專利名稱：圓軌跡切線包容式纏繞機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種纏繞裝置，特別涉及一種圓軌跡切線包容式纏繞機(jī)器人。
背景技術(shù)：
現(xiàn)行的纏繞預(yù)緊設(shè)備可分為兩類(1)自旋轉(zhuǎn)式纏繞設(shè)備(所謂自旋轉(zhuǎn)式纏繞，即指被纏繞結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)而進(jìn)行纏繞)①轉(zhuǎn)盤式纏繞，即機(jī)架或筒體置于可旋轉(zhuǎn)的盤上旋轉(zhuǎn)而進(jìn)行纏繞，適用于機(jī)架或 筒體高徑比(筒體的長(zhǎng)度或高度與直徑的比值)小于等于3的結(jié)構(gòu)件(如圖1)；②芯軸式纏繞，適用于機(jī)架或筒體高徑比(筒體的長(zhǎng)度或高度與直徑的比值)大 于3的情況。由于機(jī)架或筒體高度(長(zhǎng)度)較大，無法垂直立于轉(zhuǎn)盤之上，將筒體水平放置， 兩端進(jìn)行約束支撐，以其芯軸為旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)進(jìn)行纏繞(如圖2)；(2)機(jī)器人原位纏繞(所謂原位纏繞是指被纏繞結(jié)構(gòu)固定不動(dòng)，纏繞設(shè)備(機(jī)器 人)以被纏繞結(jié)構(gòu)為運(yùn)動(dòng)基準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)的纏繞方式，機(jī)器人沿其上的特定軌道運(yùn)動(dòng)而纏繞。其 中又分為機(jī)器人水平原位纏繞和機(jī)器人垂直原位纏繞)①機(jī)器人水平原位纏繞，即被纏繞的結(jié)構(gòu)件的長(zhǎng)軸水平放置，纏繞機(jī)器人沿被纏 繞結(jié)構(gòu)上的特定導(dǎo)軌水平公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而纏繞(如圖3)；②機(jī)器人垂直原位纏繞，即被纏繞結(jié)構(gòu)長(zhǎng)軸垂直放置，纏繞機(jī)器人沿被纏繞結(jié)構(gòu) 上的特定導(dǎo)軌垂直公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而纏繞(如圖4)；其中第一類纏繞方式(即自旋轉(zhuǎn)式纏繞)，難以纏繞自重超過400噸的結(jié)構(gòu)，其原 因在于承載400噸的重型旋轉(zhuǎn)裝置價(jià)格昂貴；如采用芯軸式纏繞，雖然無需承載裝置，但由 于數(shù)百噸結(jié)構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量太大，對(duì)纏繞裝置的加速度控制、功率、地基等均要求很高而投 資巨大；第二類纏繞方法(即機(jī)器人原位纏繞)需在被纏繞結(jié)構(gòu)上預(yù)設(shè)專用的針對(duì)每一具 體結(jié)構(gòu)的導(dǎo)軌、驅(qū)動(dòng)鏈或齒圈等輔助性裝置，成本高，通用性差。
發(fā)明內(nèi)容為了彌補(bǔ)以上不足，本實(shí)用新型提供了一種圓軌跡切線包容式纏繞機(jī)器人，機(jī)器 人的運(yùn)動(dòng)軌跡完全不受被纏繞結(jié)構(gòu)的約束，對(duì)重型結(jié)構(gòu)進(jìn)行纏繞的適應(yīng)性強(qiáng)，操作方便、安 全，節(jié)省纏繞成本。一種圓軌跡切線包容非原位機(jī)器人纏繞的方法是一種非原位，且被纏繞結(jié)構(gòu)固 定不動(dòng)的纏繞方式，所謂圓軌跡，是指對(duì)于不論纏繞何被纏繞結(jié)構(gòu)，機(jī)器人纏繞時(shí)總是按圓 軌跡運(yùn)動(dòng)；所謂切線包容，是指纏繞鋼絲對(duì)被纏繞結(jié)構(gòu)輪廓之切線形成的包容線就是被纏 繞結(jié)構(gòu)的纏繞輪廓面。本實(shí)用新型的纏繞方法它具有第一、二類纏繞方法的優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)又摒 棄了它們的缺點(diǎn)無需在被纏繞結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)、制造、安裝約束導(dǎo)軌和驅(qū)動(dòng)副，且被纏繞結(jié)構(gòu) 無需運(yùn)動(dòng)，可完成尺寸和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量巨大的結(jié)構(gòu)之纏繞。