一种适用于大型箱体对接的机器人工作站的制作方法

本发明属于对接设备技术领域，尤其涉及一种适用于大型箱体对接的机器人工作站。

背景技术：

目前，地面机动雷达较多地采用单运输单元天线自动展开折叠技术，实现雷达的快速反应，为了达到这个目标，雷达需要提前组合拼装。目前，大型雷达天线阵面(下文统称为箱体)的拼装主要采用吊装拼接的架设方式，架设效率低、吊装操作存在不确定因素。如图1和图2所示，左箱体61、中箱体62、右箱体63三块箱体拼装，三块箱体之间通过铰链(公耳板64和母耳板65)连接；拼装时以中箱体62为基准，左箱体61和右箱体63均靠向中箱体62移动，使相配合的公耳板64和母耳板65的铰链孔66轴线对齐，再装入销轴。

如专利号为201120254532.x的专利文件中公开了一种用于拼装雷达天线的六自由度对接平台，以及期刊：周红等，大型雷达天线六自由度自动对接平台设计，电子机械工程，2014年10月，第30卷第5期，其雷达天线的对接方式均为垂直组合方式，即底座加4层平台，底座与边块天线挂车大梁(或地面)相连，底座上设计有4只油缸，可实现边块车调平、组合机构绕x/y轴的转动和沿z轴方向的移动；底座与第一平台间设有平行四边形机构及液压举升油缸，可实现z轴和x轴方向的位移；第一平台设有沿y轴方向的直线导轨副和油缸，可实现y轴方向的位移；第二平台设有沿x轴方向的直线导轨副和油缸，可实现x轴方向的位移；第三平台设有滚动轴承和与x轴方向成一定夹角的油缸，可实现绕z轴的转动。这种对接能够实现x/y/z三轴的移动和绕x/y/z三轴的转动，完成大型箱体的对接。

现有技术存在以下缺陷和不足：

1).现有四层调整平台体积大，高度较高，箱体对接时重心偏高，不稳定；

2).现有四层平台在第二层与第三层的中间布置了滚动轴承，实现绕z轴的转动，此时所有载荷作用于滚动轴承上，要求滚动轴承具有大体积同时能承受较大的载荷；

3).现有4层调整平台需要固定在车辆大梁(或地面)等固定平台上，对接完成后移动不便，不方便后续翻转试验的进行。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的大型箱体对接平台的承重能力弱和对接箱体时重心高的问题，本发明提供一种适用于大型箱体对接的机器人工作站。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下，一种适用于大型箱体对接的机器人工作站，包括沿水平方向依次设置的第一调节装置、第一浮动柱和第二调节装置，所述第一调节装置和第二调节装置的结构相同，均包括移动座、滑台、连接框、第二浮动柱、第一驱动机构和第二驱动机构，所述滑台固定设置在移动座上，所述连接框沿水平方向滑动设置在滑台上，所述第二浮动柱固定设置在连接框上；所述第一浮动柱和第二浮动柱均用于升降待对接箱体；所述第一驱动机构和第二驱动机构分别位于连接框的两端，所述第一驱动机构和第二驱动机构用于驱动连接框在水平面内滑动；

该机器人工作站还包括视觉机器人，所述视觉机器人用于测量待对接箱体的相对位置。

作为优选，所述第一驱动机构和第二驱动机构的结构相同，均包括第一导轨和第二导轨，所述第一导轨固定设置在移动座上，所述第二导轨固定设置在连接框上，所述第一导轨上滑动设置有第一滑块，所述第二导轨上滑动设置有第二滑块，且所述第一滑块和第二滑块的滑动方向相互垂直；所述第一驱动机构还包括第一拉杆，所述第一拉杆的两端分别与第一驱动机构的第一滑块和第二滑块转动连接；所述第二驱动机构还包括第二拉杆，所述第二拉杆的一端与第二驱动机构的第一滑块固定连接，其另一端与第二驱动机构的第二滑块转动连接。

作为优选，所述移动座上设置有第一电机和第一丝杆，所述第一电机、第一丝杆和第一滑块依次传动连接，所述连接框上设置有第二电机和第二丝杆，所述第二电机、第二丝杆和第二滑块依次传动连接。第一电机驱动第一滑块沿第一导轨滑动，第二电机驱动第二滑块沿第二导轨滑动，滑动结构简单可靠。

