CN110000743A - 一种可扩展式多点协调的柔性操作平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可扩展式多点协调的柔性操作平台，涉及操作平台装配领域，包括支撑模组、安装基座、驱动控制模组、检测模组；所述支撑模组包括若干支撑单元；所述支撑单元的底部固定安装于所述安装基座的上表面；所述驱动控制模组与所述支撑单元的底部连接，所述驱动控制模组被配置为控制每个所述支撑单元，所述检测模组与所述驱动控制模组电气连接，所述检测模组被配置为检测所述支撑单元。本发明可根据实际工况要求自由扩展且适应不同的被加工工件外形，具有适应性强，灵活性高的优点，并设置有传感器实时监测所述操作平台的位移数据，极大地提高了操作平台的安全性和操作精度。

Description

一种可扩展式多点协调的柔性操作平台

技术领域

本发明涉及操作平台装配领域，尤其涉及一种可扩展式多点协调的柔性操作平台。

背景技术

操作平台是指在一定工序内用于承载物料，并在其中进行各种操作的构架式平台，被广泛应用于机械、建筑、制造等行业。

目前的操作平台主要根据被操作工件的物理形态和加工工艺，开发相应的定制夹具。当被操作工件的物理形态或加工工艺发生改变时，往往需要对操作平台进行较大程度的改动，甚至重新设计，变动耗费周期长，变动成本高，适应性差。同时，现有操作平台所能输出的自由度比较单一，灵活性不高，安全性能上有待提高。部分现有操作平台也有使用环境局限性问题，如用于水质检查的航行器平台，通常只能适用于水体中，脱离水体后平台的操作性不强；还有一些操作平台驱动装置对位移的控制精度不高，该类操作平台仅对其物理结构进行了改进，并没有配备传感器装置进行实时监测，控制精度低。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种可扩展式多点协调的柔性操作平台，所述操作平台可根据实际工况要求自由扩展且适应不同的被加工工件外形，具有适应性强，灵活性高的优点，并设置有传感器实时监测所述操作平台的运动数据，极大地提高了操作平台的安全性和操作精度。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是克服现有操作平台不能根据实际工况要求自由扩展且不适应不同的被加工工件外形，适应性差，灵活性低，平台的安全性和操作精度低的缺点。

为实现上述目的，本发明提供了一种可扩展式多点协调的柔性操作平台，包括支撑模组、安装基座、驱动控制模组、检测模组；所述支撑模组包括若干支撑单元；所述支撑单元的底部固定安装于所述安装基座的上表面；所述驱动控制模组与所述支撑单元的底部连接，所述驱动控制模组被配置为控制每个所述支撑单元，所述检测模组与所述驱动控制模组电气连接，所述检测模组被配置为检测所述支撑单元。

进一步地，所述支撑单元包括硬质外壳、软体头、直线位移模块；所述底座封盖固定设置于所述硬质外壳的下部；所述软体头套装入所述硬质外壳内，所述软体头与所述硬质外壳的内壁构成滑动副。

进一步地，所述直线位移模块包括滚珠丝杆、丝杆螺母；所述丝杆螺母与所述软体头的下表面固定连接，所述滚珠丝杆和所述丝杆螺母构成滚珠丝杠副。

进一步地，所述直线位移模块包括波纹管、底座封盖、过渡软管；所述软体头的下表面和所述波纹管的上表面固定连接，所述波纹管的下表面与所述底座封盖的上表面固定连接，所述过渡软管的上端固定安装于所述底座封盖的下表面，所述波纹管套装入所述硬质外壳内，所述底座封盖上设置有通孔，所述通孔连通所述波纹管内腔和所述过渡软管内腔。

进一步地，驱动控制模组包括驱动控制单元、计算机、动力源、动力介质；所述驱动控制单元包括电磁阀、输入管路；所述电磁阀包括输入口、输出口，所述电磁阀固定安装于所述安装基座的底部；所述电磁阀的所述输出口与所述过渡软管的下端固定连接，所述电磁阀的所述输入口与所述输入管路的一端固定连接，所述输入管路的另一端与所述动力源固定连接；所述动力介质流动于所述波纹管、所述过渡软管和所述输入管路内腔内；所述计算机包括输入端、输出端，所述输出端与所述电磁阀电气连接，所述输入端与所述检测模组电气连接；所述电磁阀的通断被配置为受所述计算机的控制。

