CN100448628C - 机械柔性空间对接平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机械柔性空间对接平台，其特征在于：所述机械式自调对接平台上安装有机械式柔性装配平台，所述机械式柔性装配平台由基座、关节体和浮动体组成，其中基座的上端开有圆形凹槽，该圆形凹槽内均匀分布有滚珠，所述关节体为小半截球形体，其底平面位于所述基座的圆形凹槽内与滚珠接触，其球冠表面上均匀分布有有滚珠，在所述关节体上方罩浮动体，该浮动体的底面开有弧形凹槽，该凹槽面与所述滚珠接触。本发明的显著效果是：具有自适应和自调节的功能，可以防止工件在对位行程中发生微量偏移时出现的过大扭力，使对位成功，提高了空间对接质量和对接效果。
Description
技术领域
本发明属于空间对接技术领域，具体地说，涉及一种适应于空间对接的机械柔性空间对接平台。
背景技术
现有工业对空间对接技术的要求越来越高，如高精度工业制造中的工件对准、空间站对位、医疗化工中的管道对接，网络电子技术中的电路连接等，而影响对接精度的一个重要因素就是两物体接近面之间的相对平行问题。装配、加工或是物体自身成楔形都会造成不平行。在装配过程中首先要考虑的问题就是进行装配的两物体之间的对位。如图1所示，在工程中常常需要把工件固定在对接平台上，再由对接平台推进，将工件装到对接体的滑槽中，滑槽a和b是竖直且相互平行的，工件左右两侧有两根互相平行的滑轨。那么在装配中首先要解决的问题就是使工件与对接体的竖直滑槽准确对位。那么在装配中首先要解决的问题就是使对接工件之间的准确对位。
不过，单从工件与滑槽的准确对位方面来考虑还是不全面的，在工件已经完成准确对位后，处于上升的行程中，由于各种工况的原因，如振动、力等，或人为因素作用于工件，从而致使工件在上升行程中发生微量的偏移，滑轨与滑槽的几何中心不重合，这就直接影响了装配精度。同时，会有侧向作用力产生作用于滑槽上，使得滑轨于滑槽间的摩擦力增大，最终导致工件与对接体损坏。
其缺点是：对接平台不具备柔性，没有自适应或自调节的功能，工件在对位行程中发生微量偏移时的扭力过大，会造成工件伤害或对位失败。
发明内容
本发明的目的是提供一种具备柔性的机械柔性空间对接平台，具有自适应的功能，可以防止工件在对位行程中发生微量偏移时出现的过大扭力，避免对工件造成伤害，使对位成功。
为达到上述目的，本发明是一种机械柔性空间对接平台，包括机械式自调对接平台，其关键在于：所述机械式自调对接平台上安装有机械式柔性装配平台，所述机械式柔性装配平台由基座、关节体和浮动体组成，其中基座的上端开有圆形凹槽，该圆形凹槽内均匀分布有球形坑，球形坑内安装有滚珠，所述关节体为小半截球形体，该小半截球形体的底平面位于所述基座的圆形凹槽内与所述滚珠接触，其球冠表面上均匀分布有球形坑，该球形坑内安装有滚珠，在所述关节体上方罩浮动体，该浮动体的底面开有与所述关节体的球冠表面相适应的弧形凹槽，该凹槽面与所述滚珠接触。
球形坑内安装有滚珠，使基座与关节体之间，关节体与浮动体之间为柔性接触，具有自适应的功能，当对接体与工件之间发生挤压时，在对位行程中发生微量偏移时出现扭力，浮动体能够随受力方向在关节体上进行任意角度的转动和滑动，同时，还可以带动关节体在基座滑动。将工件安装在浮动体上表面，工件伸入对接体的空腔内与之对接，可以防止工件在对位行程中发生微量偏移时出现过大扭力，避免对工件造成伤害，使对位成功。
所述基座圆形凹槽的内壁与关节体边缘留有间隙；所述浮动体与基座之间留有间隙。
保留一定的间隙，使关节体位于在基座圆形凹槽中部，便于关节体圆形凹槽内滑动。
所述浮动体与基座的直径一致，二者侧壁卡接有同一卡箍。
在工件伸入对接体之前，用卡箍将浮动体与基座固定连接在一起，使浮动体居中，防止其任意运动，当工件与对接体接触后，松开卡箍，便于浮动体与关节体运动。
