本发明属于汽车冲压高速自动化生产领域，涉及汽车内部小结构件的多工位生产，具体涉及一种托铲式多球铰副端拾器及其仿真模型。
背景技术：
随着汽车工业朝着工业4.0方向发展，高速自动化生产是必然趋势。冲压多工位生产作为典型的高速生产方式，越来越受到各大汽车厂的重视。由于产线建造成本高昂且受车间场地限制，一条冲压多工位生产线必须兼顾不同车型多种零件的高速化、自动化生产，这对自动化设备，包括压机，自动化传送装置以及端拾器等提出严苛要求。
冲压多工位生产线要求端拾器操作简单，能够快速制作和调试，且能自制。老式端拾器仅能现场根据标准件配置，关节调整困难，效率很低，且无法进行cad规划设计，导致无法实现完整的自动化仿真。如何快速设计制作端拾器，是冲压多工位自动化生产必须解决的难题。
技术实现要素：
本发明的目的是提出一种托铲式多球铰副端拾器及其仿真模型，以解决老式固定球铰端拾器关节调整困难、效率低，且无法进行cad规划设计等问题，为多工位生产线的快速仿真创造条件，并为端拾器现场制作提供完整的技术参考。
本发明所采用的技术方案是：一种托铲式多球铰副端拾器，依次装配有前单球杆、组i双球碗，双球杆，组ii双球碗，后单球杆和托铲，其特征在于，所述组i双球碗包括第一前球碗和第一后球碗，所述组ii双球碗包括第二前球碗和第二后球碗；所述第一前球碗和第一后球碗通过第一旋转副联接，所述第二前球碗和第二后球碗通过第二旋转副联接。本发明中，板料被加持在端拾器的托铲上，端拾器基座安装在机械手上。从端拾器基座开始，依次装配有前单球杆、组i双球碗、双球杆、组ii双球碗、后单球杆和托铲；通过第一旋转副和第二旋转副，使每组双球碗的前后两个球碗可以实现独立旋转功能，并通过前后两个球碗间的相对旋转来规避相邻部件间的干涉，且大大提高了端拾器的柔性化。
进一步地，所述第一前球碗，第一后球碗，第二前球碗和第二后球碗的一端为球碗体，另一端为套筒或套轴，所述第一旋转副和第二旋转副为所述套筒和套轴联接所形成的套筒-套轴结构。用套筒-套轴结构连接前后两个球碗形成可独立旋转的双球碗部件，结构简单，操作便捷，工艺上易于实现，功能性强。
进一步地，所述前单球杆和后单球杆的一端设有与所述球碗体配合的球头，所述双球杆的两端均设有与所述球碗体配合的球头；所述前单球杆的另一端固定在端拾器基座上；所述后单球杆和托铲通过第三旋转副联接。球碗和球头的配合形成球铰副，所有的球铰副部具有三个正交旋转副，可实现空间360°旋转；通过所有所述球头和球碗体的配合，使该端拾器形成多球铰副的结构。
进一步地，所述后单球杆的另一端为套筒或套轴；所述托铲的一端为铲体，另一端为套筒或套轴；所述第三旋转副为所述套筒和套轴联接所形成的套筒-套轴结构。从而通过第一旋转副、第二旋转副和第三旋转副，这三个顺序连接的相同结构的旋转副和多个球铰副来实现端拾器末端的托铲在三维空间中摆出任意的姿态。
一种托铲式多球铰副端拾器的仿真模型，其特征在于，运用delmia仿真系统，在第一前球碗位置追加第一虚拟前球碗，在第一后球碗位置追加第一虚拟后球碗，在第二前球碗位置追加第二虚拟前球碗，在第二后球碗位置追加第二虚拟后球碗；所述第一虚拟前球碗和第一虚拟后球碗通过第一旋转副联接；所述第二虚拟前球碗和第二虚拟后球碗通过第二旋转副联接。虚拟球碗在相应的实体球碗位置追加，且也是通过第一旋转副或第二旋转副实现联接，使其可以在实体球碗的位置上绕着实体球碗的轴向旋转；虚拟球碗不参与端拾器其他零件的运动副联接，这样一来，实体双球碗参与逆向示教，而虚拟体双球碗参与正向示教。正、逆向示教时虚拟体双球碗部件为显示状态，而实体双球碗部件为隐藏状态。
