CN104084776A - 一种适用于空间飞行器管路装配的定位缓冲装置 - Google Patents

Abstract

一种适用于空间飞行器管路装配的定位缓冲装置，涉及缓冲定位装置，它包括底座、导向块、牵引机构、调整螺钉、缓冲弹簧、光电开关和遮光片；底座与外部驱动装置固定连接；导向块插入底座内部并与底座的侧壁间隙配合；底座通过牵引机构带动导向块运动，并与导向块在高度方向相对移动；外部驱动装置驱动底座移动，底座带动导向块和多维组合台移动，当多维组合台的底部位于目标水平面上时，导向块在高度方向停止向下移动，底座相对于导向块沿高度方向继续向下移动，直至遮光片对光电开关形成遮挡时，光电开关产生停止信号并发送至外部驱动装置，使底座停止向下移动，完成定位。本发明提高了装配的精度和效率，有效地解决了管路装配过程中的可靠定位问题。

Description

一种适用于空间飞行器管路装配的定位缓冲装置

技术领域

本发明涉及缓冲定位装置。

背景技术

近年来，随着空间飞行器研制和航天发射任务的逐年增加，缩短空间飞行器总装研制周期已日益迫切，而管路装配已成为空间飞行器研制的主要瓶颈之一。传统的卫星整星管路和载人航天器管路研制必须在总装阶段星/舱体、设备、仪器到位的情况下开展管路取样、制作、试装及相应的处理，占用总装周期、且受设备、仪器到位情况的制约，可以说管路装配的周期直接影响星/船总装周期。

随着航天技术的持续发展，空间飞行器管路结构日趋复杂，并不断向高精度、轻量化发展，将对管路连接件的空间位置和姿态精度提出更高的要求。管路装配所需要的装置一般称为管路装配六自由度位姿调整装置，主要包括三个主要装置：驱动装置、多维组合台和装配平台。常见的驱动装置有龙门型位移台；多维组合台是具有移动自由度和转动自由度的运动装置；装配平台是管路最终装配完成以后的平台。管路是先安装在多位组合台中的，多维组合台在驱动装置的驱动下，先沿装配平台上的长度和宽度方向移动，沿装配平台的高度方向转动；再沿装配平台的长度和宽度方向转动，最后沿装配平台的高度方向移动，最终完成管路的装配。

但是，驱动装置的内部程序设定完全是靠理论值计算出的结果，与实际装配存在误差，无法保障装配的精度和可靠性。例如，多维组合台外形尺寸在制造和装配过程中存在一定误差，若外形尺寸比理论尺寸偏小，驱动装置按理论尺寸把多维组合台放在装配平台上时，多维组合台与装配平台之间存在间隙，在装配平台上固定多维组合台时精度会受到较大影响；若多维组合台外形尺寸比理论尺寸偏大，驱动装置把多维组合台放在装配平台时会产生碰撞，影响整个系统的寿命及管路连接件的定位精度。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种适用于空间飞行器管路装配的定位缓冲装置，提高了装配的精度和效率，有效地解决了管路装配过程中的可靠定位问题。

本发明的技术解决方案是：一种适用于空间飞行器管路装配的定位缓冲装置，包括底座、导向块、牵引机构、调整螺钉、缓冲弹簧、光电开关和遮光片；所述底座为矩形中空结构，包括一个顶板和四个侧壁，底座与外部驱动装置固定连接；所述导向块插入底座内部并与底座的四个侧壁间隙配合；底座通过牵引机构带动导向块运动，并与导向块在高度方向相对移动；导向块的底面与外部的多维组合台固定连接；所述调整螺钉穿过底座的顶板并伸入到底座内部，调整螺钉与顶板间隙配合，调整螺钉上靠近顶板的一端有用于限位的螺母和垫圈，使底座带动调整螺钉沿高度方向上升；调整螺钉底部带有方形平台，所述方形平台与导向块相向放置；所述缓冲弹簧环绕在调整螺钉的螺柱上，缓冲弹簧的一端与底座的顶板接触，另一端与方形平台接触；所述光电开关与底座固定连接，光电开关与外部驱动装置电连接；所述遮光片与方形平台固定连接，并位于光电开关的下方；外部驱动装置驱动底座移动，底座带动导向块和多维组合台移动，当多维组合台的底部位于目标水平面上时，导向块在高度方向停止向下移动，底座与调整螺钉沿高度方向继续向下移动，直至调整螺钉的方形平台接触到导向块时，调整螺钉停止向下移动；底座继续向下移动，同时压缩缓冲弹簧，直至遮光片对光电开关形成遮挡时，光电开关产生停止信号并发送至外部驱动装置，驱动底座停止向下移动，缓冲弹簧对底座施加弹力，完成定位。

