CN104369191B - 用于自动化单点检漏的机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于自动化单点检漏的机械手，包括实现检漏机械手与工业机械臂对接的法兰接口，气缸，设置在气缸内上下直线运动的活塞，法兰接口设置在气缸外壁顶端，气缸侧壁上设置有气缸压缩气体接口以通过电磁阀控制压缩空气的进出方向来控制活塞的往复直线运动，通过连杆将活塞的移动副转换为转动副，从而控制检漏机械手进行抓取动作，局部密封腔通过检漏气体取样软管与可调节流量的检漏吸枪本体气体连通，局部密封腔还设置有柔性密封圈充放气管路，吸枪本体对检漏机械手包覆的局部密封腔内的气体进行采用，实现漏率测试。

Description

用于自动化单点检漏的机械手

技术领域

本发明涉及一种管路焊缝抓取的机械手，特别是用于航天器管路焊缝自动化单点检漏过程中焊缝抓取、包覆和检漏的机械手。

背景技术

目前，泄漏严重威胁着航天器的安全发射和稳定地在轨运行，各种航天器在单机生产及总装阶段都要进行严格的检漏试验。航天器在总装阶段，要对所有的焊缝进行逐个检漏，确保每个焊缝的漏率都在允许的范围内。航天器检漏通常采用氦质谱检漏方法，检漏时先向被检系统中充入规定压力的氦气，然后通过氦质谱检漏仪对泄漏的大小进行测量，判断漏率是否满足要求。

传统的方法是采用吸枪在焊缝外部进行嗅探，吸枪将焊缝外部的气体吸入氦质谱检漏仪，氦质谱检漏仪根据吸入的氦气量来测量焊缝的实际漏率。吸枪法检漏过程中，操作人员需要用医用胶布逐个对焊缝进行包覆，并用吸枪对局部的收集包进行嗅探。但是，航天器管路焊缝数量众多(例如高达200根以上)，单点检漏过程需要消耗大量的劳动力进行焊缝包覆、漏率测量以及检漏完成后的多余物(胶圈和胶布)清理。并且由于焊缝数量众多，操作过程中容易造成漏检。

随着机械臂技术成熟度的提高，目前已经广泛地应用于汽车、航空等行业。因此，将工业上应用的机械臂，进行适应性修改，添加末端检漏机械手，用于航天器总装检漏，可以提高总装检漏生产效率，防止人为失误造成的漏检，提高检漏工作的可靠性。

为了实现机械臂对焊缝的自动化检漏，特设计发明了一种用于与机械臂连接的自动化单点检漏机械手，实现焊缝的抓取、包覆和检漏。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于与工业机械臂对接，实现自动化管路焊缝检漏的机械手装置，可以实现不同管径管路焊缝的抓取，包覆和检漏工作。

本发明所提供的具体方案如下：

一种用于自动化单点检漏的机械手，包括实现检漏机械手与工业机械臂对接的法兰接口，气缸，设置在气缸内上下直线运动的活塞，气缸压缩气体接口，可调节流量的检漏吸枪本体，抓手支撑架，抓手运动连杆，检漏气体取样软管，焊缝包覆抓手，焊缝包覆柔性密封圈，柔性密封圈充放气管路，法兰接口设置在气缸外壁顶端，气缸侧壁上设置有气缸压缩气体接口以通过电磁阀控制压缩空气的进出方向来控制活塞的往复直线运动，活塞的活塞杆头部上绕活塞杆轴线对称地铰接设置连杆一和连杆二的一端，连杆一和连杆二的另一端分别铰接在两个抓手支撑架上，两个抓手支撑架通过转接板对称固定于气缸的外壁下端，两个抓手支撑架上还分别平行铰接设置连杆三，连杆四和连杆五和连杆六，连杆三和连杆四平行地铰接在焊缝包覆抓手一上，连杆五和连杆六平行地铰接在焊缝包覆抓手二上，通过所有的连杆将活塞的移动副转换为抓手支撑架的转动副，从而控制检漏机械手进行抓取动作，两个焊缝包覆抓手分别通过焊缝包覆柔性密封圈在待检漏焊缝的周围区域形成局部密封腔，焊缝位于两个管路连接的位置，形状为环行，抓手闭合后，在焊缝位置的两端形成密封，中间为局部密封腔，局部密封腔通过检漏气体取样软管与可调节流量的检漏吸枪本体气体连通，局部密封腔还设置有柔性密封圈充放气管路，吸枪本体对检漏机械手包覆的局部密封腔内的气体进行采用，实现漏率测试。

