专利名称：用于连接元件的夹具的灵活制造的多工具定位器的制作方法
技术领域：
一般地，本发明涉及用在车辆组装线(automotive assembly line)中的工具 (tools)和夹具(fixture)，并且，更具体地，涉及用于在多个位置和方向支撑多个零部件的工具和夹具。
背景技术：
在车辆制造工业中，通常将各种零件安装在夹具上或机器人操纵器(robotics manipulator)的末梢执行器框架(end effector)上，以生产车辆附属组件(vehicle sub assembly)或整体膜盒组件(full body capsule assembly) 0车辆组装工艺以需要定位特征以处理车辆制造(vehicle build)的几何控制(geometric control)的附属组件夹具或工具单元(tooling cell)开始。在这种附属组装方案和相似应用中，可以使用多工具定位器单元(multi-tool positioner unit)支撑多工具的布置，以允许通过夹具或工具单元处理多种类型的车辆附属组件，从而使得夹具或工具单元比较灵活。同样地，通过使用多工具定位器单元还可以使得主线组装工具灵活。对于与车辆主体部件对应的技术手段，参见美国专利申请号为No. 11/112，599和No. 60/632，117的申请，该两个申请转让给本申请的受让人，并以引用的方式整体结合在本申请中。多工具定位器用于在固定车辆主体部件时设定几何结构或辅助作业，使得能够实施一般操作工艺来制造符合说明书的部件组件。通常，根据即将被组装的部件，在夹具和转盘式工具(pallet tooling)中可能用到多达十二种多工具的定位器单元。在使用中，操作者(或自动设备)将车辆零部件(如轮罩内板(wheel house inner)或者甚至整个下部组件)装配在所述转盘/夹具上。多工具定位器单元将所述零部件保持在合适的位置。在不同的指定部件进入系统的情况下，能够操纵多工具定位器单元到需要的位置，以适应进入的部件。多工具定位器单元必须能够在三个正交的方向移动，以达到所需的灵活度。可通过制动系统调整所述单元。可以释放制动系统以在不同的所需位置重新装配多工具定位器单元。更具体地，通过手动或使用机器人手臂终端工具(end of arm tooling)接合插入式连接件(socket type connections)，能够重新定位多工具定位器单元。从任意给定位置， 可以单独地或连续地释放所述制动器，以获得下一个需要位置。一旦获得下一个位置，手动设备或机器人手臂终端工具将接合制动器，以将多工具定位器单元保持在所述位置。当多工具定位器单元将工具保持在需要位置时，该多工具定位器单元还必须适应用于补偿在多个车身部件中固有的制造公差和多工具定位器单元本身固有的制造公差的定位公差。此外，制动器应当能够承受微小的碰撞或由外力施加的压力。
传统的多工具定位器单元通常包括在下枢轴组件中的球面轴承，以提供位置顺度 (positional compliance)和/或定位公差。上枢轴组件使用利用涂装轴承(coated fitted bearing)的面接触支承方法保持需要的位置。
发明内容
公开了用于固定车辆车身零部件以制造车辆车身的装置。该装置包括多个枢轴关节组件和连接在一起的连接臂，以在需要位置和方向帮助支撑工具夹具(tooling fixtures)。在一方面，多工具定位器包括四个枢轴关节组件和用于固定定制支架的夹具的安装面，每个所述枢轴关节组件具有专门的制动器。每个制动器可以通过致动器接合或分
1 O所述枢轴关节组件可以手动地或自动地驱动，以接合或分离所述制动器。此外，所述制动器能够单独或者同时驱动，以在需要的位置帮助重新装配所述多工具定位器。参照下面的具体说明并结合此处的附图，本发明的这些和其他特征及优点将变得更加显而易见。
图1是包括根据本公开内容的多工具定位器的工具夹具系统的透视图；图2是图1中的多工具定位器的透视图；图3A是图2中的多工具定位器的侧视图；图;3B是图2中的多工具定位器的后视图；图4A是图2中的多工具定位器的一部分的局部剖视图，描述了接合状态下的第一枢轴关节组件；图4B图2中的多工具定位器的一部分的局部剖视图，与图4A相似，描述了分离状态下的第一枢轴关节组件；图5是图4A中的第二枢轴关节组件的分解透视图。
