專利名稱：用于自動裝配或者對接系統(tǒng)的被動柔順機構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種機械技術領域的裝置，具體的說，是一種用于自動裝配或者對接系統(tǒng)的被動柔順機構。
背景技術：
在機械工業(yè)自動裝配生產(chǎn)線或者對接系統(tǒng)中，為了抵消系統(tǒng)運行誤差和零部件形位誤差的影響，保證自動裝配或者對接的精度，通常在機械手的末端使用RCC(遠柔順中心)機構輔助完成裝配或者對接工作。RCC全稱為RemoteCompliance Center，MIT Draper實驗室根據(jù)此理論設計開發(fā)了一種典型的被動柔順機構，稱作RCC機構。
經(jīng)對現(xiàn)有技術的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，美國專利號為4556203，名稱為RemoteCenter Compliance Device(遠心柔順裝置)，該發(fā)明專利提出的被動柔順機構是一個由多根彈簧構成的能順從空間多個自由度的柔順手腕，根據(jù)遠柔順中心理論，彈簧能夠吸收來自把持末端任意方向的阻力，依靠彈性變形存儲能量，從而實現(xiàn)在有限的彈性變形區(qū)域內(nèi)的被動柔順裝配。其優(yōu)點在于把持末端攜帶被裝配工件可以在有限范圍內(nèi)做出任意姿態(tài)的調(diào)整，實現(xiàn)快速的自動裝配或者對接，對自動裝配設備和零部件的精度沒有過多要求。RCC裝置一般可以實現(xiàn)2-4毫米的被動調(diào)整范圍。其缺點在于調(diào)整范圍有限，在兼顧系統(tǒng)剛度的同時很難實現(xiàn)更大的被動柔順范圍；無法解決裝配系統(tǒng)的高剛度與高柔順性之間的矛盾，即使獲知精確的裝配位置數(shù)據(jù)之后也無法剛性化RCC裝置，不具備位置記憶功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對自動裝配或者對接系統(tǒng)中使用的RCC機構存在的調(diào)整范圍有限、不具備剛性化位置記憶功能的問題，提供一種用于自動裝配或者對接系統(tǒng)的被動柔順機構。本發(fā)明具有調(diào)整范圍大、高柔性、可以剛性化、可以記憶把持末端攜帶的被裝配工件的正確裝配或者對接姿態(tài)等特點，解決傳統(tǒng)RCC機構的問題。
本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的。本發(fā)明包括兩個滾珠絲杠、兩個螺帽、兩個直線導軌、齒輪、兩個齒條、兩個制動器、軸承、彈簧、固定支撐、把持末端。兩個滾珠絲杠分別通過軸承安裝在固定支撐上，可自由旋轉，彼此保持軸線平行。兩個直線導軌分別靠近兩個滾珠絲杠固定安裝在固定支撐上，均與相應的滾珠絲杠保持軸線平行。兩個螺帽分別安裝在滾珠絲杠上并且與相近的直線導軌相連接，由直線導軌限制螺帽只能沿其軸線直線運動、不可旋轉。由于滾珠絲杠不具備自鎖功能，因此推動螺帽沿軸線直線移動時，相配合的滾珠絲杠將發(fā)生旋轉。兩個制動器分別與兩個滾珠絲杠保持同軸，固定在固定支撐上，制動器保持通電狀態(tài)下兩個滾珠絲杠可以自由旋轉，制動器斷電后可以限制兩個滾珠絲杠的旋轉實現(xiàn)對滾珠絲杠制動。兩個齒條分別固定在兩個螺帽上，并且與齒輪相互嚙合連接，這一結構要求兩個齒條對稱的安裝在齒輪的兩側。把持末端固定安裝在齒輪上，用來完成被裝配工件的把持操作。彈簧一端安裝在固定支撐上，另一端安裝在螺帽上，用來實現(xiàn)被動柔順機構的原點復位。