作为优选，所述移动座的底端至少设置有四个福马轮。四个福马轮的设置便于调节移动座的水平，便于移动移动座；当左箱体、中箱体和右箱体对接完成后，移动座能够带着整个箱体移动离开对接区域，方便后续测试实验的进行。

作为优选，所述第一浮动柱和第二浮动柱的结构相同，均包括升降基座、导向立柱、升降筒，所述导向立柱固定设置在升降基座上，所述升降筒由第三驱动机构驱动沿导向立柱升降，所述升降筒的顶端设置有支座；所述第一浮动柱的升降基座固定设置在地基上，所述第二浮动柱的升降基座固定设置在连接框上。

作为优选，所述第三驱动机构包括依次传动连接的第三电机、第三丝杆和第三滑块，所述第三电机固定设置在升降基座上，所述升降筒与第三滑块固定连接，所述导向立柱和升降筒之间设置有相互配合的第三导轨和导向滑块。

进一步地，所述第一调节装置的移动座的数量为两个，两个所述移动座分别位于连接框的两端。减小移动座的体积，降低第一调节装置的重量，便于运输和装配，降低加工制造成本。

进一步地，所述第一浮动柱的数量为四个，四个所述第一浮动柱分别位于待拼接箱体的四个角；所述第一调节装置和第二调节装置的第二浮动柱的数量均为四个，四个所述第二浮动柱分别位于待拼接箱体的四个角。待拼接的左箱体设置在第一调节装置上，待拼接的中箱体设置在第一浮动柱上，待拼接的右箱体设置在第二调节装置上，通过设置四个浮动柱为一组，便于调节各箱体的水平，且结构简单可靠。

进一步地，为了提高滑台的承重能力，每个所述移动座上固定设置两个所述滑台，所述滑台的位置与第二浮动柱的位置相对应。

进一步地，所述视觉机器人包括移动地轨和六轴机器人，所述移动地轨设置在待对接箱体的一端，且其设置方向与箱体对接的方向垂直，所述六轴机器人沿移动地轨运动，所述六轴机器人的输出端设置有3d视觉摄像头。

有益效果：本发明的适用于大型箱体对接的机器人工作站，摒弃了传统的4层串联式调整平台方式，利用第一调节装置和第二调节装置实现箱体对接的2层6自由度调节平台，第一层为移动座，第二层为第二浮动柱，第一调节装置和第二调节装置分别为左箱体和右箱体的调整平台，在第一调节装置和第二调节装置的调节下，左箱体和右箱体可以实现沿x/y/z三个方向的移动及绕x/y/z三个轴的转动，该机器人工作站，结构简单，极大的简化了第一调节装置和第二调节装置的尺寸，箱体对接时稳定可靠；本发明的适用于大型箱体对接的机器人工作站，第一层移动座底端设置有大承载的福马轮，当箱体对接完成后，移动座能够带着整个箱体移动离开对接区域，方便后续测试实验的进行；本发明的适用于大型箱体对接的机器人工作站，移动座和连接框之间设置的滑台，以及第一驱动机构和第二驱动机构配合实现连接框绕z轴的转动，此时所有载荷作用于滑台上，而滑台能够承受较大的载荷，提高该机器人工作站的承载能力。

附图说明

图1是待对接箱体的立体结构示意图；

图2是图1中a的局部放大示意图；

图3是本发明机器人工作站的立体结构示意图；

图4是图3中省略视觉机器人的立体结构示意图；

图5是本发明机器人工作站的视觉机器人的立体结构示意图；

图6是本发明机器人工作站的另一角度立体结构示意图；

图7是本发明机器人工作站的第一调节装置的立体结构示意图；

图8是本发明机器人工作站的移动座的立体结构示意图；

图9是本发明机器人工作站的第一浮动柱的爆炸示意图；

图10是本发明机器人工作站的第二浮动柱的爆炸示意图；

图11是本发明机器人工作站的对接箱体时的立体结构示意图；

图12是图11的侧视示意图；

图13是图11的主视示意图；

图中：1、第一调节装置，11、移动座，12、滑台，13、连接框，131、定位块，14、第二浮动柱，141、第二升降垫座，151、第一导轨，152、第一滑块，153、第一电机，154、第一丝杆，155、第二导轨，156、第二滑块，157、第二电机，158、第二丝杆，159、第一拉杆，161、第二拉杆，2、第二调节装置，3、第一浮动柱，31、升降基座，32、导向立柱，33、升降筒，34、支座，35、第一升降垫座，361、第三电机，362、第三丝杆，363、第三滑块，364、第三导轨，365、导向滑块，4、福马轮，5、视觉机器人，51、移动地轨，52、六轴机器人，53、3d视觉摄像头，61、左箱体，62、中箱体，63、右箱体，64、公耳板，65、母耳板，66、铰链孔，7、地基。