所述基座固定在机械式自调对接平台上，该机械式自调对接平台由支撑平台、工作平台、三个结构相同的平面调节机构、随动机构和三个结构相同的竖立调节机构组成；其中基座固定在所述工作平台的上表面，在工作平台与支撑平台之间设置所述三个平面调节机构和一个随动机构，它们按正方形分布，在所述平面调节机构下方的支撑平台上安装三个结构相同的竖立调节机构，它们按三角形分布；
所述平面调节机构由水平电机、联轴器、丝杆螺母副，活动滑座、滑块和轴承组成，其中水平电机安装在所述支撑平台上，水平电机的输出轴经联轴器连接丝杆，该丝杆与所述支撑平台的上表面平行，该丝杆上套装所述螺母，该螺母固定在所述活动滑座上，该活动滑座底面开槽，并套装在所述支撑平台上表面的滑轨上，所述活动滑座的上表面开有滑槽与所述滑轨空间垂直，该滑槽上套装所述滑块，该滑块固套在所述轴承内，该轴承固装在所述工作平台底部支承柱内；
在所述三个结构相同的平面调节机构中，有两个位于同侧的平面调节机构中的丝杆轴心线相互平行，并与第三个平面调节机构中的丝杆轴心线的延长线相垂直，该第三个平面调节机构与所述随动机构位于同一侧；
当同侧二个平面调节机构的平行丝杆同向推动活动滑座工作，另一平面调节机构停止工作时，活动滑座工作带动滑块、轴承和工作平台沿X轴方向平移；
当另一平面调节机构丝杆推动活动滑座工作，同侧二个平面调节机构停止工作时，活动滑座工作带动滑块、轴承和工作平台沿Y轴方向平移，同侧二个平面调节机构的滑块在滑槽内滑动。
当三个平面调节机构的丝杆沿同时按顺/逆时针方向推动活动滑座工作时，活动滑座工作带动滑块、轴承和工作平台沿Z轴方向转动。
所述随动机构由活动滑座、滑块和轴承组成，该随动机构中的活动滑座、滑块和轴承与所述平面调节机构中的活动滑座、滑块和轴承连接关系相同；
所述竖立调节机构由垂直电机、蜗轮蜗杆减速器、螺母座和调整螺杆组成，其中垂直电机固定在所述支撑平台上，其输出轴连接所述蜗轮蜗杆减速器，蜗轮蜗杆减速器的输出轴经联轴器与所述调整螺杆相连，该调整螺杆与所述支撑平台垂直并伸出支撑平台的下端，调整螺杆的下端套装在所述螺母座上。
固定住三个竖立调节机构的螺母座，当调整螺杆在螺母座内移动，调整螺杆同向推动支撑平台运行，保持三个调整螺杆的行程一致时，实现支撑平台和工作平台沿Z轴方向移动。
当三个竖立调节机构调整螺杆的行程不等时，实现支撑平台和工作平台沿X轴和Y轴方向转动。
所述支撑平台的中部开有空腔，该空腔内安装所述垂直电机和蜗轮蜗杆减速器。
所述调整螺杆上套装有轴承的内圈，该轴承的外圈与所述支撑平台固定连接。
轴承有利于增强调整螺杆的稳定性。
所述机械式自调对接平台为六自由度可以调节的对接平台：平面调节机构的作用使工作平台可沿X轴和Y轴方向的移动、Z轴的转动，实现三自由度的并联工作，竖立调节机构的作用使工作平台可沿X轴和Y轴方向的转动、Z轴方向的移动，实现三自由度的并联工作，将平面调节机构和竖立调节机构的功能作用叠加在一起，实现六个自由度的运动。
一种机械柔性空间对接平台，包括机械式自调对接平台，其关键在于：所述机械式自调对接平台上安装有机械式柔性装配平台，所述机械式柔性装配平台由基座、关节体和浮动体组成，其中基座的上端开有圆形凹槽，所述关节体为小半截球形体，该小半截球形体的底平面位于所述基座的圆形凹槽内，其球冠表面均匀分布有球形坑，该球形坑内安装有滚珠，在所述关节体上方罩浮动体，该浮动体的底面开有与所述关节体的球冠表面相适应的弧形凹槽，该凹槽面与所述滚珠接触。
一种机械柔性空间对接平台，包括机械式自调对接平台，其关键在于：所述机械式自调对接平台上安装有机械式柔性装配平台，所述机械式柔性装配平台由基座、关节体和浮动体组成，其中基座的上端开有圆形凹槽，该圆形凹槽内均匀分布有球形坑，球形坑内安装有滚珠，所述关节体为小半截球形体，该小半截球形体的底平面位于所述基座的圆形凹槽内与所述滚珠接触，在所述关节体上罩浮动体，该浮动体的底面开有与所述关节体的球冠表面相适应的弧形凹槽，并与所述关节体滑动接触。
