的質量，也能夠盡量地減少對已有工裝的要求，同時避免對已有工裝的更改。
文檔編號B23Q9/00GK102107371SQ201010577319
公開日2011年6月29日 申請日期2010年12月7日 優(yōu)先權日2010年12月7日
發(fā)明者余路, 王宇波, 王珉, 蔣紅宇 申請人:上海飛機制造有限公司, 中國商用飛機有限責任公司