其中，检漏机械手通过平行的两组连杆即连杆三、连杆四以及连杆五和连杆六连接，使得检漏机械手的密封平面始终保持平行。

其中，机械手通过法兰对接接口与工业机械臂的末端进行固定连接，通过机械臂带动机械手进行空间运动和姿态变换；机械手的抓取运动由气缸进行驱动，通过连杆控制检漏机械手进行开闭动作。

其中，可调节流量的吸枪本体上端的气体管路与检漏仪连接，下端接入检漏机械手的密封腔。

其中，检漏机械手轴向的端面由柔性气囊组成，当检漏机械手抓取管路时，对气囊充气，气囊膨胀后对管路焊缝两端进行包覆，形成局部密封腔。

其中，可调节流量的吸枪本体主要由过滤器、毛细管以及调压针阀组成，可实现检漏仪入口压力的调整，从而控制检漏仪对局部密封腔检漏的反应时间。

其中，气缸活塞运动的活塞杆为原动件，带动从动件连杆二，连杆三，连杆四和连杆五，抓手支撑架为固定支架，活塞杆通过上下移动带动其余连杆进行旋转运动。

其中，可调节流量的吸枪本体可通过与其固定连接的侧板机械固定在气缸的下端上。

其中，两个气缸压缩气体接口分别设置在气缸侧壁上，以通过电磁阀控制压缩空气的进出方向来控制活塞的往复直线运动。

本发明采用以上技术方案，具有以下的特点：

1)本发明采用平行四边形连杆机构，例如连杆三，连杆四，连杆五，连杆六的四根连杆，从而使连杆四和连杆六在运动中始终保持平行，保证检漏机械手运动中与密封面保持平行，最大限度减少抓手张开时占用的空间，可以实现密集管路焊缝的抓取；

2)本发明采用气缸和连杆运动机构，通过压缩空气驱动，结构简单可靠，机械手整体没有电缆接入，避免用电对航天器带来的潜在危险；

3)本发明中的检漏机械手采用柔性气囊对焊缝形成局部密封，代替了传统焊缝检漏中采用医用胶布进行局部包覆，有效避免星上产生多余物的问题，并且通过柔性气囊可以实现对不同管径管路焊缝的包覆。

附图说明

图1为本发明的自动化检漏机械手的结构示意图；

图2为本发明的自动化检漏机械手中运动机构的结构示意图；

其中，1表示机械手与工业机器人末端的法兰接口；2表示气缸；3表示活塞；4表示气缸压缩气体接口；5表示可调节流量的检漏吸枪本体；6表示抓手支撑架；7表示抓手运动连杆；8表示检漏气体取样软管；9表示焊缝包覆抓手；10表示焊缝包覆柔性密封圈；11表示柔性密封圈充放气管路；12表示检漏机械手形成的局部密封腔。

图2中的21表示气缸活塞的移动副，活塞作为原动件；22表示3个连杆之间的转动副；23、24、25、26、27、28、29、210、211、212均表示连杆的转动副。

图3为本发明的自动化检漏机械手中焊缝周围局部密封腔的结构示意图。

具体实施方式

以下介绍的是作为本发明内容的具体实施方式，下面通过具体实施方式对本发明内容作进一步的阐明。当然，描述下列具体实施方式只为示例本发明的不同方面的内容，而不应理解为限制本发明范围。