进一步地，所述前单球杆的球头和第一前球碗联接形成第一球铰副，所述第一后球碗和双球杆的一端球头联接形成第二球铰副，所述双球杆的另一端球头和第二前球碗联接形成第三球铰副，所述第二后球碗和后单球杆的球头联接形成第四球铰副；在delmia仿真系统中，所述第一球铰副、第二球铰副、第三球铰副和第四球铰副都是通过设置两个球铰虚拟构件实现球头与球碗的联接。对于每个球铰副，都是利用两个球铰虚拟构件将其球头和球碗联接，本发明对四个球铰副共使用了八个这样的球铰虚拟构件。
进一步地，在delmia仿真系统中，将所述第一虚拟前球碗、第一虚拟后球碗、第二虚拟前球碗和第二虚拟后球碗设置为正向示教点，将所述托铲设置为逆向示教点。
上述中，四个虚拟球碗各自为一个正向示教点；托铲为端拾器末端部件，设为逆向示教点。示教时，按照端拾器的取件要求拖动托铲进行逆向示教，实现六自由度示教；当托铲的逆向示教点示教到位后，检查端拾器上第一虚拟前球碗、第一虚拟后球碗、第二虚拟前球碗和第二虚拟后球碗的姿态，并检查干涉情况；如果不存在干涉，则示教结束，根据示教结果进行多工位球铰副端拾器的实际制作和调试；如果存在干涉，则调节四个虚拟球碗进行正向示教，调整构件姿态以消除干涉，并根据示教结果进行多工位球铰副端拾器的实际制作和调试。
本发明基于老式固定球铰端拾器，提出一种托铲式多球铰式端拾器，利用姿态调整部件，规避端拾器部件干涉；同时提出一种球铰副仿真模型，为端拾器分析及设计提供一套可行的解决方案，该模型能够完整反映现场实际情况，为多工位端拾器的分析和设计提供完整可靠的参考，显著提升了端拾器设计和制作效率。
附图说明
图1是本发明的总成示意图。
图2(a)是本发明的装配步骤一示意图。
图2(b)是本发明的装配步骤二示意图。
图3是本发明的运动副和示教点示意图。
图4为本发明的运动副联接示意框图。
图5为本发明的前单球杆示意图。
图6为本发明的组i双球碗的前后两个实体球碗和前后两个虚拟球碗的示意图。
图7为本发明的组i双球碗的前后两个实体球碗和前后两个虚拟球碗的装配示意图。
图8为本发明的双球杆示意图。
图9为本发明的组ii双球碗的的前后两个实体球碗和前后两个虚拟球碗的示意图。
图10为本发明的组ii双球碗的的前后两个实体球碗和前后两个虚拟球碗的装配示意图。
图11为本发明的后单球杆示意图。
图12为本发明的托铲示意图。
图13为本发明的托铲式多球铰副端拾器逆向示教时的部件干涉示意图。
图14为本发明的正向示教示意图。
图15为本发明的托铲式多球铰副端拾器通过正向示教将干涉消除的示意图。
附图标示：1、前单球杆；2、第一前球碗2；3、第一后球碗；4、第一虚拟前球碗；5、第一虚拟后球碗；6、双球杆；7、第二前球碗；8、第二后球碗；9、第二虚拟前球碗；10、第二虚拟后球碗；11、后单球杆；12、托铲；13、第一正向示教点；14、第二正向示教点；15、第三正向示教点；16、第四正向示教点；17、逆向示教点；18、第一旋转副；19、第二旋转副。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施实例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明。
实施例1：