本发明的显著效果是：使基座与关节体之间，关节体与浮动体之间，工件与对接体之间都为柔性接触，具有自适应和自调节的功能，可以防止工件在对位行程中发生微量偏移时出现的过大扭力，避免对工件造成伤害，使对位成功，将对接平台、平面调节机构和竖立调节机构分别独立制作安装，独立调控，再有机结合，便于整个装置的操作控制和装拆维护，满足不同尺寸大小的对接要求，其中平面调节机构和竖立调节机构实现六个自由度的调节，结合浮动体沿X轴、Y轴和Z轴方向的柔性移动功能，沿X轴和Y轴的柔性转动功能，提高了空间对接质量和对接效果。
附图说明
图1是工件之间的空间对接示意图；
图2是本发明的结构示意图；
图3是基座、关节体与浮动体的立体图；
图4是基座圆形凹槽的俯视图：
图5是机械式柔性装配平台安装在机械式自调对接平台的结构示意图；
图6是支撑平台的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1：
如图2、3、4所示：一种机械柔性空间对接平台，设置有机械式柔性装配平台安装在机械式自调对接平台上，其中，所述机械式柔性装配平台由基座1、关节体2和浮动体3组成，其中基座1的上端开有圆形凹槽，该圆形凹槽内均匀分布有球形坑1a，球形坑1a内安装有滚珠4，所述关节体2为小半截球形体，该小半截球形体的底平面位于所述基座1的圆形凹槽内与所述滚珠4接触，其球冠表面上均匀分布有球形坑2a，该球形坑2a内安装有滚珠4’，在所述关节体2上方罩浮动体3，该浮动体3的底面开有与所述关节体2的球冠表面相适应的弧形凹槽，该凹槽面与所述滚珠4’接触。
球形坑1a，2a内安装有滚珠4，4’，使基座1与关节体2之间，关节体2与浮动体3之间为柔性接触，具有自适应的功能，当对接体6与工件之间发生挤压时，在对位行程中发生微量偏移时出现扭力，浮动体3能够随受力方向在关节体2上进行任意角度的转动和滑动，同时，还可以带动关节体2在基座1滑动。将工件5安装在浮动体3上表面，工件5伸入对接体6的空腔6a内与之对接，可以防止工件5在对位行程中发生微量偏移时出现过大扭力，避免对工件5造成伤害，使对位成功。
如图2所示：所述基座1圆形凹槽的内壁与关节体2边缘留有间隙；所述浮动体3与基座1之间留有间隙。
保留一定的间隙，使关节体2位于在基座1圆形凹槽中部，便于关节体2圆形凹槽内滑动。
如图2所示：所述浮动体3与基座1的直径一致，二者侧壁卡接有同一卡箍7。
在工件5伸入对接体6之前，用卡箍7将浮动体3与基座1固定连接在一起，使浮动体3居中，防止其任意运动，当工件5与对接体6接触后，松开卡箍7，便于浮动体3与关节体2运动。
如图5、6所示：所述基座1固定在机械式自调对接平台上，该机械式自调对接平台由支撑平台8、工作平台9、三个结构相同的平面调节机构、随动机构和三个结构相同的竖立调节机构组成；其中基座1固定在所述工作平台9的上表面，在工作平台9与支撑平台8之间设置所述三个平面调节机构和一个随动机构，它们按正方形分布，在所述平面调节机构下方的支撑平台8上安装三个结构相同的竖立调节机构，它们按三角形分布；
所述平面调节机构由水平电机10、联轴器11、丝杆12螺母13副，活动滑座14、滑块15和轴承16组成，其中水平电机10安装在所述支撑平台8上，水平电机10的输出轴经联轴器11连接丝杆12，该丝杆12与所述支撑平台8的上表面平行，该丝杆12上套装所述螺母13，该螺母13固定在所述活动滑座14上，该活动滑座14底面开槽，并套装在所述支撑平台8上表面的滑轨21上，所述活动滑座14的上表面开有滑槽22与所述滑轨21空间垂直，该滑槽22上套装所述滑块15，该滑块15固套在所述轴承16内，该轴承16固装在所述工作平台9底部支承柱内；
在所述三个结构相同的平面调节机构中，有两个位于同侧的平面调节机构中的丝杆12轴心线相互平行，并与第三个平面调节机构中的丝杆12轴心线的延长线相垂直，该第三个平面调节机构与所述随动机构位于同一侧；
