一种多功能机械手及回转平台的制作方法

本发明涉及自动化装配设备领域，进一步涉及蒸汽发生器自动装配设备领域，具体是指一种多功能机械手及回转平台。
背景技术：
：蒸汽发生器管接头的精密装配机器人是核领域的关键自动化装备，目前我国相关单位在进行蒸汽发生器管接头装配时，完全通过人工完成，不仅耗时费力，而且装配精度差，容易造成管壁的摩擦、撞伤等不可修复的缺陷，使得工件报废，造成巨大经济损失。再者，此类重型工件通过人工装配，孔轴配合间隙不均匀，无法达到后续焊接工艺的要求，研制专用的蒸汽发生器管接头的精密装配机器人成为必需。管接头是蒸汽发生器单元中安装对象，其上端为台阶轴，底部是一个托盘和四个弹簧。当托盘两个支耳受到向上的力后，压缩弹簧，沿着导向杆向上运动。管接头的上表面、侧面、支耳、背板为可受力面，托盘只能用来承受弹簧力而不能承受工件自身的重力。压力容器是蒸汽发生器单元中被安装对象，上端有法兰，法兰面上有48个螺纹。压力容器周向均匀分布16个台阶孔，靠内壁位置孔为管接头的被安装孔，末端有焊接坡口。压力容器内部有一个法兰，法兰上均匀分布16个台阶孔，与工件下端托盘配合。因此，周向孔轴线和对应下端法兰上台阶孔的轴线在同一平面上。工件上部台阶轴与压力容器周向孔存在孔轴配合。其他位置无配合要求，只是作为安装过程引导作用。工件底部托盘要安装到容器底座的沉孔内，并与沉孔对中，在弹簧的压紧力作用下与沉孔面压紧。从蒸汽发生器单元装配要求可知，管接头与压力容器的装配实际是孔轴配合。孔轴最理想状态是孔轴同轴，配合后间隙均匀。当是，实际中由于装配系统加工、装配误差、检测系统的检测误差、运动的定位精度等，都会造成孔轴不能完全同轴。对于蒸汽发生器单元装配时存在以下三种偏差情况。安装偏差情况示意图参见图1。(1)孔轴的轴线平行，但不重合，存在偏移x；(2)孔轴的轴线不平行，存在夹角θ；(3)轴插入到孔中时，由于加工误差造成在某一段轴线偏差β或者由于插入运动方向与轴的轴线不平行造成运动角度偏差β。角度偏差β相对与角度偏差θ和偏移x是可以忽略的，不作为重点考虑。要能够消除轴线偏差θ和偏移x，修正轴的姿态，需要装配系统具有：足够高的灵敏度检测出孔轴偏差量，很高的定位精度使偏差尽可能小，足够的刚度确保系统变形足够小，足够的调整自由度来调整工件的姿态。基于以上问题及解决技术问题的方向，申请人研制得该多功能机械手及回转平台。技术实现要素：基于以上问题，本发明提供了一种多功能机械手及回转平台。本发明采用四个维度的进给及三个维度的微调能够完全实现蒸汽发生器管接头的高精度自动化装配，装配耗时短，精度高，避免因管壁的摩擦、撞伤等不可修复的缺陷使得工件报废的情况，减少因装配过程而带来的经济损失。为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种多功能机械手及回转平台，包括对孔检测装置及c轴回转消隙装置，对孔检测装置包括四个环形均匀阵列在工件上端轴部的测距传感器，c轴回转消隙装置上安装有x轴进给装置，x轴进给装置上安装有y轴进给装置，y轴进给装置上安装有z轴升降装置，z轴升降装置安装有夹持装置，夹持装置与z轴升降装置连接处设有偏摆调节装置、倾角调节装置及回转调节装置。在本发明中，管接头通过夹持装置夹紧后，z轴升降装置将管接头降下探入压力容器内部，随后c轴回转消隙装置带动管接头绕压力容器轴线转动，使管接头正对其需装配的压力容器轴孔处，然后x轴进给装置动作使管接头靠拢装配的压力容器轴孔处，c轴回转消隙装置及y轴进给装置配合使管接头上端轴部的轴线与压力容器轴孔在同一直线上，完成初步对准。x轴进给装置继续动作，使管接头上端轴部处的对孔检测装置伸入轴孔内，对孔检测装置通过4个测距传感器检测轴孔内部的距离，根据测量距离的偏差判断工件姿态的偏差，进而驱动偏摆调节装置、倾角调节装置及回转调节装置对工件进行姿态调整，实现管接头高精度自动化装配的目的。本发明采用四个维度的进给及三个维度的微调能够完全实现蒸汽发生器管接头的高精度自动化装配，装配耗时短，精度高，避免因管壁的摩擦、撞伤等不可修复的缺陷使得工件报废的情况，减少因装配过程而带来的经济损失。作为一种优选的方式，c轴回转消隙装置包括回转支撑装置，回转支撑装置包括固定外圈及转动内圈，固定外圈固定安装在压力容器上端的法兰上，其外周上设有一圈外齿，转动内圈上安装有减速器安装板，减速器安装板上安装有主动齿轮，主动齿轮与固定外圈的外齿相啮合。x轴进给装置包括至少一个下横梁，下横梁上安装有x轴轴承座，x轴轴承座上安装有x轴进给螺杆，下横梁上还安装有x轴直线滑轨，x轴直线滑轨与x轴进给螺杆相平行。y轴进给装置包括一根长纵梁及两根短纵梁，一根长纵梁与两根短纵梁互相平行并连接组成一c字形构件，长纵梁及短纵梁上安装有x轴进给螺套，x轴进给螺套内设有与x轴进行螺杆相匹配的螺纹，长纵梁及短纵梁通过x轴进给螺套安装在x轴进给螺杆上，两者下表面均设有x轴直线滑轨座，x轴直线滑轨座通过下横梁上的x轴直线滑轨进行支撑，长纵梁上还设有y轴进给螺套及与y轴进给螺套轴线相平行的y轴直线滑轨，短纵梁上设有与y轴进给螺套轴线相平行的y轴直线滑轨。