如图1所示，本发明提供了一种托铲式多球铰副端拾器，依次装配有前单球杆1、组i双球碗，双球杆6，组ii双球碗，后单球杆11和托铲12，所述组i双球碗包括第一前球碗2和第一后球碗3，所述组ii双球碗包括第二前球碗7和第二后球碗8；所述第一前球碗2和第一后球碗3通过第一旋转副18联接，所述第二前球碗7和第二后球碗8通过第二旋转副19联接。具体而言，第一前球碗2和第二前球碗7的一端为球碗体，另一端为套筒；第一后球碗3和第二后球碗8的一端为球碗体，另一端为套轴；第一旋转副18为第一前球碗2的套筒和第一后球碗3的套轴联接所形成的套筒-套轴结构；第二旋转副19为第二前球碗7的套筒和第二后球碗8的套轴联接所形成的套筒-套轴结构。
本发明中，板料被加持在端拾器的托铲12上，端拾器基座安装在机械手上。从端拾器基座开始，依次装配有前单球杆1、第一前球碗2、第一后球碗3、双球杆6、第二前球碗7、第二后球碗8、后单球杆11和托铲12；通过圆周向的第一旋转副18和第二旋转副19，使每组双球碗的前后两个球碗可以实现独立旋转功能，并通过前后两个球碗间的相对旋转来规避相邻部件间的干涉；而用套筒-套轴结构作为旋转副联接前后两个球碗形成可独立旋转的双球碗部件，结构简单，操作便捷，工艺上易于实现，功能性强。
如图1、3、5、8、11所示，所述前单球杆1和后单球杆11的一端设有与所述球碗体配合的球头，所述双球杆6的两端均设有与所述球碗体配合的球头；所述前单球杆1的另一端固定在端拾器基座上；所述后单球杆11和托铲12通过第三旋转副联接。具体如图1、3、11、12所示，所述后单球杆11的另一端为套筒；所述托铲12的一端为铲体，另一端为套轴；所述第三旋转副为后单球杆11的套筒和托铲12的套轴联接所形成的套筒-套轴结构。如图3所示，球碗和球头的配合形成球铰副，所有的球铰副部具有三个正交旋转副，可实现空间360°旋转；通过所有所述球头和球碗体的配合，使该端拾器形成多球铰副的结构。从而通过第一旋转副18、第二旋转副19和第三旋转副，这三个顺序连接的相同结构的旋转副和多个球铰副实现了端拾器末端的托铲12在三维空间中摆出任意的姿态。
如图2(a)、2(b)、6、7、9、10所示，运用delmia仿真系统建立的托铲式多球铰副端拾器的仿真模型，在第一前球碗2位置追加第一虚拟前球碗4，在第一后球碗3位置追加第一虚拟后球碗5，在第二前球碗7位置追加第二虚拟前球碗9，在第二后球碗8位置追加第二虚拟后球碗10；所述第一虚拟前球碗4和第一虚拟后球碗5通过第一旋转副18联接；所述第二虚拟前球碗9和第二虚拟后球碗10通过第二旋转副19联接。虚拟球碗在相应的实体球碗位置追加，且也是通过第一旋转副18或第二旋转副19实现联接，使其可以绕着实体球碗的轴向旋转；虚拟球碗不参与端拾器其他零件的运动副联接，这样一来，实体双球碗参与逆向示教，而虚拟体双球碗参与正向示教。正、逆向示教时虚拟体双球碗部件为显示状态，而实体双球碗部件为隐藏状态。
图2(a)和图2(b)分别是本发明的端拾器的装配步骤一和步骤二。如图所示，该端拾器的多球铰副结构，通过旋转副的配合联接，使端拾器末端的托铲实现作业；在仿真模型中追加虚拟球碗，虚拟球碗在相应的实体球碗位置追加，以模拟实体球碗在操作中的真实姿态并消除干涉。
前单球杆1的球头和第一前球碗2联接形成第一球铰副，所述第一后球碗3和双球杆6的一端球头联接形成第二球铰副，所述双球杆6的另一端球头和第二前球碗7联接形成第三球铰副，所述第二后球碗8和后单球杆11的球头联接形成第四球铰副；在delmia仿真系统中，所述第一球铰副、第二球铰副、第三球铰副和第四球铰副都是通过设置两个球铰虚拟构件实现球头与球碗的联接。利用两个球铰虚拟构件将每个球铰副的球头和球碗联接，本发明对四个球铰副共使用了八个这样的球铰虚拟构件。
