CN106041799A - 用于大部件自动装配的六自由度定位调姿装备 - Google Patents
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Abstract
一种装配对接技术领域的用于大部件自动装配的六自由度定位调姿装备，包括：基座及设置于其上的三个PPSR支链、与PPSR支链一端转动副相连的带有大部件托架的调整动平台，其中：待调姿大部件与大部件托架固定连接，第一移动副设置在基座上，第二移动副对应设置在第一移动副上、两者运动方向水平垂直；所述的第一移动副与第二移动副均通过并行设置的导轨滑块和丝杠螺母机构实现。本发明将大部件对接装配及工艺方法与并联机构的定位调姿运动结合起来，实现了大部件自动化精密装配，具有控制方式简单、操作精度高、装配效率高、运动范围大等特点。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种装配对接领域的技术，具体是一种用于大部件自动装配的六自由度定位调姿装备。
背景技术
当前我国大型部件装配过程中，例如飞机客舱段间的装配、火箭筒体间的装配，主要是靠工艺补偿和工装来保证大部件之间装配精度。这种方法很容易造成磕碰和卡滞，易产生应力，效率低且工人的劳动强度大。针对这一问题，研制一种用于大部件自动装配的六自由度定位调姿装备，在提高装配质量的同时提高生产线的生产效率，降低工人劳动强度。
发明内容
本发明针对现有技术中必须配备多个高成本高精度的球副才能工作，且在过中心轴线的水平面内且垂直于中心轴线方向上不能实现较大范围的平动，适用范围有限；以及部分现有技术目视和手摇精度和效率低，严重影响生产质量和生产效率等等问题，提出了一种用于大部件自动装配的六自由度定位调姿装备，具有控制方式简单、操作精度高、装配效率高、运动范围大等特点，能够实现大部件的自动化精密装配。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括：基座及设置于其上的三个PPSR支链，即第一移动副‐第二移动副‐球副‐转动副组成的支链，以及与PPSR支链的一端转动副相连的带有大部件托架的调整动平台，其中：待调姿大部件与大部件托架固定连接。
所述的三个PPSR支链中，第一移动副沿着相互平行的方向运动，第二移动副沿着相互平行的方向运动，且两者运动方向相互垂直。
当三个第一移动副同步运动，则实现大部件沿着平行于第一移动副运动方向的运动；
当三个第二移动副同步运动，则实现大部件沿着平行于第二移动副运动方向的运动；
当三个第一移动副与三个第二移动副均为非同步运动，则实现大部件的六自由度空间调姿，该六自由度包括三个方向的平动和三个方向的转动。
所述的第一移动副包括：一级底座及设置在一级底座上的一级丝杠螺母机构，所述的第二移动副包括：二级底座及设置在二级底座上的二级丝杠螺母机构；所述的二级底座设置于一级丝杠螺母机构上并在丝杠上滑动。
所述的一级丝杠螺母机构与待调姿大部件的中心轴线方向平行。
所述的第一移动副设有与一级丝杠螺母机构并行的一级导轨滑块机构，所述的第二移动副设有与二级丝杠螺母机构并行的二级导轨滑块机构。
所述的PPSR支链中的球副包括：球铰和球铰副支承座，其中：球铰设置在球铰副支撑座内；所述的球铰通过支撑杆与转动副相连；所述的球铰副支承座设置在三级底座上，三级底座设置于二级丝杠螺母机构上并在丝杠上滑动。
技术效果
与现有技术相比，本发明将大部件对接装配及工艺方法与并联机构的定位调姿运动结合起来，实现了大部件自动化精密装配。三个PPSR支链中所有的第一移动副的导轨互相平行，所有的第二移动副的导轨互相平行且与第一移动副的导轨方向水平垂直；第一移动副的同步驱动可以完成大部件沿第一移动副导轨方向平动，第二移动副的同步驱动可以完成大部件沿第二移动副导轨方向平动，按照计算得到的一定的规律差动驱动时，可以完成大部件任意六自由度的空间调姿，包括三个方向的平动自由度和三个方向的转动自由度。不仅能够完成大部件的任意空间位姿的调姿定位，而且具有成本低廉、运动范围大、操作精度高、装配效率高等优点。
附图说明
图1为本发明立体结构图；
图2为本发明的正视图；
图3为本发明的左视图；
图4为本发明中PPSR支链示意图；
图5为本发明中转动副结构示意图；
图中：(a)为三维结构示意图，(b)为图2中部分结构视图；
图中：待调姿大部件 1、大部件托架 2、调整动平台 3、转动副 4、支撑杆 5、球铰6、球铰副支承座 7、三级底座 8、二级螺母 9、二级丝杠 10、二级滑块 11、二级导轨 12、二级底座 13、一级螺母 14、一级丝杠 15、一级滑块 16、一级导轨 17、一级底座 18、基座19、对接大部件 20、套筒 21、销轴 22、转动副支撑座 23。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1所示，本实施例包括：带有大部件托架2的调整动平台3、基座19以及分别与之相连接的三个PPSR支链，其中：待调姿大部件1与大部件托架2通过圆弧型面接触连接，大部件托架2对齐平放在调整动平台3上并与调整动平台3固定连接。