本實(shí)用新型為了解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種圓軌跡切線包容式纏繞機(jī)器人，包括運(yùn)動(dòng)臂和纏繞機(jī)器人，運(yùn)動(dòng)臂一端可拆卸樞接于被纏繞結(jié)構(gòu)上端，運(yùn)動(dòng)臂另 一端與纏繞機(jī)器人鉸接，被繞結(jié)構(gòu)被運(yùn)動(dòng)臂圓周運(yùn)動(dòng)所形成的圓面積所覆蓋，纏繞機(jī)器人 包括張力系統(tǒng)、排線系統(tǒng)和行走系統(tǒng)，其中張力系統(tǒng)用于控制纏繞鋼絲張力，張力系統(tǒng)包括鋼絲盤、增阻器、張力輪和張力閉 環(huán)控制裝置，纏繞鋼絲纏繞于鋼絲盤上，纏繞鋼絲一端依次穿過能夠產(chǎn)生設(shè)定張力的增阻 器、具有張力放大功能的張力輪和可檢測(cè)、分析纏繞鋼絲所帶張力及其波動(dòng)值并控制張力 輪放大纏繞鋼絲張力倍數(shù)的張力閉環(huán)控制裝置；排線系統(tǒng)用于將帶有設(shè)定張力的纏繞鋼絲一端整齊的固定排列在被纏繞結(jié)構(gòu)需 纏繞部位表面，排線系統(tǒng)包括排線步進(jìn)電機(jī)、減速機(jī)、滾珠絲杠和排線梁，排線步進(jìn)電機(jī)通 過減速機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，排線梁的螺母與滾珠絲杠連接，這樣通過排線步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng) 滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，排線梁就在滾珠絲杠帶動(dòng)下，進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)，這樣只需要控制排線步進(jìn)電機(jī) 的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)方向就可以控制排線梁移動(dòng)的速度和方向，可有效保證纏繞鋼絲的排列間距 和纏繞方向，可防止纏繞鋼絲間距過大或重疊；行走系統(tǒng)帶動(dòng)張力系統(tǒng)和排線系統(tǒng)(在地面上或圓周軌道上)進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)，行 走系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)(調(diào)頻交流電機(jī))和行走體，行走體又包括框架和行走輪，驅(qū)動(dòng)電機(jī)可 驅(qū)動(dòng)行走體的行走輪旋轉(zhuǎn)，行走輪設(shè)于框架下方，驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)行走輪旋轉(zhuǎn)，行走輪就帶著 框架前行，從而帶動(dòng)張力系統(tǒng)和排線系統(tǒng)前行；所述張力系統(tǒng)和排線系統(tǒng)固定于行走系統(tǒng)的框架上，張力系統(tǒng)的的鋼絲一端穿過 排線系統(tǒng)的排線梁最終與被纏繞結(jié)構(gòu)固連。本實(shí)用新型在使用時(shí)，行走系統(tǒng)帶著張力系統(tǒng)和排線系統(tǒng)圍繞被纏繞結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)， 帶有設(shè)定張力的鋼絲就對(duì)被纏繞結(jié)構(gòu)作切線纏繞，鋼絲的張力大小由張力系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)和 調(diào)節(jié)，保證鋼纏繞力值均勻，同時(shí)排線系統(tǒng)整齊的將鋼絲排列在被纏繞結(jié)構(gòu)表面，保證鋼絲 排列均勻整齊。本實(shí)用新型將纏繞機(jī)器人獨(dú)立地直接置于支撐被纏繞結(jié)構(gòu)的地面上或地面上的 獨(dú)立導(dǎo)軌之上，而不以被纏結(jié)構(gòu)為基準(zhǔn)懸掛或支撐或相關(guān)導(dǎo)向(即機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡依被 繞結(jié)構(gòu)相關(guān)輪廓而導(dǎo)向)，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡完全不受被纏繞結(jié)構(gòu)的約束(其旋轉(zhuǎn)的軌跡 與被纏繞結(jié)構(gòu)不存在相關(guān)關(guān)系，不存在運(yùn)動(dòng)約束，纏繞機(jī)器人與被纏繞結(jié)構(gòu)間僅是適應(yīng)性 關(guān)系)，只要被纏繞結(jié)構(gòu)置于機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的圓平面以內(nèi)(實(shí)際上是圓柱形空間，圓平面為該 圓柱空間在地面的投影)，不論其水平截面為橢圓形、圓形、正方形、長(zhǎng)方形等任何其它形 狀，以及結(jié)構(gòu)高徑比的大小，均可纏繞，從機(jī)器人的圓形運(yùn)動(dòng)軌跡上任意一點(diǎn)，均可以對(duì)被 纏繞結(jié)構(gòu)作切線，這些切線的內(nèi)包容線顯然就是被纏繞結(jié)構(gòu)的輪廓，因而不論被纏繞結(jié)構(gòu) 的水平截面為任何幾何圖形，機(jī)器人都可以以相同的獨(dú)立圓軌跡進(jìn)行纏繞，這就是從圓軌 跡上進(jìn)行切線包容(即圓軌跡切線包容)式纏繞的幾何學(xué)原理。由于被纏繞結(jié)構(gòu)并不約束 機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，故無需在被纏繞結(jié)構(gòu)上設(shè)專用軌道，大大提高了機(jī)器人對(duì)重型結(jié)構(gòu)進(jìn)行纏 繞的適應(yīng)性和通用性。