所述牵引机构包括定位销、定位孔和腰形孔；底座上相对的两个侧壁分别开有定位孔，导向块内部开有沿高度方向的腰形孔，定位销同时穿过定位孔和腰形孔，定位销在定位孔处与底座固定连接，使底座带动导向块移动，定位销与导向块上的腰形孔间隙配合，使导向块与底座在高度方向相对移动。

所述定位销一端有环形拉手，另一端有外螺纹，中间为光轴。

所述底座和定位销的材料为不锈钢，所述导向块的材料为铝合金。

所述腰形孔的长是30mm～35mm，腰形孔的宽是15mm～20mm，所述遮光片与光电开关的触发距离是5～10mm。

所述缓冲弹簧的预压缩量为总弹簧长度的10％～15％。

所述底座的四个侧壁为一体化成型。

所述光电开关的型号为WYCH105-1。

本发明与现有技术相比有益效果为：

(1)本发明通过设计一种全新的定位缓冲装置，实现管路装配过程中的可靠定位，提高了产品的稳定性和一致性，机构精简、自动化程度高，提高了空间飞行器管路装配的精度和效率，有效地解决了管路装配过程中的可靠定位问题；

(2)本发明通过导向块、底座和牵引机构之间的精简配合，各零件结构简单，互换性较强，易装配和调试，装配精度对装置的定位缓冲性能影响较小，可高效地实现定位和缓冲功能；

(3)本发明所采用的定位销结构形式，易装配和拆卸，间隙配合的接口设计可高效地实现定位功能要求；

(4)本发明底座和定位销采用不锈钢材料，刚度和强度易保证，导向块采用铝合金材料可提高导向滑动性能；

(5)本发明腰形孔尺寸和遮光片与光电开关触发距离的选择，保证多维组合台的底部位于目标水平面上时，遮光片使光电开关产生稳定信号；

(6)本发明的缓冲弹簧的预压缩量，使缓冲弹簧产生的预压紧力能够保证底座在高度方向上移动过程中的平稳，提高整个装置的稳定性；

(7)本发明的底座采用侧壁一体化成型结构，提高整个装置的刚度；

(8)本发明所采用的光电开关机械接口形式简单，易安装，且可以提升触发信号的稳定性和可靠性。

附图说明

图1为本发明结构分解示意图；

图2为图1的局部放大图；

图3为本发明定位状态示意图；

图4为图3的局部放大图。

具体实施方式

本发明是在驱动装置和多维组合台之间设计了缓冲定位装置，提高了空间飞行器管路装配的精度和效率，有效地解决了管路装配过程中的可靠定位问题。

如图1所示，本发明包括底座6、导向块13、牵引机构、调整螺钉1、缓冲弹簧7、光电开关9和遮光片10。本发明坐标系定义以底座6的长度方向为X轴，以底座6的宽度方向为Y轴，以底座6的高度方向为Z轴，竖直向上为正，具体方向如图1所示。以绕X轴旋转定义为A轴，以绕Y轴旋转定义为B轴，以绕Z轴旋转定义为C轴。

底座6为矩形中空结构，包括一个顶板4和四个侧壁，底座6的四个侧壁为一体化成型，顶板4厚10mm，在其上开有与底座6四个侧壁固定连接用的4-Φ8.5通孔，使用M8的螺钉5将其与底座6固定。顶板4上还设有一个Φ20.5通孔，用于安装调整螺钉1，调整螺钉1与底座的顶板间隙配合，用于使调整螺钉与底座在Z轴方向实现相对运动。顶板4通过M8的螺钉5与底座6的侧壁固定连接。底座6通过M12的螺钉7固定连接外部驱动装置。底座6作为本发明的主承力结构，其侧壁采用整块毛坯加工而成，使底座6具有很好的刚度和强度，底座6上设有与驱动装置连接的Φ12.5的安装孔。