具体实施方式

实施例

一种适用于大型箱体对接的机器人工作站，如图1和图2所示，待对接箱体包括左箱体61、中箱体62和右箱体63，左箱体61、中箱体62和右箱体63依次通过相互配合的公耳板64和母耳板65连接，销轴装入公耳板64和母耳板65的铰链孔66内完成箱体的对接，如图1～13所示，该机器人工作站包括沿水平方向依次设置在地基7上的第一调节装置1、第一浮动柱3和第二调节装置2，为了便于描述以相互垂直的x轴、y轴和z轴方向建立空间坐标系，其中z轴方向朝向竖直方向，所述第一调节装置1和第二调节装置2的结构相同，均包括移动座11、滑台12、连接框13、第二浮动柱14、第一驱动机构和第二驱动机构，所述滑台12固定设置在移动座11上，所述连接框13沿水平方向滑动设置在滑台12上，滑台12与连接框13接触的面加工光滑，连接框13在滑台12的光滑面上可以360°转动，本实施例可选用smc公司生产的macm10浮动滑台，所述第一驱动机构和第二驱动机构分别位于连接框13的两端，所述第一驱动机构和第二驱动机构用于驱动连接框13在水平面内滑动；所述第二浮动柱14固定设置在连接框13上，所述第一浮动柱3和第二浮动柱14均用于升降待对接箱体；

具体地，如图7和图8所示，所述第一驱动机构和第二驱动机构的结构相同，均包括第一导轨151和第二导轨155，所述第一导轨151固定设置在移动座11上，所述第二导轨155固定设置在连接框13上，所述第一导轨151上沿x轴方向滑动设置有第一滑块152，所述第二导轨155上沿y轴方向滑动设置有第二滑块156；所述第一驱动机构还包括第一拉杆159，所述第一拉杆159的两端分别与第一驱动机构的第一滑块152和第二滑块156绕z轴转动连接；所述第二驱动机构还包括第二拉杆161，所述第二拉杆161的一端与第二驱动机构的第一滑块152固定连接，其另一端与第二驱动机构的第二滑块156绕z轴转动连接；为了可靠地驱动第一滑块152和第二滑块156运动，所述移动座11上设置有第一电机153和第一丝杆154，所述第一电机153、第一丝杆154和第一滑块152依次传动连接，所述连接框13上设置有第二电机157和第二丝杆158，所述第二电机157、第二丝杆158和第二滑块156依次传动连接；为了临时固定连接框13，所述连接框13上固定设置有定位块131，所述定位块131与移动座11可拆卸固定连接，避免该机器人工作站带动箱体移动时，连接框13随意晃动；

具体地，如图9和图10所示，所述第一浮动柱3和第二浮动柱14的结构相同，均包括升降基座31、导向立柱32、升降筒33，所述导向立柱32固定设置在升降基座31上，所述升降筒33由第三驱动机构驱动沿导向立柱32升降，所述升降筒33的顶端设置有支座34；所述第一浮动柱3的升降基座31通过第一升降垫座35固定设置在地基7上，所述第二浮动柱14的升降基座31通过第二升降垫座141固定设置在连接框13上；所述第三驱动机构包括依次传动连接的第三电机361、第三丝杆362和第三滑块363，所述第三电机361固定设置在升降基座31上，所述升降筒33与第三滑块363固定连接，所述导向立柱32和升降筒33之间设置有相互配合的第三导轨364和导向滑块365。

为了便于移动移动座11的加工制造，所述第一调节装置1和第二调节装置2的移动座11的数量均为两个，两个所述移动座11分别位于连接框13的两端；为了便于移动移动座11和调节移动座11的水平，每个移动座11的底端设置有六个福马轮4；

如图3、图4、图6和图11所示，为了便于调节中箱体62的水平，所述第一浮动柱3的数量为四个，四个所述第一浮动柱3分别位于待拼接箱体的四个角；为了便于调节左箱体61和右箱体63的水平，所述第一调节装置1和第二调节装置2的第二浮动柱14的数量均为四个，四个所述第二浮动柱14分别位于待拼接箱体的四个角；为了提高滑台12的承重能力，每个所述移动座11上固定设置两个所述滑台12，每个第二浮动柱14对应一个滑台12；