z轴升降装置包括两根主立柱，两根主立柱与压力容器轴线相平行，其两端通过过梁固定，主立柱两端的过梁上安装有z轴升降螺杆，两根主立柱的侧面安装有支座，主立柱两侧支座上安装有y轴进给螺杆，支座下表面安装有y轴直线滑轨座，y轴直线滑轨座安装在y轴直线滑轨上，y轴进给螺杆安装在y轴进给螺套内，两根主立柱相对的内侧面安装有z轴直线滑轨。z轴升降装置上安装有滑板机构，滑板机构包括两根互相平行的支撑钢架，两根支撑钢架下端通过下钢架固定，上端通过上钢架固定，且三者组成一方形钢架，上钢架上安装有z轴升降螺套，z轴升降螺套旋合在z轴升降螺杆上，上钢架及下钢架的侧面上安装有与z轴升降螺套轴线相平行的z轴升降直线滑轨座，z轴升降直线滑轨座与z轴直线滑轨座契合，上钢架上安装有倾角调节转动铰接座，下钢架上安装有倾角调节推动铰接座。倾角调节装置包括倾角调节臂，倾角调节臂上端设有倾角调节轴，倾角调节轴铰接在倾角调节转动铰接座上，倾角调节臂朝向滑板机构的一面设有倾角调节滑轨，倾角调节滑轨上安装有滑块连接板，滑块连接板与滑板间设有连臂，连臂一端与滑块连接板铰接，另外一端铰接在倾角调节推动铰接座上，倾角调节臂上端还设有偏摆调节转轴。偏摆调节装置包括中套，中套上端设有与偏摆调节转轴相匹配的偏摆轴套，中套通过偏摆轴套套接在偏摆调节转轴的方式安装在倾角调节臂上，中套下端安装有偏摆推动轴，倾角调节臂上安装有偏摆推动装置，偏摆推动装置与偏摆推动轴连接。回转调节装置包括回转中轴，回转中轴安装在中套内，回转中轴上端设有回转动轴，中套上端设有回转定轴，回转动轴与回转定轴间设有回转伸缩推动装置，回转伸缩推动装置两端分别与回转定轴及回转动轴铰接。夹持装置包括连接在回转中轴上端的上横梁，上横梁左侧面设有滑槽，滑槽内安装有滑条，上横梁右侧面及滑条均安装有上夹耳，夹持装置还包括连接在回转中轴下端的提升螺杆，提升螺杆与回转中轴为转动连接，中套与回转中轴配合的下端还安装有提升滑套，提升滑套上端套接在回转中轴上并通过键连接防止两者相对转动，键连接的键槽长度大于键的长度，提升滑套下端伸出中套外与下横梁连接，下横梁两侧安装有钩板。作为一种优选的方式，减速器安装板上安装有二级减速器，二级减速器输出轴与主动齿轮连接，输入轴通过联轴器与减速器输出轴连接，减速器输入轴与通过电磁离合器与电机连接。下横梁为两根，互相平行安装在转动内圈上，下横梁处于同一侧的头部安装有与下横梁相垂直的连接梁，连接梁上安装有与x轴进给螺杆相垂直的动力轴，连接梁两端头部均安装有减速器，减速器输出轴通过联轴器与x轴进给螺杆连接，输入轴通过联轴器与动力轴连接，连接梁中部设有减速器，减速器输出轴与动力轴同轴，其输入轴通过电磁离合器与电机连接。支座上安装有减速器，减速器输出轴与y轴进给螺杆连接，输入轴通过电磁离合器与电机连接。过梁上安装有减速器，减速器输出轴与z轴升降螺杆连接，其输入轴通过电磁离合器与电机连接。倾角调节臂上安装有减速器，减速器输入轴通过电磁离合器与电机连接，输出轴与直线运动机构连接。偏摆推动装置包括直线运动机构，直线运动机构输出轴与偏摆推动轴铰接，输入轴一端通过电磁离合器与电机连接。回转伸缩推动装置为电动伸缩杆，电动伸缩杆两端分别与回转定轴及回转动轴铰接。上横梁内安装有夹紧螺杆，夹紧螺杆与滑条连接，其连接处为可转动连接，上横梁右侧面的上夹耳上安装有减速器，夹紧螺杆横向贯穿上横梁与减速器输出轴连接，减速器输入轴通过电磁离合器与电机连接。下横梁上安装有减速器，减速器输出轴与提升螺杆连接，输入轴通过电磁离合器与电机连接。作为一种优选的方式，所有减速器输入轴一端通过电磁离合器与电机连接，另外一端与手轮连接。作为一种优选的方式，固定外圈环形均匀阵列有磁栅尺。下横梁上安装有限位开关及磁栅尺。长纵梁上安装有限位开关及磁栅尺。主立柱上安装有限位开关及磁栅尺。倾角调节臂上安装有限位开关。中套下部安装有限位开关。作为一种优选的方式，固定外圈上还安装有定位装置下层平台，下层平台上安装有下层护栏。作为一种优选的方式，主立柱下端还连接有挂梯。作为一种优选的方式，固定外圈下表面还安装有射灯。与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)本发明采用四个维度的进给及三个维度的微调能够完全实现蒸汽发生器管接头的高精度自动化装配，装配耗时短，精度高，避免因管壁的摩擦、撞伤等不可修复的缺陷使得工件报废的情况，减少因装配过程而带来的经济损失；(2)本发明高度集成化运动控制系统、图像监控系统、检测系统，对于控制过程具有三种方式：1、上位机终端控制、2手持操作盒随身控制、3转动手轮控制。控制方式灵活，便于现场装配操作。附图说明
背景技术：
