[发明专利]穿孔辊在线修磨用锁紧保护装置及其挂钩轨迹设置方法

权利要求书

1.一种穿孔辊在线修磨用锁紧保护装置，其特征在于：包括旋转垂直臂、旋转水平臂、机械张紧锁、锁紧挂钩和锁紧驱动机构；

所述旋转垂直臂与所述旋转水平臂之间旋转活动连接；

所述机械张紧锁设于所述旋转水平臂上；

所述锁紧挂钩、所述锁紧驱动机构设于所述旋转垂直臂上；

所述锁紧驱动机构用以驱动所述锁紧挂钩，使所述锁紧挂钩与所述机械张紧锁之间形成扣紧状态或释放状态。

2.根据权利要求1所述的穿孔辊在线修磨用锁紧保护装置，其特征在于：所述旋转垂直臂与所述旋转水平臂之间设有旋转执行器；

所述旋转执行器用以驱动所述旋转垂直臂、所述旋转水平臂的旋转动作。

3.根据权利要求2所述的穿孔辊在线修磨用锁紧保护装置，其特征在于：所述旋转执行器均通过轴与所述旋转垂直臂、所述旋转水平臂连接。

4.根据权利要求1所述的穿孔辊在线修磨用锁紧保护装置，其特征在于：所述机械张紧锁通过螺栓固定于所述旋转水平臂上。

5.根据权利要求1所述的穿孔辊在线修磨用锁紧保护装置，其特征在于：所述旋转垂直臂上设有锁紧挂钩基座；

所述锁紧挂钩通过锁紧挂钩销设于所述锁紧挂钩基座上。

6.根据权利要求5所述的穿孔辊在线修磨用锁紧保护装置，其特征在于：所述锁紧驱动机构包括气缸支座和锁紧气缸；

所述气缸支座通过螺栓固定于所述旋转垂直臂上；

所述锁紧气缸通过销轴设于所述气缸支座上；

所述锁紧气缸的气缸杆与所述锁紧挂钩的后端铰链。

7.根据权利要求6所述的穿孔辊在线修磨用锁紧保护装置，其特征在于：所述锁紧气缸上设有气缸磁性开关。

8.根据权利要求6所述的穿孔辊在线修磨用锁紧保护装置，其特征在于：所述锁紧挂钩的后端开有调节豁孔，用以与所述锁紧气缸的气缸杆连接；

所述锁紧挂钩的前端设有勾头，用以与所述机械张紧锁配合；

所述锁紧挂钩上开有中间孔和减重槽，所述中间孔用以与所述锁紧挂钩基座连接。

9.根据权利要求8所述的穿孔辊在线修磨用锁紧保护装置，其特征在于：所述机械张紧锁的下部分为拧紧连接区域，用以连接所述旋转水平臂上；

上部分为与所述锁紧挂钩的配合区域，该配合区域内设有与所述勾头相适配的槽结构。

10.一种穿孔辊在线修磨用锁紧保护装置的挂钩轨迹设置方法，其特征在于：

根据权利要求1-9任一项所述的穿孔辊在线修磨用锁紧保护装置建立正运动学模型，再根据所述穿孔辊在线修磨用锁紧保护装置中关节角度变化，计算得出所述锁紧挂钩上的所述勾头的位姿值。

11.根据权利要求10所述的穿孔辊在线修磨用锁紧保护装置的挂钩轨迹设置方法，其特征在于，所述挂钩轨迹设置方法具体如下：

设气缸杆为第一个连杆，其一端通过固定铰链连接于气缸座上，另一端通过铰链与锁紧挂钩相连；

设锁紧挂钩为第二个连杆，其一端通过铰链与气缸杆相连，锁紧挂钩的中部通过销连接在机器人臂上；

每个连杆均具有四个参数：1)连杆长度a_i，即为相邻轴线之间公垂线的长度；2)连杆扭角α_i，即为相邻轴线之间的夹角；3)关节距离d_i，即为相邻公垂线之间的距离；4)关节角度θ_i，即为运动变量；

d_i和θ_i用以表示两个连杆之间的相对坐标关系，a_i和a_i表示两个连杆本身具有的结构特征；对于移动关节，仅d_i为运动变量，对于旋转关节，仅θ_i为运动变量，其余皆为固定不变的结构参数；

相邻坐标系之间的变换如下：

1)绕坐标系O_i-1下的z_i-1旋转角度θ_i，令x_i-1与坐标系O_i下的x_i相互平行；

2)绕坐标系O_i-1下的z_i-1平移距离d_i，令x_i-1与坐标系O_i下的x_i共线；

3)绕坐标系O_i-1下的x_i-1平移长度a_i，令x_i-1与坐标系O_i下的x_i两者原点重合；

4)将z_i-1绕坐标系O_i下的x_i旋转扭角α_i，令坐标系O_i-1与O_i完全重合；

由于上述运动变换都是相对于自身坐标系描述的，按右乘规则，得到两个连杆坐标系之间的变换通式：

将上述变换通式表示为相邻连杆坐标系间的齐次变换矩阵A_i，并展开：

根据各个相邻坐标系的齐次变换矩阵、对应连杆参数和关节变量，挂钩坐标系O₂相对于结构基坐标O₀的位姿总变换可表示为：

其中，

n_x＝c₁[c₂₃(c₄c₅c₆-s₄s₆)-s₂₃s₅c₆]-s₁(s₄c₅c₆+c₄s₆)

n_y＝s₁[c₂₃(c₄c₅c₆-s₄s₆)-s₂₃s₅c₆]+c₁(s₄c₅c₆+c₄s₆)

n_z＝-s₂₃(c₄c₅c₆-s₄s₆)-c₂₃s₅c₆

o_x＝c₁[c₂₃(-c₄c₅s₆-s₄c₆)+s₂₃s₅s₆]-s₁(-s₄c₅s₆+c₄c₆)

o_y＝s₁[c₂₃(-c₄c₅s₆-s₄c₆)+s₂₃s₅s₆]+c₁(-s₄c₅s₆+c₄c₆)

o_z＝-s₂₃(-c₄c₅s₆-s₄c₆)+c₂₃s₅s₆

a_x＝c₁(c₂₃c₄s₅+s₂₃c₅)-s₁s₄s₅

a_y＝s₁(c₂₃c₄s₅+s₂₃c₅)+c₁s₄s₅

a_z＝-s₂₃c₄s₅+c₂₃c₅

p_x＝c₁[a₂s₂+s₂₃(d₄+d₆c₅)+d₆c₂₃c₄s₅]-s₁(d₃+d₆s₄s₅)

p_y＝s₁[a₂s₂+s₂₃(d₄+d₆c₅)+d₆c₂₃c₄s₅]+c₁(d₃+d₆s₄s₅)

p_z＝a₂c₂+c₂₃(d₄+d₆c₅)-d₆s₂₃c₄s₅。