本發(fā)明可以在多個自由度方向?qū)崿F(xiàn)大調(diào)整范圍的被動柔順。由于攜帶著被裝配工件的把持末端固定安裝在齒輪上，因此在把持末端遇到外部阻力時，其在本發(fā)明的被動柔順自由度方向的分力使齒輪發(fā)生平移或者旋轉。由于齒輪與兩個齒條同時嚙合運動，因此來自把持末端的阻力將轉化為對兩個螺帽的推力，進一步迫使?jié)L珠絲杠產(chǎn)生旋轉運動。把持末端的直線方向調(diào)整使得兩個滾珠絲杠同向旋轉，把持末端的角度方向調(diào)整使得兩個滾珠絲杠反向旋轉。螺帽可以沿滾珠絲杠軸向進行大行程的移動，由此實現(xiàn)大調(diào)整范圍的被動柔順機構。
本發(fā)明中的兩個制動器分別與兩個滾珠絲杠保持同軸安裝，其保持通電狀態(tài)下滾珠絲杠可以自由旋轉，保證本發(fā)明的被動柔順功能；其斷電后可以制動限制滾珠絲杠的旋轉，因此被動柔順機構被剛性化，失去柔順功能。這在自動裝配生產(chǎn)線或者對接過程中具有非常重要的意義。使用本發(fā)明提供的被動柔順機構一旦完成一次自動裝配或者對接，機構自動調(diào)整到正確的裝配姿態(tài)后，繼續(xù)完成后續(xù)的重復性的工作時，可以通過制動器剛性化本發(fā)明的被動柔順機構，也就是使其記憶當前正確的對接姿態(tài)，由此可以縮短裝配時間提高生產(chǎn)效率。另一方面，制動器作用在滾珠絲杠上的制動力矩與來自把持末端的外部阻力矩相平衡，同時滾珠絲杠的導程一般很小，因此本發(fā)明提供的被動柔順機構可以通過較小的制動力矩來克服較大的外部阻力，也就是說，在制動狀態(tài)下可以提供較高的系統(tǒng)剛度。


圖1是本發(fā)明結構示意2是本發(fā)明角度方向被動柔順示意3是本發(fā)明直線方向被動柔順示意圖具體實施方式
下面結合附圖對本發(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，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
如圖1、圖2和圖3所示，本實施例包括第一滾珠絲杠1、第二滾珠絲杠2、第一螺帽3、第二螺帽4、第一直線導軌5、第二直線導軌6、齒輪7、第一齒條8、第二齒條9、第一制動器10、第二制動器11、第一軸承12、第二軸承13、第三軸承14、第四軸承15、第一彈簧16、第二彈簧17、第三彈簧18、第四彈簧19、第一固定支撐20、第二固定支撐21、把持末端22。各部件相互連接關系為第一滾珠絲杠1通過第一軸承12和第二軸承13安裝在第一固定支撐20和第二固定支撐21之間，同樣，第二滾珠絲杠2通過第三軸承14和第四軸承15安裝在第一固定支撐20和第二固定支撐21之間，均可自由旋轉，彼此保持軸線平行。第一直線導軌5和第二直線導軌6分別靠近兩個滾珠絲杠1和2固定安裝在第一固定支撐20和第二固定支撐21之間，均與相應的滾珠絲杠保持軸線平行。第一螺帽3和第二螺帽4分別安裝在第一滾珠絲杠1和第二滾珠絲桿2上并且與相近的直線導軌相連接，由直線導軌限制螺帽只能沿其軸線直線運動。第一制動器10和第二制動器11分別與第一滾珠絲杠1和第二滾珠絲桿2保持同軸，固定在第二固定支撐21上，兩個制動器10、11保持通電狀態(tài)下第一滾珠絲杠1、第二兩個滾珠絲杠2可以自由旋轉，兩個制動器10、11斷電后可以限制第一滾珠絲杠1、第二兩個滾珠絲杠2的旋轉實現(xiàn)制動。第一齒條8和第二齒條9分別固定在兩個螺帽3、4上，彼此相對齒輪7對稱并且與齒輪7保持相互嚙合連接。把持末端22固定安裝在齒輪7上，用來完成被裝配工件的把持操作。第一彈簧16、第二彈簧17、第三彈簧18、第四彈簧19一端安裝在第一固定支撐20或第二固定支撐21上，另一端安裝在第一螺帽3或第二螺帽4上，用來實現(xiàn)被動柔順機構的原點復位。