用图：图1为安装偏差情况示意图。结构部分用图：图2为本发明的正视图。图3为本发明的左视图。图4为本发明的俯视图。图5为c轴回转消隙装置正视图。图6为c轴回转消隙装置俯视图。图7为c轴回转消隙装置左视图。图8为图6中a-a断面图。图9为图6中b-b断面图。图10为x轴进给装置的正视图。图11为x轴进给装置的俯视图。图12为图11中a-a断面图。图13为y轴进给装置长纵梁的正视图。图14为y轴进给装置长纵梁的俯视图。图15为y轴进给装置长纵梁的左视图。图16为y轴进给装置短纵梁的正视图。图17为y轴进给装置短纵梁的左视图。图18为z轴升降装置的正视图。图19为z轴升降装置的俯视图。图20为图18中a-a断面图。图21为滑板机构的正视图。图22为滑板机构的右视图。图23为滑板机构的俯视图。图24为滑板机构的轴测图。图25为仰角调节装置及部分偏摆调节装置的正视图。图26为仰角调节装置及部分偏摆调节装置的后视图。图27为仰角调节装置及部分偏摆调节装置的左视图。图28为图25中b-b剖视图。图29为图27中a的局部放大图。图30为部分偏摆调节装置、回转调节装置、夹持装置的正视图。图31为部分偏摆调节装置、回转调节装置、夹持装置的剖视图。图32为部分偏摆调节装置、回转调节装置、夹持装置的俯视图。电气系统部分用图：图33为电气控制系统框架图。图34为控制系统硬件框架图。图35为手持操作盒结构图。图36为手持操作盒接线图。图37为控制器及其扩展模块图。图38为电磁离合器接线图。图39为磁栅传感器接线图。图40为限位传感器接线图。图41为单台lexium23a驱动装置接线图。图42为传感器接线图。图43为位置检测示意图。图44为位置检测高度差示意图。图45为轴向检测示意图。图46为四个psd传感器安装示意图。图47为对中检测情况一示意图。图48为对中检测情况二示意图。图49为对中检测情况三示意图。图50为对中检测情况四示意图。图51为监控系统的网络拓扑图。其中，1对孔检测装置；2c轴回转消隙装置,201回转支撑装置,2011转动内圈,2012固定外圈,202主动齿轮,203安装板,204二级减速器,205减速器安装板,206射灯；3x轴进给装置，301下横梁，302x轴轴承座，303x轴进给螺杆，304动力轴，305连接梁，306x轴直线滑轨；4y轴进给装置，401长纵梁，402y轴进给螺套，403x轴进给螺套，404y轴直线滑轨，405短纵梁，406x轴直线滑轨座；5z轴升降装置，501主立柱，502过梁，503z轴升降螺杆，504y轴进给螺杆，505y轴直线滑轨座，506支座，507万向节，508z轴直线滑轨；6倾角调节装置，601倾角调节臂，602倾角调节轴，603偏摆调节转轴，604连臂，605滑块连接板，606倾角调节滑轨，607倾角调节蜗杆，608倾角调节传动定位套；7偏摆调节装置，701中套，702偏摆轴套，703偏摆推动轴，7031偏摆推动动轴，7032偏摆推动定轴，7033转动连接板，704偏摆调节蜗杆，705偏摆调节传动定位套；8回转调节装置，801回转中轴，802回转动轴，803回转定轴，804电动伸缩杆；9夹持装置，901上横梁，902上夹耳，903下横梁，904钩板，905提升螺杆，906提升滑套，907滑条；10下层平台，11下层护栏，12挂梯，13磁栅尺,14手轮,15减速器,16电磁离合器,17电机，18联轴器,19限位开关；20滑板机构，2001支撑钢架,2002下钢架,2003倾角调节推动铰接座,2004上钢架,2005倾角调节转动铰接座,2006z轴升降直线滑轨座,2007z轴升降螺套。具体实施方式下面结合附图对本发明作进一步的说明。本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。实施例1：参见图2～4，一种多功能机械手及回转平台，包括对孔检测装置1及c轴回转消隙装置2，对孔检测装置1包括四个环形均匀阵列在工件上端轴部的测距传感器，c轴回转消隙装置2上安装有x轴进给装置3，x轴进给装置3上安装有y轴进给装置4，y轴进给装置4上安装有z轴升降装置5，z轴升降装置5安装有夹持装置9，夹持装置9与z轴升降装置5连接处设有偏摆调节装置7、倾角调节装置6及回转调节装置8：参见图5～9，c轴回转消隙装置2包括回转支撑装置201，回转支撑装置201包括固定外圈2012及转动内圈2011，固定外圈2012通过安装板203固定安装在压力容器上端的法兰上，安装板203与压力容器上端间夹有保护垫以降低压力容器上端法兰的损伤，同时安装板203上连接有定位弧板，定位弧板卡在压力容器上端法兰外圆面，保证回转支撑装置201与压力容器同轴，固定外圈2012外周上设有一圈外齿，转动内圈2011上安装有减速器安装板205，减速器安装板205上安装有主动齿轮202，主动齿轮202与固定外圈2012的外齿相啮合。减速器安装板205上安装有二级减速器204，二级减速器204输出轴与主动齿轮202连接，输入轴通过联轴器18与减速器15输出轴连接，减速器15输入轴与通过电磁离合器16与电机17连接。减速器15输入轴一端通过电磁离合器16与电机17连接，另外一端与手轮14连接。