当同侧二个平面调节机构的平行丝杆同向推动活动滑座工作，另一平面调节机构停止工作时，活动滑座工作带动滑块、轴承和工作平台沿X轴方向平移；
当另一平面调节机构丝杆推动活动滑座工作，同侧二个平面调节机构停止工作时，活动滑座工作带动滑块、轴承和工作平台沿Y轴方向平移，同侧二个平面调节机构的滑块在滑槽内滑动。
当三个平面调节机构的丝杆沿同时按顺/逆时针方向推动活动滑座工作时，活动滑座工作带动滑块、轴承和工作平台沿Z轴方向转动。
如图6所示：所述随动机构由活动滑座14、滑块15和轴承16组成，该随动机构中的活动滑座14、滑块15和轴承16与所述平面调节机构中的活动滑座14、滑块15和轴承16连接关系相同；
如图5所示：所述竖立调节机构由垂直电机17、蜗轮蜗杆减速器18、螺母座19和调整螺杆20组成，其中垂直电机17固定在所述支撑平台8上，其输出轴连接所述蜗轮蜗杆减速器18，蜗轮蜗杆减速器18的输出轴经联轴器与所述调整螺杆20相连，该调整螺杆20与所述支撑平台8垂直并伸出支撑平台8的下端，调整螺杆20的下端套装在所述螺母座19上。
固定住三个竖立调节机构的螺母座19，当调整螺杆20在螺母座内移动，调整螺杆20同向推动支撑平台运行，保持三个调整螺杆20的行程一致时，实现支撑平台和工作平台沿Z轴方向移动。
当三个竖立调节机构调整螺杆20的行程不等时，实现支撑平台和工作平台沿X轴和Y轴方向转动。
如图5所示：所述支撑平台8的中部开有空腔，该空腔内安装所述垂直电机17和蜗轮蜗杆减速器18。
所述调整螺杆20上套装有轴承24的内圈，该轴承24的外圈与所述支撑平台8固定连接。
轴承24有利于增强调整螺杆20的稳定性。
所述机械式自调对接平台为六自由度可以调节的对接平台：平面调节机构的作用使工作平台可沿X轴和Y轴方向的移动、Z轴的转动，实现三自由度的并联工作，竖立调节机构的作用使工作平台可沿X轴和Y轴方向的转动、Z轴方向的移动，实现三自由度的并联工作，将平面调节机构和竖立调节机构的功能作用叠加在一起，实现六个自由度的运动。
实施例2：
该实施例2与实施例1结构一致，其区别在于：
所述关节体2为小半截球形体，该小半截球形体的底平面位于所述基座1的圆形凹槽内与之滑动接触。
实施例3：
该实施例3与实施例1结构一致，其区别在于：
在所述关节体2上罩浮动体3，该浮动体3的底面开有与所述关节体2的球冠表面相适应的弧形凹槽，并与所述关节体2滑动接触。
其工作原理是：
将工件5安装在浮动体3上表面，工件5伸入所述对接体6的空腔6a内与之对接，二者之间可以是过度配合、过盈配合或间隙配合，在对位行程中发生微量偏移时出现扭力，当工件5与浮动体3之间发生挤压，工件5带动浮动体3随受力方向在关节体2上进行任意角度的转动和滑动，同时，还可以带动关节体2在基座1上滑动。整个对接过程还可以是侧装对接、斜装对接或下装对接。
Claims (8)
1、一种机械柔性空间对接平台，包括机械式自调对接平台，其特征在于：所述机械式自调对接平台上安装有机械式柔性装配平台，所述机械式柔性装配平台由基座(1)、关节体(2)和浮动体(3)组成，其中基座(1)的上端开有圆形凹槽，该圆形凹槽内均匀分布有球形坑(1a)，球形坑(1a)内安装有滚珠(4)，所述关节体(2)为小半截球形体，该小半截球形体的底平面位于所述基座(1)的圆形凹槽内与所述滚珠(4)接触，其球冠表面上均匀分布有球形坑(2a)，该球形坑(2a)内安装有滚珠(4’)，在所述关节体(2)上方罩浮动体(3)，该浮动体(3)的底面开有与所述关节体(2)的球冠表面相适应的弧形凹槽，该凹槽面与所述滚珠(4’)接触。
2、根据权利要求1所述的机械柔性空间对接平台，其特征在于：所述基座(1)圆形凹槽的内壁与关节体(2)边缘留有间隙；所述浮动体(3)与基座(1)之间留有间隙。
3、根据权利要求1或2所述的机械柔性空间对接平台，其特征在于：所述浮动体(3)与基座(1)的直径一致，二者侧壁卡接有同一卡箍(7)。