进一步地，所述检测模组包括压力检测传感器、光学运动捕捉单元、红外反光薄片；所述红外反光薄片固定设置于所述支撑单元上表面；所述压力检测传感器设置于所述过渡软管上，所述压力检测传感器被配置为检测所述过渡软管内腔的所述动力介质的压力，所述压力检测传感器与所述计算机的所述输入端电气连接；所述光学运动捕捉单元被设置于所述支撑模组四周，所述光学运动捕捉单元包括相机，所述相机与所述计算机的所述输入端电气连接。

进一步地，所述光学运动捕捉单元的数量大于等于2。

进一步地，所述动力介质为压缩空气或液压油。

进一步地，所述软体头材质为橡胶；所述软体头截面的形状为圆形或多边形中的一种；所述底座封盖和所述硬质外壳通过PVC薄膜进行缠绕加固。

进一步地，所述支撑模组可设置为三角形、四边形、六边形或不规则形状图形中的一种或几种的组合。

与现有技术相比，通过本发明的实施，至少具有以下有益的技术效果：

(1)本发明提供的可扩展式多点协调的柔性操作平台，由多个所述支撑单元规则阵列组成，可根据被操作对象的具体工况进行调整，无需重新设计和建造操作平台，灵活性高，适应性强，成本低，经济性好；

(2)本发明提供的可扩展式多点协调的柔性操作平台，能够依据实际的工作空间对组成的所述支撑单元进行扩展或缩减，在保证完成任务的前提下，精简操作平台的体积，具有良好的可扩展性；

(3)本发明提供的可扩展式多点协调的柔性操作平台，由多个单自由度的所述支撑单元组成，每个所述支撑单元相互解耦，通过整体控制，使得所述支撑单元的位移协调输出，从而让所述平台具有灵活的输出功能；

(4)本发明提供的可扩展式多点协调的柔性操作平台，每个所述支撑单元的末端部件由软质材料制成，可以采用气动方式驱动，清洁环保，当负载超过额定工况时，会进行被动地避让，具有较高的安全性能；

(5)本发明提供的可扩展式多点协调的柔性操作平台，可以实时监测平台压力和位移数据，并进行实时分析，使得所述平台操作具有更高的安全性和精确度。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的整体结构图；

图2是本发明的一个较佳实施例的支撑单元的侧视图；

图3是本发明的一个较佳实施例的支撑单元的剖视图；

图4是本发明的一个较佳实施例a的支撑模组形状示例图；

图5是本发明的一个较佳实施例b的支撑模组形状示例图；

图6是本发明的一个较佳实施例c的支撑模组形状示例图；

图7是本发明的一个较佳实施例d的支撑模组形状示例图；

图8是本发明的一个较佳实施例e的支撑单元的软体头形状示例图；

图9是本发明的一个较佳实施例f的支撑单元的软体头形状示例图；

图10是本发明的一个较佳实施例g的支撑单元的软体头形状示例图；

图11是本发明的一个较佳实施例h的支撑单元的软体头形状示例图。

其中，1-支撑单元，2-安装基座，3-数据线，4-红外反光薄片，5-电磁阀，6-压力检测传感器，7-过渡软管，8-计算机，9-第一光学运动捕捉单元，10-第一相机，11-第二光学运动捕捉单元，12-第三光学运动捕捉单元，13-第二相机，14-第三相机，15-硬质外壳，16-软体头，17-波纹管，18-底座封盖。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

实施例1：

如图1、图2和图3所示，本发明提供的一种可扩展式多点协调的柔性操作平台，包括支撑模组、安装基座2、驱动控制模组、检测模组；支撑模组包括若干支撑单元1，支撑单元1的底部固定安装于安装基座2的上表面，若干支撑单元1阵列布置而成的形状可以是三角形、四边形、六边形或不规则形状图形中的一种或几种的组合，如图4、图5、图6和图7所示，本实施例优选为按正方形布置；支撑单元1包括硬质外壳15、软体头16、波纹管17、底座封盖18、过渡软管7，软体头16的下表面和波纹管17的上表面固定连接，波纹管17的下表面与底座封盖18的上表面固定连接，过渡软管7的上端固定安装于底座封盖18的下表面，波纹管17套装入硬质外壳15内，底座封盖18上设置有通孔，通孔连通波纹管17的内腔和过渡软管7的内腔；软体头16的材质为橡胶；软体头16截面的形状为圆形或多边形中的一种，如图8、图9、图10和图11所示，本实施例优选为圆形；底座封盖18和硬质外壳15通过PVC薄膜进行缠绕加固。