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，運(yùn)動(dòng)臂包括水平運(yùn)動(dòng)臂和垂直運(yùn)動(dòng)臂，水平運(yùn)動(dòng) 臂上遠(yuǎn)離被纏繞結(jié)構(gòu)的一端與垂直運(yùn)動(dòng)臂上端固連，其中垂直運(yùn)動(dòng)臂與纏繞機(jī)器人的行走 系統(tǒng)鉸接。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述水平運(yùn)動(dòng)臂和垂直運(yùn)動(dòng)臂上分別設(shè)有調(diào)節(jié)伸縮節(jié)，該調(diào)節(jié)伸縮節(jié)軸向長(zhǎng)度可伸縮，用于調(diào)節(jié)水平運(yùn)動(dòng)臂和垂直運(yùn)動(dòng)臂長(zhǎng)度，調(diào)節(jié)伸縮節(jié) 采用正、反螺旋結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)伸縮節(jié)能隨被纏繞結(jié)構(gòu)的幾何尺寸變化而調(diào)節(jié)以保證纏繞機(jī)器 人不與被纏繞結(jié)構(gòu)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，運(yùn)動(dòng)臂一端可拆卸樞接于被纏繞結(jié)構(gòu)上端的結(jié)構(gòu) 為設(shè)有中央定位軸、中央定位軸支架和中央定位軸承，中央定位軸支架固設(shè)于被纏繞結(jié)構(gòu) 和地面之一上方，中央定位軸固設(shè)于中央定位軸支架上，中央定位軸承設(shè)于中央定位軸上 端，運(yùn)動(dòng)臂一端可拆卸固定設(shè)于中央定位軸承上。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，還設(shè)有中央定位軸調(diào)節(jié)裝置，該中央定位軸調(diào)節(jié) 裝置軸向長(zhǎng)度可伸縮，用于調(diào)節(jié)中央定位軸長(zhǎng)度，中央定位軸調(diào)節(jié)裝置采用正、反螺旋結(jié) 構(gòu)，中央定位軸調(diào)節(jié)裝置能隨被纏繞結(jié)構(gòu)的高度變化而調(diào)節(jié)以保證運(yùn)動(dòng)臂不與被纏繞結(jié) 構(gòu)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，還設(shè)有支撐墊，該支撐墊放置于地面上，被纏繞結(jié) 構(gòu)置于支撐墊上方，支撐墊用于承載被纏繞結(jié)構(gòu)，保證被纏繞結(jié)構(gòu)水平放置，同時(shí)對(duì)被纏繞 結(jié)構(gòu)下端起到保護(hù)作用。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述水平運(yùn)動(dòng)臂旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所形成的平面垂直于被 纏繞結(jié)構(gòu)軸線，水平運(yùn)動(dòng)臂中心可拆卸固設(shè)于中央定位軸承上，保證中央定位軸受力均衡， 保證纏繞機(jī)器人纏繞穩(wěn)定。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，運(yùn)動(dòng)臂另一端鉸接有1 4個(gè)纏繞機(jī)器人，多根鋼 絲可同時(shí)進(jìn)行纏繞，提高纏繞速度，如圖7顯示雙頭纏繞的狀態(tài)，此時(shí)，兩切線長(zhǎng)度不等，即 鋼絲抽出的速度不等，但機(jī)器人上的張力閉環(huán)控制裝置可以保證雙頭纏繞的鋼絲的張力相寸。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，在更換鋼絲盤時(shí)，需在增阻器前完成新舊纏繞鋼 絲接頭無張力對(duì)接，新舊纏繞鋼絲接頭無張力對(duì)接采用電阻焊方式完成。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，張力輪為“8”字輪，“8”字輪包括主動(dòng)輪和從動(dòng)輪， 該主、從動(dòng)輪上分別設(shè)有數(shù)量和寬度相同的溝槽，纏繞鋼絲相互交錯(cuò)呈“8”字狀纏繞于主、 從動(dòng)輪上表面的溝槽中，主動(dòng)輪有逆纏繞鋼絲滑動(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)(一般通過采用直流電機(jī) 實(shí)現(xiàn))，纏繞鋼絲經(jīng)過“8”字輪后在摩擦力作用下張力增加達(dá)到設(shè)定值。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，張力閉環(huán)控制裝置包括三組滑輪、張力檢測(cè)傳感 器、前置放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、終端執(zhí)行器和人機(jī)控制終端，三組滑輪呈對(duì)稱三角形方式排 列，纏繞鋼絲一端呈內(nèi)外交替狀態(tài)依次纏繞于該三組滑輪圓周表面，張力檢測(cè)傳感器可感 應(yīng)鋼絲張力引起的壓力值并將該壓力值轉(zhuǎn)換成電壓模擬量，張力檢測(cè)傳感器傳信于前置放 大器，前置放大器傳信于A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器傳信于人機(jī)控制終端，人機(jī)控制終端傳信 于控制終端執(zhí)行器，控制終端執(zhí)行器控制張力輪主動(dòng)輪逆鋼絲運(yùn)動(dòng)方向的扭矩(即阻力 矩)。