参见图10～12，x轴进给装置3包括至少两根下横梁903，两根下横梁903互相平行安装在转动内圈2011上，下横梁903上安装有x轴轴承座302，x轴轴承座302上安装有x轴进给螺杆303，下横梁903上还安装有x轴直线滑轨306，x轴直线滑轨306与x轴进给螺杆303相平行。下横梁903处于同一侧的头部安装有与下横梁903相垂直的连接梁305，连接梁305上安装有与x轴进给螺杆303相垂直的动力轴304，连接梁305两端头部均安装有减速器15，减速器15输出轴通过联轴器18与x轴进给螺杆303连接，输入轴通过联轴器18与动力轴304连接，连接梁305中部设有减速器15，减速器15输出轴与动力轴304同轴，其输入轴通过电磁离合器16与电机17连接。减速器15输入轴一端通过电磁离合器16与电机17连接，另外一端与手轮14连接。参见图13～17，y轴进给装置4包括一根长纵梁401及两根短纵梁405，一根长纵梁401与两根短纵梁405互相平行并连接组成一c字形构件，长纵梁401及短纵梁405上安装有x轴进给螺套403，x轴进给螺套403内设有与x轴进行螺杆相匹配的螺纹，长纵梁401及短纵梁405通过x轴进给螺套403安装在x轴进给螺杆303上，两者下表面均设有x轴直线滑轨座406，x轴直线滑轨座406通过下横梁903上的x轴直线滑轨306进行支撑，长纵梁401上还设有y轴进给螺套402及与y轴进给螺套402轴线相平行的y轴直线滑轨404，短纵梁405上设有与y轴进给螺套402轴线相平行的y轴直线滑轨404。参见图18～20，z轴升降装置5包括两根主立柱501，两根主立柱501与压力容器轴线相平行，其两端通过过梁502固定，主立柱501两端的过梁502上安装有z轴升降螺杆503，两根主立柱501的侧面安装有支座506，主立柱501两侧支座506上安装有y轴进给螺杆504，支座506下表面安装有y轴直线滑轨座505，y轴直线滑轨座505安装在y轴直线滑轨404上，y轴进给螺杆504安装在y轴进给螺套402内，两根主立柱501相对的内侧面安装有z轴直线滑轨508。z轴升降装置5上安装有滑板机构20，参见图21～24，滑板机构20包括两根互相平行的支撑钢架2001，两根支撑钢架2001下端通过下钢架2002固定，上端通过上钢架2004固定，且三者组成一方形钢架，上钢架2004上安装有z轴升降螺套2007，z轴升降螺套2007旋合在z轴升降螺杆503上，上钢架2004及下钢架2002的侧面上安装有与z轴升降螺套2007轴线相平行的z轴升降直线滑轨座2006，z轴升降直线滑轨座2006与z轴直线滑轨508座契合，上钢架2004上安装有倾角调节转动铰接座2005，下钢架2002上安装有倾角调节推动铰接座2003。支座506上安装有减速器15，减速器15输出轴与x轴进给螺杆303连接，输入轴通过电磁离合器16与电机17连接。减速器15输入轴一端通过电磁离合器16与电机17连接，另外一端与手轮14连接。过梁502上安装有减速器15，减速器15输出轴与z轴升降螺杆503连接，其输入轴通过电磁离合器16与电机17连接。减速器15输入轴一端通过电磁离合器16与电机17连接，另外一端与手轮14连接。由于z轴升降螺杆503的直接驱动端为上端过梁502或下端过梁502，可通过万向节507、联轴器18、减速器15等机构将直接驱动源换向至中部，便于直接进行控制。c轴回转消隙装置2动作过程：1)电机17驱动：电机17依次通过电磁离合器16、减速器15、联轴器18、二级减速器204驱动主动齿轮202转动，使主动齿轮202在固定外圈2012的外齿上做周转运动，进而驱动转动内圈2011及其上安装的x轴进给装置3进行自转。2)手动驱动：电磁离合器16断开减速器15与电机17间的连接，手动转动手轮14，通过减速器15、联轴器18、二级减速器204驱动主动齿轮202转动，使主动齿轮202在固定外圈2012的外齿上做周转运动，进而驱动转动内圈2011进行自转。x轴进给装置3动作过程：1)电机17驱动：电机17依次通过电磁离合器16、减速器15、联轴器18驱动动力轴304转动，动力轴304再通过其两端的涡轮蜗杆减速器15带动两个下横梁903上的x轴进给螺杆303转动，使x轴进给螺套403沿x轴进给螺杆303轴线移动，进而y轴进给装置4在x轴直线滑轨座406与x轴直线滑轨306的配合下做x轴进给动作。2)手动驱动：电磁离合器16断开减速器15与电机17间的连接，手动转动手轮14，通过减速器15、联轴器18驱动动力轴304转动，动力轴304再通过其两端的涡轮蜗杆减速器15带动两个下横梁903上的y轴进给螺杆504转动，使x轴进给螺套403沿x轴进给螺杆303轴线移动，进而y轴进给装置4在x轴直线滑轨座406与x轴直线滑轨306的配合下做x轴进给动作。y轴进给装置4动作过程：1)电机17驱动：电机17依次通过电磁离合器16、减速器15、联轴器18驱动y轴进给螺杆504转动，使y轴进给螺杆504沿y轴进给螺套402轴线移动，进而使z轴升降装置5的支座506在x轴直线滑轨座406与x轴直线滑轨306配合下做y轴进给动作。