驱动控制模组包括驱动控制单元、计算机8、动力源、动力介质；驱动控制单元包括电磁阀5、输入管路；电磁阀5固定安装于安装基座2的底部；电磁阀5包括输出口、输入口、卸载口；电磁阀5的输出口与过渡软管7的下端固定连接，电磁阀5的输入口与输入管路的一端固定连接，输入管路的另一端与动力源固定连接；本实施例采用压缩空气为动力介质，动力源为提供具有压力的压缩空气源；压缩空气可以在波纹管17、过渡软管7和输入管路的内腔内流动；电磁阀5的卸载口与大气连通；计算机8包括输入端、输出端，计算机8的输出端与电磁阀5通过数据线3连接，计算机8的输入端与检测模组之间通过数据线3连接，电磁阀5根据计算机8的指令进行动作。

检测模组包括压力检测传感器6、光学运动捕捉单元、红外反光薄片4；红外反光薄片4固定设置于每个支撑单元1的上表面；压力检测传感器6设置于过渡软管7上，压力检测传感器6被配置为检测过渡软管7内腔的压缩空气的压力，压力检测传感器6与计算机8的输入端通过数据线3连接；本实施例光学运动捕捉单元共有3个，均匀设置于支撑模组四周，分别是第一光学运动捕捉单元9、第二光学运动捕捉单元11和第三光学运动捕捉单元12；第一光学运动捕捉单元9包括第一相机10，第二光学运动捕捉单元11包括第二相机13，第三光学运动捕捉单元12包括第三相机14，第一相机10、第二相机13和第三相机14通过数据线3与计算机8的输入端连接。

计算机8联合分布在支撑模组四周的各个光学运动捕捉单元上的相机，通过检测位于每个支撑单元1上表面的红外反光薄片4来确定支撑单元1相对于安装基座2的位移，并可以通过计算支撑单元1位移的变化速度来确定支撑单元1的运动速度，当某个支撑单元1的软体头16低于目标位置时，计算机8向与该支撑单元1连接的驱动控制单元的电磁阀5发送接通指令，电磁阀5接通该电磁阀5的输入口和输出口，进而连通了过渡软管7和输入管路，压缩空气持续进入波纹管17的内腔，推动波纹管17上端的软体头16升起，直到软体头16到达目标位置后，计算机8向与该支撑单元1连接的驱动控制单元的电磁阀5发送断开指令，电磁阀5断开该电磁阀5的输入口和输出口，软体头16将保持在目标位置处。当某个支撑单元1的软体头16高于目标位置时，计算机8向与该支撑单元1连接的驱动控制单元的电磁阀5发送卸载指令，电磁阀5接通该电磁阀5的输出端和卸载口，波纹管17的内腔的压缩空气会通过电磁阀5的卸载口流到大气中，使得波纹管17的内腔的压缩空气的压力下降，波纹管17上端的软体头16下落，直到软体头16到达目标位置后，计算机8向与该支撑单元1连接的驱动控制单元的电磁阀5发送断开指令，电磁阀5断开该电磁阀5的输出端和卸载口，软体头16将保持在目标位置处。

实施例2：

在实施例1的基础上将动力介质替换为液压油，动力源替换为液压站，驱动控制单元还包括回油软管，回油软管一端与电磁阀5的卸载口固定连接，回油软管的另一端与油箱连接；整个液压回路的接头均采用45°锥密封。