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，排線系統(tǒng)還設(shè)有平行于滾珠絲杠的兩直線導(dǎo)軌， 該兩直線導(dǎo)軌固定于行走體的框架上，排線梁軸向可滑動(dòng)套設(shè)于兩直線導(dǎo)軌上，保證滾珠 絲杠只承受軸向力，同時(shí)保證排線梁帶動(dòng)纏繞鋼絲精確移動(dòng)，使纏繞鋼絲排列整齊。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，排線系統(tǒng)的排線梁上還設(shè)有導(dǎo)向輪和排線輪，所 述排線輪與導(dǎo)向輪呈軸向垂直狀態(tài)排列或呈平行狀態(tài)排列的一種，這樣可以將與纏繞方向具有偏差的纏繞鋼絲校正方向，且使纏繞鋼絲與被纏繞表面良好貼合。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述行走系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)為調(diào)頻交流電機(jī)，實(shí)現(xiàn) 機(jī)器人運(yùn)行過程中無級(jí)變速的功能，其起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，不需附加啟動(dòng)設(shè)備，恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速范圍 寬，利于機(jī)器人帶張力啟動(dòng)。作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述增阻器包括兩平行排列的壓板，該兩平行排 列的壓板通過拉簧和拉桿連接而成一個(gè)整體，兩壓板內(nèi)側(cè)壁上設(shè)有平行交錯(cuò)排列的滾輪， 滾輪圓周面間相互靠近，滾輪圓周面上設(shè)有溝狀凹槽，纏繞鋼絲多次反復(fù)彎曲而通過滾輪 的溝狀凹槽，使鋼絲獲得初張力。本實(shí)用新型的有益技術(shù)效果是本實(shí)用新型本通過圓軌跡切線包容線與被纏繞結(jié) 構(gòu)的關(guān)系，可完成任意形狀和任意高寬比的結(jié)構(gòu)的纏繞，而無需設(shè)計(jì)、制造、安裝和調(diào)整專 用的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌道和相應(yīng)輔助工裝，大大降低了纏繞施工的成本，提高纏繞機(jī)器人的通 用性和適應(yīng)性，纏繞機(jī)器人直接在地面上或在獨(dú)立于被纏繞結(jié)構(gòu)的軌道上自行驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)， 與被纏繞結(jié)構(gòu)無關(guān)，本實(shí)用新型大大簡(jiǎn)化了纏繞機(jī)器人的行走及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，提高安裝和 調(diào)整工效，本實(shí)用新型還可方便地通過運(yùn)動(dòng)臂增設(shè)纏繞機(jī)器人的個(gè)數(shù)，進(jìn)行多頭纏繞，從而 大大提高纏繞效率。
圖1為現(xiàn)有的轉(zhuǎn)盤式纏繞示意圖；圖2為現(xiàn)有的芯軸式纏繞示意圖；圖3為現(xiàn)有的機(jī)器人水平原位纏繞示意圖；圖4為現(xiàn)有的機(jī)器人垂直原位纏繞示意圖；圖5為圓軌跡切線包容式纏繞幾何原理示意圖；圖6為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖7為本實(shí)用新型雙頭纏繞狀態(tài)示意圖；圖8為張力系統(tǒng)原理圖；圖9為增阻器結(jié)構(gòu)原理圖；圖10為“8”字輪結(jié)構(gòu)示意圖；圖11為排線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖；圖12為行走系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一種圓軌跡切線包容式纏繞機(jī)器人，包括運(yùn)動(dòng)臂1和纏繞機(jī)器人2，運(yùn)動(dòng) 臂1 一端可拆卸樞接于被纏繞結(jié)構(gòu)3上端，運(yùn)動(dòng)臂1另一端與纏繞機(jī)器人2鉸接，被纏繞結(jié) 構(gòu)3被運(yùn)動(dòng)臂1圓周運(yùn)動(dòng)所形成的圓面積所覆，纏繞機(jī)器人2包括張力系統(tǒng)21、排線系統(tǒng) 22和行走系統(tǒng)23，其中張力系統(tǒng)21用于控制纏繞鋼絲張力，張力系統(tǒng)21包括鋼絲盤211、增阻器212、張 力輪213和張力閉環(huán)控制裝置214，纏繞鋼絲纏繞于鋼絲盤211上，纏繞鋼絲一端依次穿過 能夠產(chǎn)生設(shè)定張力的增阻器212、具有張力放大功能的張力輪213和可檢測(cè)、分析纏繞鋼絲 所帶張力及其波動(dòng)值并控制張力輪213放大纏繞鋼絲張力倍數(shù)的張力閉環(huán)控制裝置214 ；排線系統(tǒng)22用于將帶有設(shè)定張力的纏繞鋼絲一端整齊的固定排列在被纏繞結(jié)構(gòu) 需纏繞部位表面，排線系統(tǒng)22包括排線步進(jìn)電機(jī)221、減速機(jī)222、滾珠絲杠223和排線梁224，排線步進(jìn)電機(jī)221通過減速機(jī)222帶動(dòng)滾珠絲杠223旋轉(zhuǎn)，排線梁224的螺母與滾珠 絲杠223連接，這樣通過排線步進(jìn)電機(jī)221帶動(dòng)滾珠絲杠223旋轉(zhuǎn)，排線梁2M就在滾珠絲 杠223帶動(dòng)下進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)，這樣只需要控制排線步進(jìn)電機(jī)221的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)方向就可以 控制排線梁224移動(dòng)的速度和方向，可有效保證纏繞鋼絲的排列間距和纏繞方向，可防止 纏繞鋼絲間距過大或重疊；行走系統(tǒng)23帶動(dòng)張力系統(tǒng)21和排線系統(tǒng)22在地面上或圓周軌道上進(jìn)行圓周運(yùn) 動(dòng)，行走系統(tǒng)23包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)231 (調(diào)頻交流電機(jī))和行走體232，行走體232又包括框架 2321和行走輪2322，驅(qū)動(dòng)電機(jī)231可驅(qū)動(dòng)行走體232的行走輪2322旋轉(zhuǎn)，行走輪2322設(shè)于 框架2321下方，驅(qū)動(dòng)電機(jī)231驅(qū)動(dòng)行走輪2322旋轉(zhuǎn)，行走輪2322就帶著框架2321前行， 從而帶動(dòng)張力系統(tǒng)21和排線系統(tǒng)22前行；所述張力系統(tǒng)21和排線系統(tǒng)22固定于行走系統(tǒng)23的框架2321上，張力系統(tǒng)21 的的鋼絲一端穿過排線系統(tǒng)22的排線梁2M最終與被纏繞結(jié)構(gòu)固連。本實(shí)用新型使用時(shí)，纏繞機(jī)器人2行走系統(tǒng)23帶著張力系統(tǒng)21和排線系統(tǒng)22圍 繞被纏繞結(jié)構(gòu)3運(yùn)動(dòng)，帶有設(shè)定張力的鋼絲就對(duì)被纏繞結(jié)構(gòu)作切線纏繞，鋼絲的張力大小 由張力系統(tǒng)21自動(dòng)檢測(cè)和調(diào)節(jié)，保證鋼纏繞力值均勻，同時(shí)排線系統(tǒng)22整齊的將鋼絲排列 在需纏繞設(shè)備表面，保證鋼絲排列均勻整齊。本實(shí)用新型將纏繞機(jī)器人2獨(dú)立地直接置于支撐被纏繞結(jié)構(gòu)的地面上或地面上 的獨(dú)立導(dǎo)軌之上，而不以被纏結(jié)構(gòu)為基準(zhǔn)或懸掛或支撐或相關(guān)導(dǎo)向(即機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡 依被繞結(jié)構(gòu)相關(guān)輪廓而導(dǎo)向)，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡完全不受被纏繞結(jié)構(gòu)的約束(其旋轉(zhuǎn)的 軌跡與被纏繞結(jié)構(gòu)3不存在相關(guān)關(guān)系，不存在運(yùn)動(dòng)約束，纏繞機(jī)器人2與被纏繞結(jié)構(gòu)3間 僅是適應(yīng)性關(guān)系)，只要被纏繞結(jié)構(gòu)3置于機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的圓平面以內(nèi)(實(shí)際上是圓柱形空 間，圓平面為該圓柱形空間在地面上的投影)，不論其水平截面為橢圓形、圓形、正方形、長(zhǎng) 方形等任何其它形狀，以及結(jié)構(gòu)高徑比的大小，均可纏繞，從機(jī)器人的圓形運(yùn)動(dòng)軌跡上任意 一點(diǎn)，均可以對(duì)被纏繞結(jié)構(gòu)作切線，這些切線的內(nèi)包容線顯然就是被纏繞結(jié)構(gòu)的輪廓(如 圖5)，因而不論被纏繞結(jié)構(gòu)的水平截面為任何幾何圖形，機(jī)器人都可以以相同的獨(dú)立圓軌 跡進(jìn)行纏繞，這就是從圓軌跡上進(jìn)行切線包容(即圓軌跡切線包容)式纏繞的幾何學(xué)原理。 由于被纏繞結(jié)構(gòu)上并不約束機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，故無需專用軌道，大大提高了機(jī)器人對(duì)重型結(jié) 構(gòu)進(jìn)行纏繞的適應(yīng)性和通用性。所述運(yùn)動(dòng)臂1包括水平運(yùn)動(dòng)臂11和垂直運(yùn)動(dòng)臂12，水平運(yùn)動(dòng)臂11上遠(yuǎn)離被纏繞 結(jié)構(gòu)的一端與垂直運(yùn)動(dòng)臂12上端固連，其中垂直運(yùn)動(dòng)臂12與纏繞機(jī)器人2的行走系統(tǒng)23 鉸接。