导向块13插入底座6内部并与底座6的四个侧壁间隙配合；导向块13在X轴、Y轴、A轴、B轴、C轴自由度被约束；底座6通过牵引机构带动导向块13在X轴和Y轴方向移动，在A轴、B轴、C轴方向转动，并与导向块13在Z轴方向相对移动。导向块13的底面与外部的多维组合台固定连接。

牵引机构包括定位销12、定位孔和腰形孔；底座6上相对的两个侧壁分别开有定位孔，导向块13内部开有沿高度方向的腰形孔。定位销12的直径为Φ20mm，长度为120mm。定位销12同时穿过定位孔和腰形孔，定位销12在定位孔处与底座6固定连接，使底座6带动导向块13移动，定位销12与导向块13上的腰形孔间隙配合，使导向块13与底座6在高度方向相对运动。腰形孔的长是30mm～35mm，腰形孔的宽是15mm～20mm。如图3所示，为了方便装卸，定位销一端可以设置环形拉手，定位销12另一端设有外螺纹，用于与底座6固定连接，定位销12中间为光轴。底座6和定位销12均采用不锈钢材料，刚度和强度易保证，导向块13采用铝合金材料可提高导向滑动性能

调整螺钉1直径为20mm，长度为155mm。将缓冲弹簧7装入螺钉的螺柱上，缓冲弹簧7导程为10mm，圈数为10，直径为20mm。缓冲弹簧7的一端与底座6的顶板4接触，另一端与方形平台11接触，调整螺钉1伸入到底座6内部，调整螺钉1底部带有方形平台11，方形平台11与导向块13的顶面相向放置。调整螺钉上靠近顶板的一端有用于限位的螺母2和垫圈3，使底座带动调整螺钉沿Z轴正方向移动；同时，螺母2和垫圈3还可以用于对缓冲弹簧7施加预警力，缓冲弹簧7的预压缩量为总弹簧长度的10％～15％。通过旋转螺母2，使垫圈3向方形平台11的方向运动，缩短二者间的距离，对缓冲弹簧7施加预紧力。

光电开关9与底座6固定连接，光电开关通过两根电缆与外部驱动装置电连接，一根电缆用于使外部驱动装置向光电开关供电，另一根电缆用于外部驱动装置接收光电开关产生的电信号。光电开关9的型号为WYCH105-1，该型号的光电开关9机械接口形式简单，易安装，可以提升触发信号的稳定性和可靠性。光电开关9一端为发光二极管，另外一端为接收二极管，供电电源为5V。光电开关9与底座6之间还可以安装开关安装座8，如图2所示，光电开关9通过M3的螺钉固定在开关安装座8上；开关安装座8通过M3螺钉固定在底座6上。

如图4所示，遮光片10上设有实现光电开关9产生信号的翅片。遮光片10通过M3的螺钉安装在调整螺钉1的方形平台11上，并位于光电开关9的下方，遮光片10与光电开关9的触发距离是5～10mm；外部驱动装置驱动底座6移动，底座6带动导向块13和多维组合台移动。驱动装置的移动顺序是：先进行X轴、Y轴、A轴、B轴和C轴定位，再进行Z轴方向定位。进行Z轴方向定位时，先进行Z轴正方向定位，最后进行Z轴负方向定位。当多维组合台的底部位于目标水平面上时，导向块13在高度方向停止沿Z轴负方向移动，底座6与调整螺钉1沿Z轴负方向继续向下移动，直至调整螺钉1的方形平台接触到导向块时，调整螺钉1停止沿Z轴负方向移动；底座6继续沿Z轴负方向移动，也就是底座6相对于调整螺钉1向下移动，同时压缩缓冲弹簧7。如图3所示，此时调整螺钉1的螺母2与垫片3分离，螺母2紧固在调整螺钉1上，垫片3在重力作用下跟随底座6继续沿Z轴负方向移动，直至遮光片10对光电开关9形成遮挡时，光电开关9产生停止信号并发送至外部驱动装置，驱动底座6停止向下移动，缓冲弹簧7对底座6施加弹力，使底座6缓慢停止向下移动，避免对导向块、多维组合台和装配平台造成冲击，稳定可靠地完成定位。本发明腰形孔尺寸和遮光片10与光电开关9触发距离的选择，保证遮光片10使光电开关9产生稳定信号。