如图3、图5和图11所示，该机器人工作站还包括视觉机器人5，所述视觉机器人5用于测量待对接箱体的相对位置；具体地，所述视觉机器人5包括移动地轨51和六轴机器人52，所述移动地轨51设置在待对接箱体的一端，且其设置方向与箱体对接的方向垂直，所述六轴机器人52沿移动地轨51运动，所述六轴机器人52的输出端设置有3d视觉摄像头53。

工作原理如下：

左箱体61吊运至第一调节装置1的第二浮动柱14上；

第一调节装置1驱动左箱体61沿x轴移动：第一驱动机构和第二驱动机构的第一滑块152均沿x轴方向移动，同时通过第一拉杆159和第二拉杆161带动连接框13沿x轴方向移动，即左箱体61沿x轴方向移动；

第一调节装置1驱动左箱体61沿x轴转动：任意沿x轴方向的第二浮动柱14同时升降，实现左箱体61沿x轴转动；

第一调节装置1驱动左箱体61沿y轴移动：第一驱动机构和第二驱动机构的第二滑块156均沿y轴方向移动，同时通过第一拉杆159和第二拉杆161带动连接框13沿y轴方向移动，即左箱体61沿y轴方向移动；

第一调节装置1驱动左箱体61沿y轴转动：任意沿y轴方向的第二浮动柱14同时升降，实现左箱体61沿y轴转动；

第一调节装置1驱动左箱体61沿z轴移动：第一调节装置1的第二浮动柱14同时升降，实现左箱体61沿z轴方向移动；

第一调节装置1驱动左箱体61沿z轴转动：仅第一驱动机构的第一滑块152或第二滑块156滑动，实现左箱体61沿z轴转动；

右箱体63吊运至第二调节装置2的第二浮动柱14上；第二调节装置2驱动右箱体63沿x轴、y轴、z轴移动和转动的原理，与上述第一调节装置1驱动左箱体61沿x轴、y轴、z轴移动和转动的原理相同，不再一一赘述。

箱体对接的具体操作流程如下：

a)搭建第一浮动柱3，用激光跟踪仪测量出4组第一浮动柱3的支座34的空间位置关系；

b)根据视觉测量结果，通过第一浮动柱3调整支座34的高度一致；

c)中箱体62吊运至支座34上，并固定在支座34端面，用水平仪测中箱体62的上基准面水平度；

d)根据测量结果，调整第一浮动柱3，使中箱体62的上基准面水平度小于1mm；

e)第一调节装置1移动至对接区，调节福马轮4高度，使移动座11水平；

f)用激光跟踪仪测量出4组第二浮动柱14的支座34的空间位置关系，根据测量结果，通过第二浮动柱14调整支座34的高度一致；

g)左箱体61吊运至第一调节装置1的第二浮动柱14上，移动第一调节装置1使左箱体61与中箱体62间隙小于100mm；

h)用水平仪测左箱体61的上基准面水平度，根据测量结果，调整第二浮动柱14，使左箱体61的上基准面水平度小于1mm，此时中箱体62和左箱体61的上基准面认为调平行；

i)六轴机器人52沿移动地轨51移至对接区，六轴机器人52驱动3d视觉摄像头53，使其对准检测区域，对左箱体61、中箱体62的上基准面进行测量；

j)根据测量结果，调整第二浮动柱14的高度，使左箱体61、中箱体62的上基准面等高；

k)3d视觉摄像头53移至底部，对左箱体61和中箱体62两侧耳板(公耳板64或母耳板65)加工面角度进行测量；

l)根据测量结果，调整左箱体61绕z轴转动，实现左箱体61和中箱体62两侧耳板(公耳板64或母耳板65)加工面平行；

m)3d视觉摄像头53对左箱体61和中箱体62两侧耳板(公耳板64或母耳板65)加工面距离进行测量；

n)根据测量结果，调整左箱体61使左箱体61和中箱体62两侧耳板(公耳板64或母耳板65)加工面重合；

o)控制左箱体61向中箱体62靠近，使公耳板64或母耳板65的铰链孔66对中，插入销轴，完成左箱、中箱体62对接；

p)重复步骤e)～重复步骤o)，完成右箱、中箱体62对接；

q)左箱体61、中箱体62和右箱体63对接完成后，将定位块131与移动座11固定连接以定位连接框13，再降低第一浮动柱3，使第一浮动柱3的支座34脱离中箱体62，再通过福马轮4移动对接后的箱体至下一测试区域。