CN101004239A

CN101004239A - 无应力空间随动定位装置

Info

Publication number: CN101004239A
Application number: CN 200610154954
Authority: CN
Inventors: 柯映林; 刘刚; 黄浦缙; 郭志敏
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2006-11-30
Filing date: 2006-11-30
Publication date: 2007-07-25
Anticipated expiration: 2026-11-30
Also published as: CN100470111C

Abstract

本发明公开了一种无应力空间随动定位装置。无应力空间随动定位装置具有底座，底座的上部为圆柱体空腔，在空腔的下底面设有板状隔热层，圆柱体空腔的内壁设有环状隔热层，在隔热层内有定位套筒，在定位套筒的外部固定有电加热器或电磁线圈，在定位套筒内设有支撑杆，在定位套筒的内部与支撑杆之间填充有低熔点金属或磁流变液，支撑杆与定位套筒的底部设有支撑弹簧，在支撑杆的上部固定有隔热板和支撑法兰，在底座的上部安装有端盖。本发明的优点：(1)锁定和解锁，具有无附加应力的优点；(2)定位性能主要由磁流变液或者低熔点金属、合金本身的抗剪强度决定；(3)有优异的随动性能；(4)实现对机械系统六个自由度的同步定位。

Description

无应力空间随动定位装置

技术领域

本发明涉及一种无应力空间随动定位装置。

背景技术

如何将一个刚性机械系统调整到某一空间状态并使之可靠地锁定于这一状态是军事、航空、航天、地质、海洋等领域经常遇见的问题。

假如一个刚性机械系统由多个支撑杆结构与平台固定连接，然后通过调整平台使机械系统处于一种姿态，假如在刚性机械系统姿态调整过程中或姿态调整完成之后，外界对机械系统施加了额外的力(如局部加工、加热变形等)并使之产生了应变，若要求释放机械系统的变形，必须首先松弛所有支撑杆结构，解除平台对机械系统的约束，使机械系统不加约束地自由放置于平台上，直到机械系统的应力完全释放。如果需要再次通过支撑杆结构使机械系统按照当前姿态固定于平台上并通过平台完成机械系统再次姿态调整，那么如何在不破坏机械系统当前状态(不产生变形)的情况下将其再次固定于平台上呢？

在此“固定-松弛-固定”的过程中，关键的问题在于如何解决姿态微动后的机械系统与支撑杆，或机械系统与支撑杆固为一体的系统微动后与基础平台的再次固接。传统的机械夹紧装置要自适应变形后的机械系统进行定位固定，其结构设计非常复杂，协同控制非常困难，而且极易产生大的紧固应力，并导致机械系统姿态的改变。

空间随动定位器解决了这一固定难题，对机械系统进行空间固定时，在无附加应力的状态下，保证不破坏机械系统的原有状态，是一种结构简单、安装方便、可维护性好、可控性强、性能优异的机械系统辅助定位器。

发明内容

本发明的目的是提供一种无应力空间随动定位装置。

无应力空间随动定位装置具有底座，底座的上部为圆柱体空腔，在空腔的下底面设有板状隔热层，圆柱体空腔的内壁设有环状隔热层，在隔热层内有定位套筒，在定位套筒的外部固定有电加热器或电磁线圈，在定位套筒内设有支撑杆，在定位套筒的内部与支撑杆之间填充有低熔点金属或磁流变液，支撑杆与定位套筒的底部设有支撑弹簧，在支撑杆的上部固定有隔热板和支撑法兰，在底座的上部安装有端盖。

本发明的优点：(1)定位器通过磁流变液或低熔点金属的固化或液化实现对机械系统支撑杆结构的锁定和解锁，这种磁流变液或低熔点金属结构设计具有无附加应力、无弹性偏离、不引入定位误差、无磨损、无滑移、不失效、使用寿命长等优点，尤其适用于角度定位、大尺寸大范围机械结构多点定位；(2)定位性能主要由功能材料磁流变液或者低熔点易熔解金属、合金本身的抗剪强度决定，远优于通常的机械配合，是一种安全可靠的定位装置；(3)当磁流变液或低熔点金属呈液态时，机械系统支撑杆结构处于解锁状态，在支撑弹簧和复位器的作用下，有优异的随动性能，不失步、不干涉；(4)安装于定位套筒底面和周向的复位器，具有自动定心和复位的功能；(5)支撑杆外圆周和定位器内圆周的内啮齿结构，提高了连接的强度；(6)实现对机械系统六个自由度的同步定位，定位效率高、结构简单、空间利用率高、安装拆卸方便；(7)应用于工业现场自动化控制简单，多个固定器协同工作时可控性强。(8)根据功能材料磁流变液或者低熔点易熔解金属、合金，可以选择不同的定位模式。功能材料磁流变液在绕组工作时锁定机械系统，而低熔点易熔解金属、合金在加热系统工作时解锁机械系统；(9)易于将空间随动定位器封装成黑匣子，最大程度地隔绝定位器本身对外界造成的磁辐射和热变影响；(10)磁流变液或低熔点金属材料在机械系统工作寿命中基本无损耗，很少需要追加或者更换；(11)对磁流变液或低熔点金属容器腔的密封要求低。(12)有冗余空间的容器腔，无须考虑磁流变液或低熔点金属材料本身的热胀冷缩；(13)低熔点易熔解金属、合金时，冷却系统可选择多种冷却方式，如风冷、液冷等；(14)精巧的冷却系统通道，除冷却功能以外，还减少向支撑杆结构传热；(15)针对不同应用场合，易于实现定位装置多尺寸多型号的系列化，设计开发难度低。