使用本发明的管路装配时的完整过程如下：

1)将管路固定在多维组合台上；

2)将多维组合台与导向块13固定连接；将底座6与外部驱动装置固定连接；

3)将导向块13插入底座6内部，然后将定位销插入到底座6上的定位孔与导向块13的腰形槽中，并与底座6固定；

4)通过驱动装置驱动本发明移动和停止，完成定位；

5)使用压板等工具将多维组合台固定在装配平台上；

6)拆下定位销，然后通过外部驱动系统驱动底座6沿Z轴正方向移动，直到底座6与导向块13完全与脱离，仅使导向块13和多维组合固定在装配平台上，完成装配。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (8)

1.一种适用于空间飞行器管路装配的定位缓冲装置，其特征在于：包括底座(6)、导向块(13)、牵引机构、调整螺钉(1)、缓冲弹簧(7)、光电开关(9)和遮光片(10)；所述底座(6)为矩形中空结构，包括一个顶板(4)和四个侧壁，底座(6)与外部驱动装置固定连接；所述导向块(13)插入底座(6)内部并与底座(6)的四个侧壁间隙配合；底座(6)通过牵引机构带动导向块(13)运动，并与导向块(13)在高度方向相对移动；导向块(13)的底面与外部的多维组合台固定连接；所述调整螺钉(1)穿过底座的顶板(4)并伸入到底座(6)内部，调整螺钉(1)与顶板(4)间隙配合，调整螺钉(1)上靠近顶板(4)的一端有用于限位的螺母(2)和垫圈(3)，使底座带动调整螺钉沿高度方向上升；调整螺钉(1)底部带有方形平台(11)，所述方形平台(11)与导向块(13)相向放置；所述缓冲弹簧(7)环绕在调整螺钉(1)的螺柱上，缓冲弹簧(7)的一端与底座(6)的顶板(4)接触，另一端与方形平台(11)接触；所述光电开关(9)与底座(6)固定连接，光电开关与外部驱动装置电连接；所述遮光片(10)与方形平台(11)固定连接，并位于光电开关(9)的下方；外部驱动装置驱动底座(6)移动，底座(6)带动导向块(13)和多维组合台移动，当多维组合台的底部位于目标水平面上时，导向块(13)在高度方向停止向下移动，底座(6)与调整螺钉(1)沿高度方向继续向下移动，直至调整螺钉(1)的方形平台接触到导向块时，调整螺钉(1)停止向下移动；底座(6)继续向下移动，同时压缩缓冲弹簧，直至遮光片(10)对光电开关(9)形成遮挡时，光电开关(9)产生停止信号并发送至外部驱动装置，驱动底座(6)停止向下移动，缓冲弹簧(7)对底座(6)施加弹力，完成定位。

2.根据权利要求1所述的一种适用于空间飞行器管路装配的定位缓冲装置，其特征在于：所述牵引机构包括定位销(12)、定位孔和腰形孔；底座(6)上相对的两个侧壁分别开有定位孔，导向块(13)内部开有沿高度方向的腰形孔，定位销同时穿过定位孔和腰形孔，定位销在定位孔处与底座(6)固定连接，使底座(6)带动导向块(13)移动，定位销与导向块(13)上的腰形孔间隙配合，使导向块(13)与底座(6)在高度方向相对移动。

3.根据权利要求2所述的一种适用于空间飞行器管路装配的定位缓冲装置，其特征在于：所述定位销一端有环形拉手，另一端有外螺纹，中间为光轴。

4.根据权利要求2所述的一种适用于空间飞行器管路装配的定位缓冲装置，其特征在于：所述底座(6)和定位销的材料为不锈钢，所述导向块(13)的材料为铝合金。

5.根据权利要求1所述的一种适用于空间飞行器管路装配的定位缓冲装置，其特征在于：所述腰形孔的长是30mm～35mm，腰形孔的宽是15mm～20mm，所述遮光片(10)与光电开关(9)的触发距离是5～10mm。

6.根据权利要求1所述的一种适用于空间飞行器管路装配的定位缓冲装置，其特征在于：所述缓冲弹簧(7)的预压缩量为总弹簧长度的10％～15％。

7.根据权利要求1所述的一种适用于空间飞行器管路装配的定位缓冲装置，其特征在于：所述底座(6)的四个侧壁为一体化成型。

8.根据权利要求1所述的一种适用于空间飞行器管路装配的定位缓冲装置，其特征在于：所述光电开关(9)的型号为WYCH105-1。