所述水平運(yùn)動(dòng)臂11和垂直運(yùn)動(dòng)臂12上分別設(shè)有調(diào)節(jié)伸縮節(jié)13，該調(diào)節(jié)伸縮節(jié)13 軸向長(zhǎng)度可伸縮，用于調(diào)節(jié)水平運(yùn)動(dòng)臂11和垂直運(yùn)動(dòng)臂12長(zhǎng)度，調(diào)節(jié)伸縮節(jié)13采用正、反 螺旋結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)伸縮節(jié)13能隨纏繞過程中被纏繞結(jié)構(gòu)的幾何尺寸變化而調(diào)節(jié)以保證纏繞 機(jī)器人2不與被纏繞結(jié)構(gòu)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉。所述運(yùn)動(dòng)臂1 一端可拆卸樞接于被纏繞結(jié)構(gòu)上端的結(jié)構(gòu)為設(shè)有中央定位軸14、 中央定位軸支架15和中央定位軸承16，中央定位軸支架15固設(shè)于被纏繞結(jié)構(gòu)3和地面之 一上方，中央定位軸14固設(shè)于中央定位軸支架15上，中央定位軸承16固設(shè)于中央定位軸 14上端，運(yùn)動(dòng)臂1 一端可拆卸固設(shè)于中央定位軸承16上。
8[0059]還設(shè)有中央定位軸調(diào)節(jié)裝置17，該中央定位軸調(diào)節(jié)裝置17軸向長(zhǎng)度可伸縮，用于 調(diào)節(jié)中央定位軸14長(zhǎng)度，中央定位軸調(diào)節(jié)裝置17采用正、反螺旋結(jié)構(gòu)，中央定位軸調(diào)節(jié)裝 置17能隨被纏繞結(jié)構(gòu)3的高度變化而調(diào)節(jié)以保證運(yùn)動(dòng)臂1不與被纏繞結(jié)構(gòu)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉。還設(shè)有支撐墊4，該支撐墊4放置于地面上，被纏繞結(jié)構(gòu)3置于支撐墊4上方，支撐 墊4用于承載被纏繞結(jié)構(gòu)3，保證被纏繞結(jié)構(gòu)3水平放置，同時(shí)對(duì)被纏繞結(jié)構(gòu)3下端起到保 護(hù)作用。所述水平運(yùn)動(dòng)臂11旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所形成的平面垂直于被纏繞結(jié)構(gòu)3軸線，水平運(yùn)動(dòng)臂 11中心可拆卸固設(shè)于中央定位軸承16上，保證中央定位軸14受力均衡，保證纏繞機(jī)器人纏 繞穩(wěn)定。所述運(yùn)動(dòng)臂1運(yùn)動(dòng)臂1另一端鉸接有1 4個(gè)纏繞機(jī)器人2，多根鋼絲可同時(shí)進(jìn)行 纏繞，提高纏繞速度，如圖7顯示為雙頭纏繞的狀態(tài)，此時(shí)，兩切線長(zhǎng)度不等，即鋼絲抽出的 速度不等，但機(jī)器人上的張力閉環(huán)控制裝置214可以保證雙頭纏繞的鋼絲的張力相等。在更換鋼絲盤211時(shí)，需在增阻器212前完成新舊纏繞鋼絲接頭無張力對(duì)接，新舊 纏繞鋼絲接頭無張力對(duì)接采用電阻焊方式完成。所述張力輪213為“8”字輪，“8”字輪包括主動(dòng)輪2131和從動(dòng)輪2132，該主、從動(dòng) 輪2131、2132上分別設(shè)有數(shù)量和寬度相同的溝槽2133，“8”字輪的主動(dòng)輪2131具有逆鋼絲 滑動(dòng)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)，纏繞鋼絲相互交錯(cuò)呈“8”字狀纏繞于主、從動(dòng)輪2131、2132上表面 的溝槽2133中，主動(dòng)輪2131有逆纏繞鋼絲滑動(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)趨勢(shì)(一般通過采用直流電機(jī)實(shí) 現(xiàn))，纏繞鋼絲經(jīng)過“8”字輪后在摩擦力作用下張力增加達(dá)到設(shè)定值。所述張力閉環(huán)控制裝置214包括三組滑輪2141、張力檢測(cè)傳感器2142、前置放大 器2143、A/D轉(zhuǎn)換器2144、終端執(zhí)行器2145和人機(jī)控制終端2146，三組滑輪2141呈對(duì)稱三 角形方式排列，纏繞鋼絲一端呈內(nèi)外交替狀態(tài)依次纏繞于該三組滑輪2141圓周表面，張力 檢測(cè)傳感器2142可感應(yīng)鋼絲張力引起的壓力值并將該壓力值轉(zhuǎn)換成電壓模擬量，張力檢 測(cè)傳感器傳信于前置放大器2143，前置放大器傳信于A/D轉(zhuǎn)換器2144，A/D轉(zhuǎn)換器傳信于 人機(jī)控制終端2146，人機(jī)控制終端2146傳信于控制終端執(zhí)行器2145，控制終端執(zhí)行器2145 控制張力輪213主動(dòng)輪2131逆鋼絲運(yùn)動(dòng)方向的扭矩。所述排線系統(tǒng)22還設(shè)有平行于滾珠絲杠223的兩直線導(dǎo)軌225，該兩直線導(dǎo)軌 225固定定位于行走體232的框架2321上，排線梁2M軸向可滑動(dòng)套設(shè)于兩直線導(dǎo)軌225 上，保證滾珠絲杠223只承受軸向力，同時(shí)保證排線梁2M帶動(dòng)纏繞鋼絲精確移動(dòng)，使纏繞 鋼絲排列整齊。所述排線系統(tǒng)22的排線梁2M上還設(shè)有導(dǎo)向輪2 和排線輪227，排線輪227與 導(dǎo)向輪2 呈軸向垂直狀態(tài)排列或呈平行狀態(tài)排列的一種，可以將與纏繞方向具有偏差的 纏繞鋼絲校正方向，且使纏繞鋼絲與被纏繞表面良好貼合。