实施例3：

在实施例1的基础上，将波纹管17替换为滚珠丝杆和丝杆螺母，丝杆螺母与软体头16固定连接，滚珠丝杆活动安装于底座封盖18上，滚珠丝杆与底座封盖18构成转动副，滚珠丝杆和丝杆螺母构成滚珠丝杆副；将过渡软管7替换为传动系统，动力源替换为减速电机，电磁阀5替换为电机控制器，取消动力介质、输入管路和压力检测传感器6；传动系统的输出端与滚珠丝杆的底端固定连接，传动系统的输入端与电机输出轴固定连接。电机控制器接收计算机8的指令，控制电机正传、反转或停止，进而控制软体头16的上升和下降。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种可扩展式多点协调的柔性操作平台，其特征在于，包括支撑模组、安装基座、驱动控制模组、检测模组；所述支撑模组包括若干支撑单元；所述支撑单元的底部固定安装于所述安装基座的上表面；所述驱动控制模组与所述支撑单元的底部连接，所述驱动控制模组被配置为控制每个所述支撑单元，所述检测模组与所述驱动控制模组电气连接，所述检测模组被配置为检测所述支撑单元。

2.如权利要求1所述的可扩展式多点协调的柔性操作平台，其特征在于，所述支撑单元包括硬质外壳、软体头、直线位移模块；所述底座封盖固定设置于所述硬质外壳的下部；所述软体头套装入所述硬质外壳内，所述软体头与所述硬质外壳的内壁构成滑动副。

3.如权利要求2所述的可扩展式多点协调的柔性操作平台，其特征在于，所述直线位移模块包括滚珠丝杆、丝杆螺母；所述丝杆螺母与所述软体头的下表面固定连接，所述滚珠丝杆和所述丝杆螺母构成滚珠丝杠副。

4.如权利要求2所述的可扩展式多点协调的柔性操作平台，其特征在于，所述直线位移模块包括波纹管、底座封盖、过渡软管；所述软体头的下表面和所述波纹管的上表面固定连接，所述波纹管的下表面与所述底座封盖的上表面固定连接，所述过渡软管的上端固定安装于所述底座封盖的下表面，所述波纹管套装入所述硬质外壳内，所述底座封盖上设置有通孔，所述通孔连通所述波纹管内腔和所述过渡软管内腔。

5.如权利要求4所述的可扩展式多点协调的柔性操作平台，其特征在于，驱动控制模组包括驱动控制单元、计算机、动力源、动力介质；所述驱动控制单元包括电磁阀、输入管路；所述电磁阀包括输入口、输出口，所述电磁阀固定安装于所述安装基座的底部；所述电磁阀的所述输出口与所述过渡软管的下端固定连接，所述电磁阀的所述输入口与所述输入管路的一端固定连接，所述输入管路的另一端与所述动力源固定连接；所述动力介质流动于所述波纹管、所述过渡软管和所述输入管路内腔内；所述计算机包括输入端、输出端，所述输出端与所述电磁阀电气连接，所述输入端与所述检测模组电气连接；所述电磁阀的通断被配置为受所述计算机的控制。

6.如权利要求5所述的可扩展式多点协调的柔性操作平台，其特征在于，所述检测模组包括压力检测传感器、光学运动捕捉单元、红外反光薄片；所述红外反光薄片固定设置于所述支撑单元上表面；所述压力检测传感器设置于所述过渡软管上，所述压力检测传感器被配置为检测所述过渡软管内腔的所述动力介质的压力，所述压力检测传感器与所述计算机的所述输入端电气连接；所述光学运动捕捉单元被设置于所述支撑模组四周，所述光学运动捕捉单元包括相机，所述相机与所述计算机的所述输入端电气连接。

7.如权利要求6所述的可扩展式多点协调的柔性操作平台，其特征在于，所述光学运动捕捉单元的数量大于等于2。

8.如权利要求7所述的可扩展式多点协调的柔性操作平台，其特征在于，所述动力介质为压缩空气或液压油。

9.如权利要求8所述的可扩展式多点协调的柔性操作平台，其特征在于，所述软体头材质为橡胶；所述软体头截面的形状为圆形或多边形中的一种；所述底座封盖和所述硬质外壳通过PVC薄膜进行缠绕加固。

10.如权利要求9所述的可扩展式多点协调的柔性操作平台，其特征在于，所述支撑模组可设置为三角形、四边形、六边形或不规则形状图形中的一种或几种的组合。