2)手动驱动：电磁离合器16断开减速器15与电机17间的连接，手动转动手轮14，通过减速器15、联轴器18驱动x轴进给螺杆303转动，使x轴进给螺杆303沿x轴进给螺套403轴线移动，进而使z轴升降装置5的支座506在x轴直线滑轨座406与x轴直线滑轨306配合下做y轴进给动作。z轴升降装置5动作过程：1)电机17驱动：电机17依次通过电磁离合器16、减速器15、联轴器18驱动z轴升降螺杆503转动，使z轴升降螺杆503带动与其螺纹配合滑板进行上下移动。2)手动驱动：电磁离合器16断开减速器15与电机17间的连接，手动转动手轮14，通过减速器15、联轴器18、二级减速器204驱动z轴升降螺杆503转动，使z轴升降螺杆503带动与其螺纹配合滑板进行上下移动。三个维度微调过程参见图25～29，倾角调节装置6包括倾角调节臂601，倾角调节臂601上端设有倾角调节轴602，倾角调节轴602铰接在倾角调节转动铰接座2005上，倾角调节臂601朝向滑板机构20的一面设有倾角调节滑轨606，倾角调节滑轨606上安装有滑块连接板605，滑块连接板605与滑板间设有连臂604，连臂604一端与滑块连接板605铰接，另外一端铰接在倾角调节推动铰接座2003上，倾角调节臂601上端还设有偏摆调节转轴603。倾角调节臂601上安装有减速器15，减速器15输入轴通过电磁离合器16与电机17连接，输出轴与直线运动机构连接。直线运动机构包括倾角调节传动定位套608，倾角调节传动定位套608内安装有互相啮合的齿轮及倾角调节蜗杆607，倾角调节蜗杆607与滑块连接板605连接，齿轮安装在减速器15输出轴上，减速器15输出轴背离电机17的一端与手轮14连接。参见图30～32，偏摆调节装置7包括中套701，中套701上端设有与偏摆调节转轴603相匹配的偏摆轴套702，中套701通过偏摆轴套702套接在偏摆调节转轴603的方式安装在倾角调节臂601上，中套701下端安装有偏摆推动轴703，倾角调节臂601上安装有偏摆推动装置，偏摆推动装置与偏摆推动轴703连接。偏摆推动装置包括直线运动机构，直线运动机构包括偏摆调节传动定位套705，偏摆调节传动定位套705内安装有互相啮合的齿轮及偏摆调节蜗杆704，偏摆推动轴703包括偏摆推动动轴7031及偏摆推动定轴7032，偏摆推动定轴7032安装在中套701上，偏摆推动动轴7031安装在倾角调节臂601上，偏摆推动定轴7032与偏摆推动动轴7031为转动连接，偏摆推动定轴7032上连接有转动连接板7033，转动连接板7033与偏摆调节蜗杆704铰接，齿轮安装在转轴上，转轴通过偏摆调节传动定位套705进行定位，转轴一端通过电磁离合器16与电机17连接，另外一端与手轮14连接。参见图30～32，回转调节装置8包括回转中轴801，回转中轴801安装在中套701内，回转中轴801上端设有回转动轴802，中套701上端设有回转定轴803，回转动轴802与回转定轴803间设有回转伸缩推动装置，回转伸缩推动装置两端分别与回转定轴803及回转动轴802铰接。回转伸缩推动装置为电动伸缩杆804，电动伸缩杆804两端分别与回转定轴803及回转动轴802铰接。参见图30～32，夹持装置9包括连接在回转中轴801上端的上横梁901，上横梁901左侧面设有滑槽，滑槽内安装有滑条907，上横梁901右侧面及滑条907均安装有上夹耳902，夹持装置9还包括连接在回转中轴801下端的提升螺杆905，提升螺杆905与回转中轴801为转动连接，中套701与回转中轴801配合的下端还安装有提升滑套906，提升滑套906上端套接在回转中轴801上并通过键连接防止两者相对转动，键连接的键槽长度大于键的长度，提升滑套906下端伸出中套701外与下横梁903连接，下横梁903两侧安装有钩板904。上横梁901内安装有夹紧螺杆，夹紧螺杆与滑条907连接，其连接处为可转动连接，上横梁901右侧面的上夹耳902上安装有减速器15，夹紧螺杆横向贯穿上横梁901与减速器15输出轴连接，减速器15输入轴通过电磁离合器16与电机17连接。下横梁903上安装有减速器15，减速器15输出轴可通过互相啮合的锥齿轮或者涡轮蜗杆机构传动换向后带动提升螺杆905转动，输入轴通过电磁离合器16与电机17连接。减速器15输入轴背离电机17的一端与手轮14连接。倾角调节装置6动作过程：1)电机17驱动：电机17依次通过电磁离合器16、减速器15驱动齿轮转动，倾角调节蜗杆607转动并上下拉动滑块连接板605进行移动，滑块连接板605在倾角调节滑轨606上滑动，由于连臂604两端分别与滑块连接板605及倾角调节推动铰接座2003铰接，在滑块连接板605上下移动时，连臂604的倾斜程度发生改变，整个倾角调节臂601通过倾角调节转动铰接座2005绕倾角调节轴602转动，使倾角调节臂601的倾斜程度发生改变，实现倾角调节的目的。