如图1所示，图中给出了本发明的自动化检漏机械手的结构示意图；其中，该自动化检漏机械手包括实现检漏机械手与工业机械臂对接的法兰接口1，气缸2，设置在气缸2内上下直线运动的活塞3，气缸压缩气体接口4，可调节流量的检漏吸枪本体5，抓手支撑架6，抓手运动连杆7(包括连杆一，连杆二，连杆三，连杆四，连杆五，连杆六)，检漏气体取样软管8，焊缝包覆抓手9，焊缝包覆柔性密封圈10，柔性密封圈充放气管路11，法兰接口1设置在气缸2的外壁顶端，气缸侧壁上设置有气缸压缩气体接口4以通过电磁阀控制压缩空气的进出方向来控制活塞3的往复直线运动，活塞3的活塞杆头部上绕活塞杆轴线对称地铰接设置连杆一和连杆二的一端，连杆一和连杆二的另一端分别铰接在两个抓手支撑架6上，两个抓手支撑架6通过转接板对称固定于气缸2的外壁下端，两个抓手支撑架6上还分别平行铰接设置连杆三，连杆四和连杆五和连杆六，连杆三和连杆四平行地铰接在焊缝包覆抓手一上，连杆五和连杆六平行地铰接在焊缝包覆抓手二上，通过所有的连杆将活塞3的移动副转换为抓手支撑架6的转动副，检漏机械手9通过上述平行的两组连杆(即连杆三、连杆四以及连杆五和连杆六)连接，使得检漏机械手的密封平面始终保持平行。从而控制检漏机械手9进行抓取动作，两个焊缝包覆抓手9分别通过焊缝包覆柔性密封圈10在待检漏焊缝的周围区域形成局部密封腔12，焊缝位于两个管路连接的位置，形状为环行，抓手9闭合后，在焊缝位置的两端形成密封，中间为局部密封腔12，局部密封腔12通过检漏气体取样软管8与可调节流量的检漏吸枪本体5气体连通，局部密封腔12还设置有柔性密封圈充放气管路11，吸枪本体5对检漏机械手9包覆的局部密封腔12内的气体进行采用，实现漏率测试，其中，可调节流量的吸枪本体上端的气体管路与检漏仪连接，下端接入检漏机械手的密封腔，机械手通过法兰对接接口与工业机械臂的末端进行固定连接，通过机械臂带动机械手进行空间运动和姿态变换；机械手的抓取运动由气缸进行驱动，通过连杆控制检漏机械手进行开闭动作。

在一具体实施方式中，可调节流量的吸枪本体上端的气体管路与检漏仪连接，下端接入检漏机械手的密封腔，可调节流量的吸枪本体主要由过滤器、毛细管以及调压针阀组成，可实现检漏仪入口压力的调整，从而控制检漏仪对局部密封腔检漏的反应时间。检漏机械手轴向的端面由柔性气囊组成，当检漏机械手抓取管路时，对气囊充气，气囊膨胀后对管路焊缝两端进行包覆，形成局部密封腔。此时，检漏仪通过可调节流量的吸枪本体对密封腔内的气体进行采样，从而计算管路焊缝的漏率值。可调节流量的吸枪本体主要由过滤器、毛细管以及调压针阀组成，可以实现检漏仪入口压力的调整，从而控制检漏仪对局部密封腔检漏的反应时间。

在一具体实施方式中，气缸活塞运动的活塞杆为原动件，带动从动件连杆二，连杆三，连杆四和连杆五，抓手支撑架为固定支架，活塞杆通过上下移动带动其余连杆进行旋转运动。例如参见图2，图2显示了本发明的自动化检漏机械手中运动机构的结构示意图。如图所示，气缸活塞运动的活塞杆为原动件，连杆一,连杆二,连杆三,连杆四，连杆五，连杆六为从动件，抓手支撑架6为固定支架。活塞杆通过上下移动带动其余连杆进行旋转运动，即依靠移动副和转动副形成直线运动向旋转运动的转变。因此，直线运动的运动机构的运动自由度为1，表示该机构在活塞作为运动件时，所有从动件随之做确定的运动，即活塞在每个运动位置下仅对应一个检漏机械手的位置。在整个上述包含各个连杆的运动机构中，仅包含移动副和转动副。气缸的活塞运动为移动副，并通过连杆将移动副转换为转动副，从而控制检漏机械手进行抓取动作。

本发明的自动化检漏机械手的检漏过程如下：

在自动化检漏过程中，机械手通过法兰接口固定在工业机械臂的末端关节上，通过机械臂控制机械手的空间位置以及空间姿态。在到达焊缝位置前，检漏机械手处于开启状态，柔性气囊处于放气状态，通过机械臂控制机械手位置和姿态，使待测管路焊缝的轴线与检漏机械手密封腔的轴线对齐。然后通过电磁阀控制活塞运动，使检漏机械手运动到闭合状态。检漏机械手闭合后，对柔性气囊充入压缩空气使气囊膨胀，从而形成焊缝两端的局部密封腔，此时控制检漏仪通过可调节流量的吸枪本体对密封腔内的气体进行采样和漏率测量。待漏率测量稳定后，对柔性气囊进行放气，并控制气缸运动，使检漏机械手处于开启状态。此时完成一次焊缝的单点检漏。机械臂运动到下个位置，重复上述过程进行焊缝检漏。