所述行走系統(tǒng)23的驅(qū)動(dòng)電機(jī)231為調(diào)頻交流電機(jī)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)行過程中無級(jí)變 速的功能，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，不需附加啟動(dòng)設(shè)備，恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速范圍寬，利于機(jī)器人帶張力啟動(dòng)。所述增阻器212包括兩平行排列的壓板2121，該兩平行排列的壓板2121通過拉簧 2122和拉桿連21M連接而成一個(gè)整體，兩壓板2121相互靠近的側(cè)壁上設(shè)有平行交錯(cuò)排列 的滾輪2123，滾輪2123圓周面間相互靠近，滾輪2123圓周面上設(shè)有溝狀凹槽21M，纏繞鋼 絲多次反復(fù)彎曲而通過滾輪2023的溝狀凹槽2124，使鋼絲獲得初張力。
權(quán)利要求1.一種圓軌跡切線包容式纏繞機(jī)器人，其特征是包括運(yùn)動(dòng)臂(1)和纏繞機(jī)器人0)， 運(yùn)動(dòng)臂(1) 一端可拆卸樞接于被纏繞結(jié)構(gòu)(3)上端，運(yùn)動(dòng)臂(1)另一端與纏繞機(jī)器人(2) 鉸接，纏繞機(jī)器人(2)包括張力系統(tǒng)(21)、排線系統(tǒng)02)和行走系統(tǒng)(23)，其中張力系統(tǒng)用于控制纏繞鋼絲張力，張力系統(tǒng)包括鋼絲盤011)、增阻器 012)、張力輪013)和張力閉環(huán)控制裝置014)，纏繞鋼絲纏繞于鋼絲盤011)上，纏繞鋼 絲一端依次穿過能夠產(chǎn)生設(shè)定張力的增阻器012)、具有張力放大功能的張力輪(213)和 可檢測(cè)、分析纏繞鋼絲所帶張力及其波動(dòng)值并控制張力輪(21 放大纏繞鋼絲張力倍數(shù)的 張力閉環(huán)控制裝置014)；排線系統(tǒng)02)用于將帶有設(shè)定張力的纏繞鋼絲一端整齊的固定排列在被纏繞結(jié)構(gòu)需 纏繞部位表面，排線系統(tǒng)0 包括步進(jìn)排線電機(jī)021)、減速機(jī)022)、滾珠絲杠(223)和 排線梁0 )，步進(jìn)排線電機(jī)021)通過減速機(jī)(222)帶動(dòng)滾珠絲杠(223)旋轉(zhuǎn)，排線梁 (224)的螺母與滾珠絲杠(22 連接；行走系統(tǒng)03)帶動(dòng)張力系統(tǒng)和排線系統(tǒng)02)進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)，行走系統(tǒng)03)包 括驅(qū)動(dòng)電機(jī)(231)和行走體032)，行走體(23 又包括框架0321)和行走輪(2322)，驅(qū) 動(dòng)電機(jī)(231)驅(qū)動(dòng)行走體032)的行走輪032 旋轉(zhuǎn)，行走輪032 設(shè)于框架Q321)下 方；所述張力系統(tǒng)和排線系統(tǒng)02)固定于行走系統(tǒng)03)的框架0321)上，張力系 統(tǒng)的鋼絲一端穿過排線系統(tǒng)02)的排線梁(224)最終與被纏繞結(jié)構(gòu)固連。
2.如權(quán)利要求1所述的圓軌跡切線包容式纏繞機(jī)器人，其特征是運(yùn)動(dòng)臂(1)包括水 平運(yùn)動(dòng)臂(11)和垂直運(yùn)動(dòng)臂(12)，水平運(yùn)動(dòng)臂(11)遠(yuǎn)離被纏繞結(jié)構(gòu)的一端與垂直運(yùn)動(dòng)臂 (12)上端固連，其中垂直運(yùn)動(dòng)臂(12)與纏繞機(jī)器人的行走系統(tǒng)03)鉸接。
3.如權(quán)利要求2所述的圓軌跡切線包容式纏繞機(jī)器人，其特征是所述水平運(yùn)動(dòng)臂 (11)和垂直運(yùn)動(dòng)臂(12)上分別設(shè)有調(diào)節(jié)伸縮節(jié)(13)，該調(diào)節(jié)伸縮節(jié)(13)軸向長(zhǎng)度可伸 縮。
4.如權(quán)利要求1所述的圓軌跡切線包容式纏繞機(jī)器人，其特征是運(yùn)動(dòng)臂(1)一端可 拆卸樞接于被纏繞結(jié)構(gòu)上端的結(jié)構(gòu)為設(shè)有中央定位軸(14)、中央定位軸支架(15)和中央 定位軸承(16)，中央定位軸支架(1 固設(shè)于被纏繞結(jié)構(gòu)C3)和地面之一上方，中央定位軸 (14)固設(shè)于中央定位軸支架(1 上，中央定位軸承(16)固設(shè)于中央定位軸(14)上端，運(yùn) 動(dòng)臂(1) 一端可拆卸固設(shè)于中央定位軸承(16)上。
5.如權(quán)利要求4所述的圓軌跡切線包容式纏繞機(jī)器人，其特征是還設(shè)有中央定位軸 調(diào)節(jié)裝置(17)，該中央定位軸調(diào)節(jié)裝置(17)軸向長(zhǎng)度可伸縮。
6.如權(quán)利要求1所述的圓軌跡切線包容式纏繞機(jī)器人，其特征是還設(shè)有支撐墊G)， 該支撐墊(4)放置于地面上，被纏繞結(jié)構(gòu)(3)置于支撐墊(4)上方。