2)手动驱动：电磁离合器16断开减速器15与电机17间的连接，手动转动手轮14，通过减速器15驱动齿轮转动，倾角调节蜗杆607转动并上下拉动滑块连接板605进行移动，滑块连接板605在倾角调节滑轨606上滑动，由于连臂604两端分别与滑块连接板605及倾角调节推动铰接座2003铰接，在滑块连接板605上下移动时，连臂604的倾斜程度发生改变，整个倾角调节臂601通过倾角调节转动铰接座2005绕倾角调节轴602转动，使倾角调节臂601的倾斜程度发生改变，实现倾角调节的目的。偏摆调节装置7动作过程：1)电机17驱动：电机17依次通过电磁离合器16驱动齿轮转动，与齿轮啮合的偏摆调节蜗杆704移动，偏摆调节蜗杆704通过转动连接板7033推动偏摆推动定轴7032在偏摆推动定轴7032上转动，偏摆推动定轴7032需保证具有一定的自转，使得直齿条与偏摆推动轴703的铰接处为直线运动，进而保证直齿条的横向移动进给，使得偏摆推动定轴7032在一定程度上具有自转可以通过卡块、限位块等方式实现。由于偏摆推动定轴7032移动，中套701通过其上端的偏摆轴套702绕偏摆调节转轴603轴线转动，即实现偏摆调节过程。2)手动驱动：电磁离合器16断开减速器15与电机17间的连接，手动转动手轮14，通过电磁离合器16驱动齿轮转动，与齿轮啮合的偏摆调节蜗杆704移动，偏摆调节蜗杆704通过转动连接板7033推动偏摆推动定轴7032在偏摆推动定轴7032上转动，偏摆推动定轴7032需保证具有一定的自转，使得直齿条与偏摆推动轴703的铰接处为直线运动，进而保证直齿条的横向移动进给，使得偏摆推动定轴7032在一定程度上具有自转可以通过卡块、限位块等方式实现。由于偏摆推动定轴7032移动，中套701通过其上端的偏摆轴套702绕偏摆调节转轴603轴线转动，即实现偏摆调节过程。回转调节装置8动作过程：1)电机17驱动：电动伸缩杆804伸缩，由于其两端分别与回转定轴803及回转电动铰接，电动伸缩杆804其长度发生改变时，回转定轴803处的铰接点不动，回转动轴802处的铰接点绕回转中轴801轴线转动，进而使回转中轴801上端连接的工件夹紧装置、下端连接的工件托盘释放装置自动。工件夹持及放下过程夹持装置9动作过程：1)电机17驱动：工件夹持：将工件置于两个上夹耳902间，电机17依次通过电磁离合器16、减速器15驱动夹紧螺杆转动，使滑条907在上横梁901的滑槽内横向滑动，左侧的夹耳靠近工件，z轴升降装置5动作将工件提起。随后中套701下端的电机17依次通过电磁离合器16、减速器15驱动提升螺杆905转动，下横梁903通过其上的螺套沿提升螺杆905向上移动，下横梁903上的钩板904将工件下端的托盘向上压紧，在装配完成后待释放。工件释放：工件上端轴部完成对准装配后，偏摆调节装置7动作使工件底部托盘的轴线与压力容器沉台孔同轴，然后下横梁903上的钩板904将工件下端的托盘释放，即完成了工件的装配过程，再将设备退出复位即可。2)手动驱动：电磁离合器16断开减速器15与电机17间的连接，通过手轮14控制上述过程。固定外圈2012环形均匀阵列有磁栅尺13。下横梁903上安装有限位开关19及磁栅尺13。长纵梁401上安装有限位开关19及磁栅尺13。主立柱501上安装有限位开关19及磁栅尺13。倾角调节臂601上安装有限位开关19。中套701下部安装有限位开关19。磁栅尺13对c轴回转消隙装置2、x轴进给装置3、y轴进给装置4、z轴升降装置5进行线性位移测量，测量该四个进给机构的进给量。限位开关19限制x轴进给装置3、y轴进给装置4、z轴升降装置5、倾角调节装置6、中套701下端连接的工件托盘释放装置的最大、最小动作位移量。固定外圈2012上还安装有定位装置下层平台10，下层平台10上安装有下层护栏11。主立柱501下端还连接有挂梯12。固定外圈2012下表面还安装有射灯206。平台、护栏、挂梯12、射灯206等装置便于现场工作人员对设备进行操作及工件装配状态的监控。整体机构的工作过程：管接头通过夹持装置9夹紧后，z轴升降装置5将管接头降下探入压力容器内部，随后c轴回转消隙装置2带动管接头绕压力容器轴线转动，使管接头正对其需装配的压力容器轴孔处，然后x轴进给装置3动作使管接头靠拢装配的压力容器轴孔处，c轴回转消隙装置2及y轴进给装置4配合使管接头上端轴部的轴线与压力容器轴孔在同一直线上，完成初步对准。x轴进给装置3继续动作，使管接头上端轴部处的对孔检测装置1伸入轴孔内，对孔检测装置1通过4个测距传感器检测轴孔内部的距离，根据测量距离的偏差判断工件姿态的偏差，进而驱动偏摆调节装置7、倾角调节装置6及回转调节装置8对工件进行姿态调整，实现管接头高精度自动化装配的目的。电气控制系统方案：电气控制系统包括运动控制系统、图像监控系统、检测系统。电气控制系统框架图参见图33。控制系统硬件框架图参见图34。上位机基础组态软件设计，用户交互界面具有人性化特点，并提供“用户管理”，“工件位置参数设定”，“软限位参数设定”、“手动位置微调”、“状态监视”、“推出管理系统”等功能。运动控制系统采用plc作为下位机控制器，上位机采用工业控制计算机。