具体实施例方式图1描述了示例性工具夹具定位系统10，该工具夹具定位系统10可以用于例如在车辆生产线中以需要的位置和方向支撑装配部件(build component)，从而组装到车辆上。 根据本公开内容，系统10包括安装于支撑架14的示例性多工具定位器12。继续参照图1，并且还要结合图2、图3A和图3B，多工具定位器包括多个枢轴关节组件16、18、20、22和连接在一起的连接臂对、26，以支撑工具夹具观，并且在由三个正交坐标轴X、Y、Z定义的三维空间内的需要位置定位所述工具夹具观。在需要位置，第一枢轴关节组件16通过安装基座30固定于支撑架14。枢转板32与安装基座30连接，以围绕第一轴线34转动。在图示的实施方式中，第一轴线34定向在大致垂直的方向，容易理解的是， 第一轴线34可以选择地定向在其他各种方向。第二枢轴关节组件18固定于第二安装板36，该第二安装板36进而通过固定在第二安装板36与第一枢轴关节组件16的枢转板32之间的一对加固板38而与第一枢轴关节组件16的第一枢转板32连接。第二枢轴关节组件18包括外毂40，该外毂40选择性地能够围绕第二轴线42转动，该第二轴线42与第一轴线34大致垂直。第一连接臂M具有第一末端44和第二末端46，第一末端44与第二枢轴关节组件18的外毂40连接，第二末端46 与第三枢轴关节组件20的外毂48连接。第三枢轴关节组件20的外毂48选择性地能够围绕第三轴线50转动，该第三轴线50大致平行于第二枢轴关节组件18的第二轴线42。第三枢轴关节组件20的内毂52与第二连接臂沈的第一末端M连接，并且第二连接臂沈的第二末端56与第四枢轴关节组件22的外毂58连接。第四枢轴关节组件22的外毂58选择性地能够围绕第四轴线60转动，该第四轴线60大致平行于第二枢轴关节组件18的第二轴线42和第三枢轴关节组件20的第三轴线50。第四枢轴关节组件22的内毂62适用于容纳并支撑工具夹具，例如如图1中描述的工具夹具观。然而，可以理解的是，各种其他结构的工具夹具可以选择性地与第四枢轴关节组件22的内毂62连接，以支撑在多工具定位器12 上的多个装配部件。现在结合图4，将更加详细地描述所述枢轴关节组件。第一枢轴连接组件16包括与中心轴74互相连接的第一外毂70和第二外毂72。第二外毂72与基板30连接，该基板 30将第一枢轴关节组件16固定于支撑架14。第一外毂70和第二外毂72之间设置有内毂 76，并且该内毂76设置在轴承78上，以相对于第一外毂70和第二外毂72旋转运动。第一枢轴关节组件16还包括锁紧花键制动器80 (locking spline brake)，该锁紧花键制动器 80用于克服相对于第一外毂70和第二外毂72的转动而锁紧内毂76。花键制动器80包括固定于内毂76的制动鼓80a，和固定于中心轴74的制动蹄80b (brake shoe)。图5中描述了示例性的制动蹄80b，以及图6中描述了示例性的制动鼓80a。制动蹄80b的外径向表面 82和与该外径向表面82相对应的制动鼓80a的外径向表面84包括互补形状的花键齿，当花键齿接合时，该花键齿防止内毂76相对于第一外毂70和第二外毂72转动。制动蹄80b 由弹簧86偏压至与制动鼓80a接合，从而阻止内毂76相对于第一外毂70和第二外毂72 旋转运动。第一枢轴关节组件16还包括致动器90，该致动器90通过安装板92 (adapter plate)与第一外毂70连接。致动器90具有柱塞94，该柱塞94能够沿第一轴线34的方向移动。通过驱动，柱塞94能够沿一个方向移动，使得推杆98与制动蹄80b接合，并且克服弹簧86的偏压力移动制动蹄80b，以使制动蹄80b与制动鼓80a分离，然后内毂76相对于第一外毂70和第二外毂72自由转动。第二枢轴关节组件18包括与第二安装板36连接的内毂100和外毂40，该外毂 40与内毂100连接以相对于内毂100相对旋转运动。花键锥形制动器102具有固定于内毂100的制动鼓10 和与中心轴123连接的制动蹄102b。中心轴123与外毂40的毂板 40a连接。图5中描述了示例性的制动蹄102b和示例性的制动鼓10加。应当理解的是，可以选择性地使用各种其他结构的制动蹄和制动鼓。制动蹄102b的外径向表面104和制动鼓10 的内径向表面106包括相对应的花键齿，该相对应的花键齿形成为互相接合，使得当花键齿接合时，外毂40和中心轴123相对于内毂100的转动而锁紧。弹簧108将制动蹄 102b偏压至与制动鼓10 接合。第二枢轴关节组件18还包括具有柱塞112的致动器110a，该柱塞112能够沿第二轴线42的方向移动。致动器IlOa通过安装板114与外毂40连接。通过驱动，柱塞112沿一个方向移动，以使制动蹄102b与和中心轴123连接的推动环116 (push ring)接合，从而沿克服弹簧108的偏压力的方向移动制动蹄102b，使得在制动蹄102b和制动鼓10 上相对应的花键齿变为分离。在制动蹄102b和制动鼓10 上的花键齿分离之后，外毂40和中心轴123可以相对于内毂100转动。图5是第二枢轴关节组件18的分解透视图，该图还描述了上面讨论过的元件，并且包括止推轴承130、球轴承132、紧固件134、销(dowel) 136、垫片138 (spacer)、轴承140 和固定件 142 (retainer)。第三枢轴关节组件20和第四枢轴关节组件22以与上面讨论过的第二枢轴关节组件18相似的方式构造，并且第三枢轴关节组件20和第四枢轴关节组件22通过致动器1 IOb 和致动器IlOc驱动。