7.如權(quán)利要求2所述的圓軌跡切線包容式纏繞機(jī)器人，其特征是所述水平運(yùn)動(dòng)臂 (11)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所形成的平面垂直于被纏繞結(jié)構(gòu)(3)軸線，水平運(yùn)動(dòng)臂(11)中心可拆卸固設(shè) 于中央定位軸承(16)上。
8.如權(quán)利要求1所述的圓軌跡切線包容式纏繞機(jī)器人，其特征是運(yùn)動(dòng)臂(1)另一端 鉸接有1 4個(gè)纏繞機(jī)器人(2)。
9.如權(quán)利要求1所述的圓軌跡切線包容式纏繞機(jī)器人，其特征是在更換鋼絲盤(211)時(shí)，需在增阻器(212)前完成新舊纏繞鋼絲接頭無張力對(duì)接，新舊纏繞鋼絲接頭無張力對(duì) 接采用電阻焊方式完成。
10.如權(quán)利要求1所述的圓軌跡切線包容式纏繞機(jī)器人，其特征是張力輪013)為 “8”字輪，“8”字輪包括主動(dòng)輪0131)和從動(dòng)輪(2132)，該主、從動(dòng)輪(2131、2132)上分別 設(shè)有數(shù)量和寬度相同的溝槽013；3)，“8”字輪的主動(dòng)輪0131)具有逆鋼絲滑動(dòng)方向的轉(zhuǎn)動(dòng) 趨勢(shì)。
11.如權(quán)利要求1所述的圓軌跡切線包容式纏繞機(jī)器人，其特征是張力閉環(huán)控制裝 置(214)包括三組滑輪(2141)、張力檢測(cè)傳感器(2142)、前置放大器、A/D轉(zhuǎn)換器(2144)、終端執(zhí)行器014 和人機(jī)控制終端(2146)，三組滑輪Q141)呈對(duì)稱三角形方式排 列，纏繞鋼絲一端呈內(nèi)外交替狀態(tài)依次纏繞于該三組滑輪0141)圓周表面，張力檢測(cè)傳感 器014 可感應(yīng)鋼絲張力引起的壓力值并將該壓力值轉(zhuǎn)換成電壓模擬量，張力檢測(cè)傳感 器傳信于前置放大器(2143)，前置放大器傳信于A/D轉(zhuǎn)換器0144)，A/D轉(zhuǎn)換器傳信于人 機(jī)控制終端(2146)，人機(jī)控制終端0146)傳信于控制終端執(zhí)行器(2145)，控制終端執(zhí)行器(2145)控制張力輪(213)主動(dòng)輪0131)逆鋼絲運(yùn)動(dòng)方向的扭矩。
12.如權(quán)利要求1所述的圓軌跡切線包容式纏繞機(jī)器人，其特征是排線系統(tǒng)02)還 設(shè)有平行于滾珠絲杠023)的兩直線導(dǎo)軌025)，該兩直線導(dǎo)軌025)固定定位于行走體 (232)的框架0321)上，排線梁(224)軸向可滑動(dòng)套設(shè)于兩直線導(dǎo)軌(225)上。
13.如權(quán)利要求1或12所述的圓軌跡切線包容式纏繞機(jī)器人，其特征是排線系統(tǒng) (22)的排線梁(224)上還設(shè)有導(dǎo)向輪(226)和排線輪027)，排線輪(227)與導(dǎo)向輪(226) 的軸線呈互相垂直狀態(tài)排列或呈互相平行狀態(tài)排列的一種。
14.如權(quán)利要求1所述的圓軌跡切線包容式纏繞機(jī)器人，其特征是所述行走系統(tǒng)03) 的驅(qū)動(dòng)電機(jī)031)為調(diào)頻交流電機(jī)。
15.如權(quán)利要求1所述的圓軌跡切線包容式纏繞機(jī)器人，其特征是所述增阻器(212) 包括兩平行排列的壓板(2121)，該兩平行排列的壓板0121)通過拉簧012 和拉桿 (2124)連接而成一個(gè)整體，壓板0121)內(nèi)側(cè)壁上設(shè)有交錯(cuò)排列的滾輪(2123)，滾輪Q123) 圓周面間相互靠近，滾輪0123)圓周面上設(shè)有溝狀凹槽0124)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種圓軌跡切線包容式纏繞機(jī)器人，包括運(yùn)動(dòng)臂和纏繞機(jī)器人，運(yùn)動(dòng)臂一端可拆卸樞接于被纏繞結(jié)構(gòu)上端，另一端與纏繞機(jī)器人鉸接，纏繞機(jī)器人包括用于控制纏繞鋼絲張力的張力系統(tǒng)、將帶有設(shè)定張力的纏繞鋼絲一端整齊的固定排列在被纏繞結(jié)構(gòu)需纏繞部位表面的排線系統(tǒng)和帶動(dòng)張力系統(tǒng)和排線系統(tǒng)在地面上行走的行走系統(tǒng)，本實(shí)用新型通過圓軌跡切線包容線與被纏繞結(jié)構(gòu)的關(guān)系，可完成任意形狀和任意高寬比的結(jié)構(gòu)的纏繞，而無需設(shè)計(jì)、制造、安裝和調(diào)整相應(yīng)的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌道和相應(yīng)輔助工裝，降低了纏繞施工的成本，提高了纏繞機(jī)器人的通用性、適應(yīng)性、安裝和調(diào)整工效，本實(shí)用新型可方便地進(jìn)行多頭纏繞，從而大大提高纏繞效率。
文檔編號(hào)B65H54/12GK201817144SQ201020254449
公開日2011年5月4日 申請(qǐng)日期2010年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月2日
發(fā)明者尹利平, 張曉松, 李國(guó)娟, 李曉予, 李罡, 汪洋, 陳振東, 顏永年 申請(qǐng)人:蘇州昆侖先進(jìn)制造技術(shù)裝備有限公司, 顏永年