下位机和上位机通过以太网通讯，下位机和交流伺服驱动器采用canopen总线通讯。运动控制系统由手持操作盒、下位机、电磁离合器、磁栅传感器、限位传感器、交流伺服电机组成。(1)手持操作盒手持操作盒相当于一个脉冲发生器。它用在特殊情况，通过人观察装配状态，根据装配状态选择相应运动轴来微调工件位姿。使用时，首先按下使能按钮，选择轴号和倍率。然后旋转手轮由高数脉冲模块记录脉冲数，通过plc内部程序处理，使所选择的轴按照给定的脉冲量运动。手持操作盒上轴选择开关有10个，分别代表：off-轴选择关闭；c-回转消隙运动；x-横向移动；y-纵向移动；z-轴向移动；f-俯仰运动；p-偏摆运动；t-提升弹簧运动；j-夹持机构；w-工件微调机构；b-备用轴。倍率有四个选择，分别：x1、x10、x100、x1000。1个内部急停按钮，1个使能开关，上电指示灯。手持操作盒结构图参见图35。急停开关、使能开关、轴号选择开关、倍率开关的接线端与plc的数字变量的输入端连接。手轮的a、/a、b、/b端与plc的高速计数模块连接。plc内部程序根据开关量组合和变化，判断当前所选择的轴号和倍率，把倍率与高速计数模块记录手轮转动发出的脉冲个数的乘积作为当前选择轴号的位移量。手持操作盒接线如图36所示。当使能开关处在使能状态，轴选择开关拨在off开关时，l1、l2、l3、l4、l5处于断开状态，当开关到c时，l1、l5导通，其他断开。其他轴号选选类似，即每个轴的选择都对应l1、l2、l3、l4、l5通、断组合，具体见下表4-1。倍率的选择和轴选一样，不同的倍率通过r1、r2的通/断组合定义，具体见下表。l1l2l3l4offc●x●y●●z●f●●p●●t●●●j●w●●b●●●轴选择x1x10x100x1000r1●●r2●●倍率选择(2)下位机下位机采用schneider莫迪康系列的plc控制器。控制器采用tm258lf42dt4l，嵌入式自带专用i/o块包括5路快速输入、2路常规输入、2路快速输出；嵌入式常规输入模块/12路数字量输入；嵌入式常规输出模块/12路数字量输；嵌入式常规输入模块/4路模拟量输入；通讯接口有以太网端口、can端口、usb端口、串行线路端口。本系统中，实际需要点数81点，其中开关量输入60点，包括限位开关、电磁离合器、停止、急停、启动、手持操作器的开关信号等，输出开关量21点，包括电磁离合器、三色指示灯等；高速计数模块5个，分别为x轴磁栅磁栅传感器、y轴磁栅传感器、z轴磁栅传感器、c轴磁栅传感器、手持操作器。控制器自带的i/o和计数模块不够，需要扩展4块12路数字量输入模块tm5sdi12d，12路数字输出模块tm5sdo12t，2通道高速计数模块tm5se2ic01024，1通道高速计数模块tm5se1ic02505，电源模块tm5sps2。控制器及其扩展模块图参见图37。(3)电磁离合器电磁离合器的型号为dld5-20/a,通过通电断电控制电磁离合器的切离状态，通过这种实现电动和手动切换。电磁离合器工作电压为dc24v，通过控制常闭继电器来控制电磁离合器的通断，同时检测电磁离合器的状态，电磁离合器接线图如图38所示。(4)磁栅传感器c轴、x轴、y轴、z轴的定位精度决定了蒸汽发生器安装的成败。为了消除这些轴的传动误差和失动，将磁栅式传感器安装在执行部件，直接测出执行部件的实际位移，与输入的指令位移进行比较，比较后的差值反馈给控制系统，对执行部件的移(转)动进行补偿，使执行部件向减小差值的方向移动，最终使差值等于零或接近零，即形成闭环位置控制系统。磁栅式传感器的读数头选择德国sikomr500r,高速计数模块选用tm5se2ic01024，磁栅式传感器的读数头通过编码器信号转换隔离器，将磁栅的ttl信号转换成高速计数模块tm5se2ic01024可以接受的单端脉冲信号。由高速计数模块记录磁栅式传感器输出的脉数,然后乘以磁栅尺的精度，反馈给控制系统。磁栅传感器接线图如图39所示。(5)限位传感器限位传感器作为机械运动极限位置的电气开关,当机械运动到极限位置触动限位开关，相应的线路导通。plc内部程序在下个扫描周期检测到相应i/o地址变量数值的变化后，内部程序将相应运动轴的电机停止并锁死。限位传感器选用omron的d4v-8104z，额定电压dc24v,3线。数字输入模块采用控制器tm258lf42dtl自带的嵌入式常规数字量输入模块di124e，12路漏极输入，输入电压24v，限位传感器接线图如图40所示。(6)交流伺服电机交流伺服电动机作为控制系统的执行元件，通过伺服驱动器将接收到的电信号映射成驱动电机的脉冲信号，驱动电机按预定的速度和位置转动，实现各进给及微调装置动作。交流伺服电动机主要驱动执行装置采用schneider的lexium23a交流伺服驱动装置。其中交流伺服电机带有高分辨率的20位增量型编码器和断电抱轧器。单台lexium23a驱动装置接线图如图41所示。检测系统包括两部分：(1)位置检测，检测压力容器内部16个孔内壁圆心在机器坐标系下的位置。