尽管上文对本发明的具体实施方式进行了详细的描述和说明，但应该指明的是，我们可以对上述实施方式进行各种改变和修改，但这些都不脱离本发明的精神和所附的权利要求所记载的范围。

Claims (9)

1.一种用于自动化单点检漏的机械手，包括实现检漏机械手与工业机械臂对接的法兰接口，气缸，设置在气缸内上下直线运动的活塞，气缸压缩气体接口，可调节流量的检漏吸枪本体，抓手支撑架，抓手运动连杆，检漏气体取样软管，焊缝包覆抓手，焊缝包覆柔性密封圈，柔性密封圈充放气管路，法兰接口设置在气缸外壁顶端，气缸侧壁上设置有气缸压缩气体接口以通过电磁阀控制压缩空气的进出方向来控制活塞的往复直线运动，活塞的活塞杆头部上绕活塞杆轴线对称地铰接设置连杆一和连杆二的一端，连杆一和连杆二的另一端分别铰接在两个抓手支撑架上，两个抓手支撑架通过转接板对称固定于气缸的外壁下端，两个抓手支撑架上还分别平行铰接设置连杆三、连杆四和连杆五、连杆六，连杆三和连杆四平行地铰接在焊缝包覆抓手一上，连杆五和连杆六平行地铰接在焊缝包覆抓手二上，通过所有的连杆将活塞的移动副转换为连杆的转动副，从而控制检漏机械手进行抓取动作，两个焊缝包覆抓手分别通过焊缝包覆柔性密封圈在待检漏焊缝的周围区域形成一局部密封腔，焊缝位于两个管路连接的位置，形状为环形，抓手闭合后，在焊缝位置的两端形成密封，中间为局部密封腔，局部密封腔通过检漏气体取样软管与可调节流量的检漏吸枪本体气体连通，局部密封腔还设置有柔性密封圈充放气管路，吸枪本体对检漏机械手包覆的局部密封腔内的气体进行采用，实现漏率测试。

2.根据权利要求1所述的机械手，其中，检漏机械手通过平行的两组连杆即连杆三、连杆四以及连杆五和连杆六连接，使得检漏机械手的密封平面始终保持平行。

3.根据权利要求1所述的机械手，其中，机械手通过法兰对接接口与工业机械臂的末端进行固定连接，通过机械臂带动机械手进行空间运动和姿态变换；机械手的抓取运动由气缸进行驱动，通过连杆控制检漏机械手进行开闭动作。

4.根据权利要求1-3任一项所述的机械手，其中，可调节流量的吸枪本体上端的气体管路与检漏仪连接，下端接入检漏机械手的密封腔。

5.根据权利要求1-3任一项所述的机械手，其中，检漏机械手轴向的端面由柔性气囊组成，当检漏机械手抓取管路时，对气囊充气，气囊膨胀后对管路焊缝两端进行包覆，形成局部密封腔。

6.根据权利要求1-3任一项所述的机械手，其中，可调节流量的吸枪本体主要由过滤器、毛细管以及调压针阀组成，可实现检漏仪入口压力的调整，从而控制检漏仪对局部密封腔检漏的反应时间。

7.根据权利要求1-3任一项所述的机械手，其中，气缸活塞运动的活塞杆为原动件，带动从动件连杆二，连杆三，连杆四和连杆五，抓手支撑架为固定支架，活塞杆通过上下移动带动其余连杆进行旋转运动。

8.根据权利要求1-3任一项所述的机械手，其中，可调节流量的吸枪本体可通过与其固定连接的侧板机械固定在气缸的下端上。

9.根据权利要求1-3任一项所述的机械手，其中，两个气缸压缩气体接口分别设置在气缸侧壁上，以通过电磁阀控制压缩空气的进出方向来控制活塞的往复直线运动。