4、根据权利要求1所述的机械柔性空间对接平台，其特征在于：所述基座(1)固定在机械式自调对接平台上，该机械式自调对接平台由支撑平台(8)、工作平台(9)、三个结构相同的平面调节机构、随动机构和三个结构相同的竖立调节机构组成；其中基座(1)固定在所述工作平台(9)的上表面，在工作平台(9)与支撑平台(8)之间设置所述三个平面调节机构和一个随动机构，它们按正方形分布，在所述平面调节机构下方的支撑平台(8)上安装三个结构相同的竖立调节机构，它们按三角形分布；
所述平面调节机构由水平电机(10)、联轴器(11)、丝杆(12)螺母(13)副，活动滑座(14)、滑块(15)和轴承(16)组成，其中水平电机(10)安装在所述支撑平台(8)上，水平电机(10)的输出轴经联轴器(11)连接丝杆(12)，该丝杆(12)与所述支撑平台(8)的上表面平行，该丝杆(12)上套装所述螺母(13)，该螺母(13)固定在所述活动滑座(14)上，该活动滑座(14)底面开槽，并套装在所述支撑平台(8)上表面的滑轨(21)上，所述活动滑座(14)的上表面开有滑槽(22)与所述滑轨(21)空间垂直，该滑槽(22)上套装所述滑块(15)，该滑块(15)固套在所述轴承(16)内，该轴承(16)固装在所述工作平台(9)底部支承柱内；
在所述三个结构相同的平面调节机构中，有两个位于同侧的平面调节机构中的丝杆(12)轴心线相互平行，并与第三个平面调节机构中的丝杆(12)轴心线的延长线相垂直，该第三个平面调节机构与所述随动机构位于同一侧；
所述随动机构由活动滑座(14)、滑块(15)和轴承(16)组成，该随动机构中的活动滑座(14)、滑块(15)和轴承(16)与所述平面调节机构中的活动滑座(14)、滑块(15)和轴承(16)连接关系相同；
所述竖立调节机构由垂直电机(17)、蜗轮蜗杆减速器(18)、螺母座(19)和调整螺杆(20)组成，其中垂直电机(17)固定在所述支撑平台(8)上，其输出轴连接所述蜗轮蜗杆减速器(18)，蜗轮蜗杆减速器(18)的输出轴经联轴器与所述调整螺杆(20)相连，该调整螺杆(20)与所述支撑平台(8)垂直并伸出支撑平台(8)的下端，调整螺杆(20)的下端套装在所述螺母座(19)上。
5、根据权利要求4所述的机械柔性空间对接平台，其特征在于：所述支撑平台(8)的中部开有空腔，该空腔内安装所述垂直电机(17)和蜗轮蜗杆减速器(18)。
6、根据权利要求4所述的机械柔性空间对接平台，其特征在于：所述调整螺杆(20)上套装有轴承(24)的内圈，该轴承(24)的外圈与所述支撑平台(8)固定连接。
7、一种机械柔性空间对接平台，包括机械式自调对接平台，其特征在于：所述机械式自调对接平台上安装有机械式柔性装配平台，所述机械式柔性装配平台由基座(1)、关节体(2)和浮动体(3)组成，其中基座(1)的上端开有圆形凹槽，所述关节体(2)为小半截球形体，该小半截球形体的底平面位于所述基座(1)的圆形凹槽内，其球冠表面均匀分布有球形坑(2a)，该球形坑(2a)内安装有滚珠(4’)，在所述关节体(2)上方罩浮动体(3)，该浮动体(3)的底面开有与所述关节体(2)的球冠表面相适应的弧形凹槽，该凹槽面与所述滚珠(4’)接触。
8、一种机械柔性空间对接平台，包括机械式自调对接平台，其特征在于：所述机械式自调对接平台上安装有机械式柔性装配平台，所述机械式柔性装配平台由基座(1)、关节体(2)和浮动体(3)组成，其中基座(1)的上端开有圆形凹槽，该圆形凹槽内均匀分布有球形坑(1a)，球形坑(1a)内安装有滚珠(4)，所述关节体(2)为小半截球形体，该小半截球形体的底平面位于所述基座(1)的圆形凹槽内与所述滚珠(4)接触，在所述关节体(2)上罩浮动体(3)，该浮动体(3)的底面开有与所述关节体(2)的球冠表面相适应的弧形凹槽，并与所述关节体(2)滑动接触。
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