位置检测采用两个安装在中套上的传感器，通过横向扫描压力容器内壁边缘，确定y轴方向，轴向扫描压力容器内壁边缘，确定c轴和z轴位置。传感器选keyencelv-nh37放射式光电并配放大器lv-n11p。传感器头lv-nh37发出超小光斑50um，检测距离70±15mm；放大器lv-n11p为npn输出。当传感器未到达边缘时，接收器接收到光，放大器输出高电平；当到达孔的边缘时，接收器接收不到光，放大器输出低电平。plc内部程序通过检测i/o输入端的变化，记录当前位置计算处理。传感器接线图如图42所示。位置检测方法：将两只反射式光电传感器分别安装在两个上夹耳上，通过回转调节装置运动使横向移动方向基本平行压力容器周向其中一个孔的轴线。初始状态，机器设备的坐标系原点在压力容器坐标系下坐标为(△θ，x01,y01)，位置检测示意图如图43所示。然后，轴向移动装置下降，将两只传感器送到周向孔位置。纵向移动装置向左移动直到左边传感器检测到孔的边缘，移动距离回到初始位置，再往右移动直到右边传感器检测到孔边缘，移动距离可得：△yn为第n次测得机器设备坐标原地在y方向上到压力容器坐标系x0轴的距离。z轴升降装置上下运动时，边缘传感器可以检测到孔上下的边缘。但由于△y(△x)、△θ的存在，使两只传感器不是同时检测到孔的上边缘，出现高度差位置检测高度差示意图如图44所示。为第n次，左右传感器检测到孔上边沿时，轴向的高度差。当△y、△θ同时减小时，随着而减小，并且当△y＝0、△θ＝0时，即：由很难找出具体△y、△θ相互之间的函数关系式，知到三者之间的变化趋势，采用离散趋近的方法。第一次检测出后，纵向移动装置移动△y1，再次纵向扫描，然后，校核(纵向移动装置的运动精度)，确定机器坐标原点o在压力容器坐标系的x轴上。轴向检测孔的边缘，分别记录传感器检测到时的坐标当时，朝方向旋转单位θ；当时，朝方向旋转单位θ。重复以上过程，直到(轴向移动装置的运动精度)，趋近为零，可以认为机器坐标系的x轴与压力容器坐标系的x轴重合。再次轴向检测压力容器此周向孔的上下边缘得到轴向检测示意图如图45所示。可到孔心在轴向的位置为：完成以上过程，记录所检测的孔心在装配机器人坐标下坐标(x,y,θ)。按照此过程，依次找到剩余的孔心在装配机器人坐标系下的坐标，并记录存到数据库中。(2)对中检测，工件上端圆柱与压力容器周向对应孔的同轴度。对中检测采用智能孔轴装配动态引导器，智能孔轴装配动态引导器包括：引导头、孔套、四个psd传感器。引导头与工件端部圆柱配合，孔套与压力容器周向孔配合，四个psd传感器均布安装在孔套法兰面，四个psd传感器安装示意图如图46所示。根据传感器测得到孔壁距离不同，判断并计算出工件位置姿态偏差，并将数据传送给上位机，通过上位机对应的自由度对工件进行调整，达到需求同轴度的目的。工件带着引导头插入到容器周向安装孔中，四个测距传感器分别检测到引导头端部圆柱面到传感器的距离d1、d2、d3、d4。根据d1、d2、d3、d4做如下判断：1)当d1＝d2且d3＝d4时，工件上端圆柱与安装孔同轴；对中检测情况一示意图如图47所示。2)当d1≠d3且d2＝d4时，说明工件存在上下倾角或z向偏移误差。对中检测情况二示意图如图48所示。先调节度俯仰机构转动α，使得引导头轴线与孔轴线平行，然后再次测试若轴向运动装置运动dz；若工件上端圆柱与安装孔同轴；d-引导头轴端直径，mm；l-上下传感器之间的距离，mm；3)当d1＝d3且d2≠d4时，说明工件存在左右倾角或y方向偏移误差。对中检测情况三示意图如图49所示。先调节回转消隙装置转动β，使引导头的轴线与孔轴线平行；然后再次测试若纵向运动装置运动dy；4)当d1≠d3且d2≠d4时，说明工件在左右、上下倾角以及z方向、y方向都存在偏移。对中检测情况四示意图如图50所示。横向移动装置(x轴)向前移动lx，再次读数为n取自然数。根据所测的数据，俯仰机构和回转消隙装置分别调节αn、βn。然后横向移动装置(x轴)向后退lx,再次读数若或时，俯仰机构和回转消隙装置分别调节αn+1、βn+1。重复以上过程，直到且时，说明引导头的轴线与孔轴线平行。然后轴向移动装置调节dz，纵向动装置调节dy。通过上述四种状况的处理，智能孔轴装配动态引导器实现了动态引导管接头颈部与容器孔位的同轴，实现了柔顺装配。图像监控系统：图像监控系统包括7个监控摄像机，其中两个监控工件上端轴部，一个监控工件底部托盘与压力容器沉台孔的安装状态，两个安装主立柱侧面，监控主立柱侧面的空间，两个安装在主立柱后面，监控主立柱后面的空间。监控摄像机采用枪式网络摄像机，他使用的压缩技术为h.264技术，还具备mjpeg压缩技术，图像品质不受光线影响，白天和晚上呈现的结果一致，均清晰可见。七个摄像头通过以太网和tcp/ip通讯协议与工控机连接和通选，监控系统的网络拓扑图参见图51。如上即为本发明的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。当前第1页12