如图4所示，各部件具体的联接顺序为：前单球杆1通过正交旋转副与球铰虚拟构建①联接；球铰虚拟构建①通过正交旋转副与球铰虚拟构建②联接；球铰虚拟构建②通过正交旋转副与第一前球碗2联接；第一前球碗2通过第一旋转副18与第一后球碗3联接；第一后球碗3通过正交旋转副与球铰虚拟构建③联接；球铰虚拟构建③通过正交旋转副与球铰虚拟构建④联接；球铰虚拟构建④通过正交旋转副与双球杆6前端的球头联接；双球杆6后端的球头通过正交旋转副与球铰虚拟构建⑤联接；球铰虚拟构建⑤通过正交旋转副与球铰虚拟构建⑥联接；球铰虚拟构建⑥通过正交旋转副与第二前球碗7联接；第二前球碗7通过第二旋转副19与第二后球碗8连接；第二后球碗8通过正交旋转副与球铰虚拟构建⑦连接；球铰虚拟构建⑦通过正交旋转副与球铰虚拟构建⑧联接；球铰虚拟构建⑧通过正交旋转副与后单球杆11连接；后单球杆11通过第三旋转副与托铲12联接。
图6和图9分别为本发明的组i双球碗和组ii双球碗的前后两个实体球碗以及相应的前后两个虚拟球碗的示意图；图7和图10分别是本发明的组i双球碗和组ii双球碗的前后两个实体球碗以及相应的前后两个虚拟球碗的装配示意图。如图6、7、9、10所示，虚拟球碗追加在实体球碗的位置，并以相同的旋转副连接；示教时，虚拟体双球碗部件为显示状态，而实体双球碗部件为隐藏状态，虚拟球碗可以沿实体球碗的轴向转动，从而模拟实体球碗的姿态，并可以通过调整虚拟球碗的姿态以消除干涉。
如图3、13、14、15所示，在delmia仿真系统中，将所述第一虚拟前球碗4、第一虚拟后球碗5、第二虚拟前球碗9和第二虚拟后球碗10设置为正向示教点，具体为：第一虚拟前球碗4为第一正向示教点13，第一虚拟后球碗5为第二正向示教点14，第二虚拟前球碗9为第三正向示教点15，第二虚拟后球碗10为第四正向示教点16；将所述托铲12设置为逆向示教点17，逆向示教点位于托铲的安装点，可以实现六自由度的示教。
示教时，按照端拾器的取件要求拖动托铲12进行逆向示教，当托铲12的逆向示教点17示教到位后，检查端拾器上第一虚拟前球碗4、第一虚拟后球碗5、第二虚拟前球碗9和第二虚拟后球碗10的姿态，并检查干涉情况；如果不存在干涉，则示教结束，根据示教结果进行多工位球铰副端拾器的实际制作和调试；如果存在干涉，则调节四个虚拟球碗进行正向示教，调整构件姿态以消除干涉，并根据示教结果进行多工位球铰副端拾器的实际制作和调试。
如图13所示，delmia仿真系统中，拖动托铲12的逆向示教点17进行逆向示教时，第二虚拟前球碗9的位置发生了干涉；如图14所示，图中的四个虚拟球碗处均可以进行正向示教，此处只需调节第三正向示教点15即可；如图15所示，通过对第三正向示教点15的调节，调整第二虚拟前球碗9的空间姿态，干涉消除。
本发明的托铲式多球铰副端拾器将双球碗拆分成前后两部分，并用旋转副联接，使两部分可以相对旋转，这种结构规避了端拾器部件干涉，并可以使多工位球铰副端拾器的现场调试难度大大降低；另外，本发明的托铲式多球铰副端拾器的仿真模型，通过在delmia仿真系统中的设计模拟，能够完整反映现场实际情况，为多工位球铰副端拾器高效配置和制作创造了可行条件，提供完整可靠的技术参考，大大提升了多工位球铰副端拾器的设计和制作效率。
以上通过对所列实施方式的介绍，阐述了本发明的基本构思和基本原理。但本发明绝不限于上述所列实施方式。凡是基于本发明的技术方案所作的等同变化、改进及故意变劣等行为，均应属于本发明的保护范围。