因此，将不再重复第三枢轴关节组件20和第四枢轴关节组件22的细节。此处展示和描述的致动器90、110a、110b、110c可以是气动致动器、电机或者任何其他形式的适于移动相应的柱塞，从而选择性地将相应的制动蹄从制动鼓分离的致动器。当需要重新定位工具夹具28时，致动器90、110a、110b、1 IOc也可以采用手动驱动以将制动蹄从制动鼓分离。例如，图4中描述的第二枢轴关节组件110a，该第二枢轴关节组件IlOa包括手动释放槽120。通过对柱塞112和释放槽120施加压力，推动环116克服弹簧108的偏压力移动制动蹄102b，从而，如上所述，分离制动蹄10 和制动鼓10加。致动器90、IlOb和 IlOc可以相似地构造。第一连接臂M的第一端44与第二枢轴关节组件18的外毂40连接，并且第一连接臂M的第二端46与第三枢轴关节组件20的外毂48连接。同样地，第二连接臂沈的第一端M与第三枢轴关节组件20的内毂52连接，并且第二连接臂沈的第二端56与第四枢轴关节组件22的外毂58连接。在运行时，第一枢轴关节组件16的致动器90、第二枢轴关节组件18的致动器110a、第三枢轴关节组件20的致动器110b、第四枢轴关节组件22的致动器IlOc可以单独或者同时驱动，以分别释放花键制动器，从而各个枢轴关节组件16、18、 20,22的毂可以选择性地转动至工具夹具观与第四枢轴关节组件22在需要的位置和方向连接以支撑装配部件的位置和方向。虽然通过描述各种实施方式诠释了根据本发明的原理的各个方面，并且虽然相当详细地描述了具体实施方式
，但这些并不用于限制本发明或以任何方式将本发明的范围限制于这些细节。此处展示并描述的各种特征可以单独使用或任意组合。对于本领域技术人员，附加的优点和变形是显而易见的。因此，本发明更广泛的方面并不限于具体的细节、代表性的装置和方法，以及展示和描述的示例性的实施例。因此，可以从这些细节中出发而不脱离大致发明点的范围。
权利要求
1.用于在需要位置支撑夹具的装置，该装置包括 至少一个枢轴关节组件，该至少一个枢轴关节组件包括 毂，该毂能够围绕第一轴线转动，制动鼓，该制动鼓具有第一齿，制动蹄，该制动蹄具有第二齿，该第二齿与所述制动鼓的所述第一齿互补， 偏压件，该偏压件偏压所述第一齿和所述第二齿之间的接合，所述毂与所述制动鼓和所述制动蹄中的一个连接，因而当所述第一齿与所述第二齿接合时，所述毂固定而不转动，和致动器，该致动器操作用于使所述制动蹄或所述制动鼓中的一个相对于所述制动蹄或所述制动鼓中的另一个移动，以选择性地分离所述第一齿和所述第二齿；以及至少一个连接臂，该至少一个连接臂与所述毂连接，以与所述毂围绕所述第一轴线转动。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述致动器为电动致动器。
3.用于在需要位置支撑夹具的装置，该装置包括第一枢轴关节组件，该第一枢轴关节组件包括能够围绕第一轴线转动的第一毂； 第二枢轴关节组件，该第二枢轴关节组件与所述第一枢轴关节组件连接，以围绕所述第一轴线选择性定位所述第二枢轴关节组件，所述第二枢轴关节组件包括第二毂，该第二毂能够围绕与所述第一轴线垂直的第二轴线转动；第三枢轴关节组件，该第三枢轴关节组件包括第三毂，该第三毂能够围绕与所述第二轴线平行的第三轴线转动；连接臂，该连接臂连接在所述第二毂和所述第三毂之间；所述第一枢轴关节组件、所述第二枢轴关节组件和所述第三枢轴关节组件均包括 制动鼓，该制动鼓具有第一齿，制动蹄，该制动蹄具有第二齿，该第二齿与所述制动鼓的所述第一齿互补， 偏压件，该偏压件偏压所述第一齿和所述第二齿之间的接合，每个所述毂分别与所述制动鼓和所述制动蹄中的一个连接，因而当所述第一齿与所述第二齿接合时，所述毂固定而不转动，和致动器，该致动器操作用于使所述制动蹄或所述制动鼓中的一个相对于所述制动蹄或所述制动鼓中的另一个移动，以选择性地分离所述第一齿和所述第二齿。
全文摘要
用于固定车辆车身零部件以制造车辆车身的工具夹具定位系统(10)。该工具夹具定位系统(10)包括多个枢轴关节组件(16，28，20，22)和连接在一起的多个连接臂(24，26)，以在需要的位置和方向帮助支撑工具夹具(28)。每个枢轴关节组件(16，18，20，22)包括制动器(102)，该制动器(102)选择性地与分别围绕轴线(34，42，50，60)转动的枢轴关节组件(16，18，20，22)接合或分离。
文档编号F16D65/14GK102239033SQ200980136228
公开日2011年11月9日 申请日期2009年9月16日 优先权日2008年9月16日
发明者A·E·拉佩尔, J·L·帕齐伽, K·W·泰勒, L·A·赞格, R·E·别列兹尼基, S·M·阿洛里 申请人:北美库卡系统有限公司