附图说明

附图是空间随动定位器结构示意图；图中：支撑法兰1、定位套筒2、电加热器或电磁线圈3、底座4、盖板状隔热层5、支撑弹簧6、环状隔热层7、低熔点金属或磁流变液8、支撑杆9、端盖10、隔热板11。

具体实施方式

如附图所示，无应力空间随动定位装置具有底座4，底座的上部为圆柱体空腔，在空腔的下底面设有板状隔热层5，圆柱体空腔的内壁设有环状隔热层7，在隔热层内有定位套筒2，在定位套筒的外部固定有电加热器或电磁线圈3，在定位套筒内设有支撑杆9，在定位套筒的内部与支撑杆之间填充有低熔点金属或磁流变液8，支撑杆与定位套筒的底部设有支撑弹簧6，在支撑杆的上部固定有

隔热板11和支撑法兰1，在底座的上部安装有端盖10。

所述的的磁流变液为Tider MRF27/50。低熔点金属为铅、锡或锌。支撑杆9下部外侧与定位套筒2内侧设有锯齿型的结构。电加热器或电磁线圈3采用24伏直流电源。

安装有本发明的支撑杆结构一端与机械系统刚性相连，一端通过定位器与基础相连，定位器内部预先注入磁流变液或者低熔点易熔解金属、合金等功能材料。当磁流变液或低熔点金属处于液态时，定位器处于解锁状态，处于液态的功能材料的流动性能够保证支撑杆结构刚性跟随机械系统实现空间六自由度的微小运动。安装于定位套筒底面的支撑弹簧和周向的复位器使支撑杆能够平稳、无冲击、快速响应地跟随机械系统运动，避免与定位器内壁的碰撞、咬死、磨损、异常锁定等问题，并可以起到自动定心和复位的作用。当机械系统实现姿态微调以后，使磁流变液或低熔点金属处于固态，在不破坏机械系统空间三维状态的前提条件下支撑杆结构处于锁定状态，实现支撑结构与基础平台的刚性连接和固定。支撑杆外圆周和定位器内圆周的内啮齿结构大大增强了磁流变液或低熔点金属的抗剪强度。如果再次使固定器处于解锁状态(即功能材料处于液态)，安装有空间随动器的支撑杆结构将解除与基础平台的刚性连接，使之与机械系统继续保持刚性跟随关系。

使用本发明的步骤如下：

1)定位器内部预先注入磁流变液或者低熔点金属；

2)将空间随动定位器的支撑杆法兰与机械系统刚性相连，底座与基础相连；

3)通电使磁流变液或低熔点金属处于液态；

4)对机械系统部件实施姿态调整；

5)断电使磁流变液或低熔点金属处于固态；

6)解除机械约束，实现无应力姿态保质。

Claims

1.一种无应力空间随动定位装置，其特征在于，它具有底座(4)，底座的上部为圆柱体空腔，在空腔的下底面设有板状隔热层(5)，圆柱体空腔的内壁设有环状隔热层(7)，在隔热层内有定位套筒(2)，在定位套筒的外部固定有电加热器或电磁线圈(3)，在定位套筒内设有支撑杆(9)，在定位套筒的内部与支撑杆之间填充有低熔点金属或磁流变液(8)，支撑杆与定位套筒的底部设有支撑弹簧(6)，在支撑杆的上部固定有隔热板(11)和支撑法兰(1)，在底座的上部安装有端盖(10)。

2.根据权利要求1所述的一种无应力空间随动定位装置，其特征在于，所述的的磁流变液为Tider MRF27/50。

3.根据权利要求1所述的一种无应力空间随动定位装置，其特征在于，所述的低熔点金属为铅、锡或锌。

4.根据权利要求1所述的一种无应力空间随动定位装置，其特征在于，所述的支撑杆(9)下部外侧与定位套筒(2)内侧设有锯齿型的结构。

5.根据权利要求1所述的一种无应力空间随动定位装置，其特征在于，所述的电加热器或电磁线圈(3)采用24伏直流电源。