圖2為被動柔順機構在角度方向作出柔順調(diào)整示意圖。第一制動器10與第二制動器11均保持通電狀態(tài)，來自把持末端22的外部阻力矩使得齒輪7旋轉，通過齒輪7與第一齒條8和第二齒條9的嚙合，外部阻力矩轉化為對第一螺帽3和第二螺帽4的推力，使兩個螺帽沿各自軸向發(fā)生運動，運動方向相反。第一滾珠絲杠1、第二滾珠絲杠2反向旋轉實現(xiàn)這一具有大調(diào)整角度的柔順功能。第一制動器10與第二制動器11斷電后可以對機構制動，記憶裝配位置。
圖3為被動柔順機構在直線方向作出柔順調(diào)整示意圖。第一制動器10與第二制動器11均保持通電狀態(tài)，來自把持末端22的外部阻力使得齒輪7直線運動，通過齒輪7與第一齒條8和第二齒條9的嚙合，外部阻力轉化為對第一螺帽3和第二螺帽4的推力，使兩個螺帽沿各自軸向發(fā)生運動，運動方向相同。第一滾珠絲杠1、第二滾珠絲杠2同向旋轉實現(xiàn)這一具有大調(diào)整距離的柔順功能。第一制動器10與第二制動器11斷電后可以對機構制動，記憶裝配位置。
權利要求
1.一種用于自動裝配或者對接系統(tǒng)的被動柔順機構，包括兩個滾珠絲杠、兩個螺帽、兩個直線導軌、齒輪、兩個齒條、兩個制動器、軸承、彈簧、固定支撐、把持末端，其特征是，兩個滾珠絲杠均通過軸承設置在固定支撐上，并彼此保持軸線平行；兩個直線導軌分別靠近兩個滾珠絲杠固定設置在固定支撐上，均與相應的滾珠絲杠保持軸線平行；兩個螺帽分別設置在滾珠絲杠上并且與相近的直線導軌相連接，兩個制動器分別與兩個滾珠絲杠保持同軸，并固定在固定支撐上；兩個齒條分別固定在兩個螺帽上，兩個齒條與齒輪相互嚙合連接，把持末端固定設置在齒輪上，彈簧一端設置在固定支撐上，彈簧另一端設置在螺帽上。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于自動裝配或者對接系統(tǒng)的被動柔順機構，其特征是，所述的兩個齒條左右對稱的設置在齒輪兩側并始終與齒輪保持嚙合。
3.根據(jù)權利要求1所述的用于自動裝配或者對接系統(tǒng)的被動柔順機構，其特征是，所述的兩個制動器在通電狀態(tài)下，來自把持末端的外部阻力矩使得齒輪旋轉或者直線運動，通過齒輪與兩個齒條的嚙合，外部阻力矩轉化為對兩個螺帽的推力，使兩個螺帽沿各自軸向發(fā)生運動，運動方向相反或者相同。
4.根據(jù)權利要求1所述的用于自動裝配或者對接系統(tǒng)的被動柔順機構，其特征是，所述的直線導軌，限制螺帽只能沿直線導軌軸線直線運動。
全文摘要
一種用于自動裝配或者對接系統(tǒng)的被動柔順機構，屬于機械技術領域。本發(fā)明中，兩個滾珠絲杠均通過軸承設置在固定支撐上，能自由旋轉，并彼此保持軸線平行，兩個直線導軌分別靠近兩個滾珠絲杠固定設置在固定支撐上，均與相應的滾珠絲杠保持軸線平行，兩個螺帽分別設置在滾珠絲杠上并且與相近的直線導軌相連接，兩個制動器分別與兩個滾珠絲杠保持同軸，并固定在固定支撐上，兩個齒條分別固定在兩個螺帽上，兩個齒條與齒輪相互嚙合連接，把持末端固定安裝在齒輪上，彈簧一端安裝在固定支撐上，另一端安裝在螺帽上。本發(fā)明調(diào)整范圍大、柔性高、具備剛性化位置記憶功能。
文檔編號F16H37/00GK1951645SQ20061011838
公開日2007年4月25日 申請日期2006年11月16日 優(yōu)先權日2006年11月16日
發(fā)明者袁建軍, 頓向明 申請人:上海交通大學