所述的调整动平台3采用平整加工的钢板，用来支撑大部件托架2以及待调姿大部件1。
本实施例中，三个PPSR支链的布置形式如图1至图3所示，三个PPSR支链结构完全一样。
如图4所示，所述的PPSR支链包括：第一移动副、第二移动副、转动副4、支撑杆5、球铰6、球铰副支承座7和三级底座8，其中：转动副4与调整动平台3固定连接，支撑杆5的两端分别与转动副4、球铰6相连，球铰6设置在球铰副支承座7的球窝结构内，球铰副支承座7设置在三级底座8上，三级底座8设置在第二移动副上，第二移动副与第一移动副对应设置、两者运动方向水平垂直，第一移动副设置在基座19上。
所述的三个PPSR支链的第一移动副沿相互平行的方向运动，对应所述的三个PPSR支链的第二移动副也沿相互平行的方向运动。
所述的第一移动副运动方向与待调姿大部件1的中心轴线方向平行。
所述的第一移动副与第二移动副均通过丝杠螺母机构实现单自由度传递运动；所述的六个移动副均采用伺服电机驱动，可直接利用伺服电机自带的旋转编码器或光栅尺作为位移传感器。
所述的第一移动副包括：一级底座18、一级丝杠15、一级螺母14、一级导轨17和一级滑块16，其中：一级底座18固定在基座19上，一级导轨17设置在一级底座18上，一级滑块16与一级导轨17相连，一级螺母14与一级丝杠15相连；
所述的第二移动副包括：二级底座13、二级丝杠10、二级螺母9、二级导轨12和二级滑块11，其中：二级导轨12设置在二级底座13上，二级滑块11与二级导轨12相连，二级螺母9与二级丝杠10相连；
所述的二级底座13与一级螺母14、一级滑块16固定连接并在一级丝杠15和一级导轨17上滑动，所述的三级底座8与二级螺母9、二级滑块11固定连接并在二级丝杠10和二级导轨12上滑动。
所述的一级底座18和二级底座13均为凹字形结构，导轨滑块机构设置在两侧凸起平面上起支撑二级底座13、三级底座8的作用，丝杠螺母机构设置在中部下凹平面上。
如图5所示，所述的转动副4为套筒/销轴结构，套筒21套设在销轴22上并与支撑杆5固定连接，销轴22两端固定在转动副支撑座23上；所述的转动副支撑座23与调整动平台3固定连接。
所述的基座19采用平整加工的钢板，通过地脚安装和经平整修饰好的水泥地基固定。
本实施例通过以下方式进行工作：根据调姿要求生成控制方法，利用伺服电机驱动六个移动副，待调姿大部件1就可以随着调整动平台3得到空间六自由度的运动。给定待调姿大部件1的当前位姿和对接大部件20的目标位姿之后，就可以根据机构的运动学逆解求出调姿装配过程所需要的驱动输入量，使待调姿大部件1从当前姿态调整到目标姿态，完成装配过程。其中，当三个第一移动副同步运动时，大部件沿着平行于单个PPSR支链中第一移动副的方向运动；当三个第二移动副同步运动时，大部件沿着平行于单个PPSR支链中第二移动副的方向运动；当六个移动副非同步运动时，大部件可以完成空间任意六自由度的调姿，该六自由度包括三个方向的平动和三个方向的转动。不仅能够实现大部件任意空间位姿的调姿定位，而且具有成本低廉，运动范围大，操作精度高，装配效率高等优点。
Claims (8)
1.一种用于大部件自动装配的六自由度定位调姿装备，其特征在于，包括：基座及设置于其上的三个由第一移动副、第二移动副、球副和转动副组成的PPSR支链、与PPSR支链一端转动副相连的带有大部件托架的调整动平台，其中：待调姿大部件与大部件托架固定连接，每个PPSR支链的第一移动副设置在基座上，第二移动副对应设置在第一移动副上、两者运动方向水平垂直，球副分别与第二移动副和转动副相连；
所述的第一移动副与第二移动副均通过丝杠螺母机构实现单自由度传递运动，且两者运动方向相互垂直；
当所述的三个PPSR支链中的第一移动副同步运动，则实现大部件沿着平行于第一移动副运动方向的运动；
当所述的三个PPSR支链中的第二移动副同步运动，则实现大部件沿着平行于第二移动副运动方向的运动；
当所述的三个PPSR支链中的第一移动副与第二移动副均为非同步运动，则实现大部件的六自由度空间调姿，该六自由度包括三个方向的平动和三个方向的转动。
2.根据权利要求1所述的用于大部件自动装配的六自由度定位调姿装备，其特征是，所述的第一移动副的运动方向与待调姿大部件的中心轴线方向平行。
3.根据权利要求1所述的用于大部件自动装配的六自由度定位调姿装备，其特征是，所述的第一移动副包括：一级底座、一级丝杠和一级螺母，其中：一级底座固定在基座上，一级丝杠设置在一级底座上，一级螺母与一级丝杠相连；所述的第二移动副包括：二级底座、二级丝杠和二级螺母，其中：二级丝杠设置在二级底座上，二级螺母与二级丝杠相连；
所述的二级底座与一级螺母固定连接并在一级丝杠上滑动，所述的二级螺母与PPSR支链中球副一端固定连接。
4.根据权利要求3所述的用于大部件自动装配的六自由度定位调姿装备，其特征是，所述的一级底座和二级底座均为凹字形结构，丝杠螺母机构设置在中部下凹平面上。
5.根据权利要求3或4所述的用于大部件自动装配的六自由度定位调姿装备，其特征是，所述的第一移动副设有与一级丝杠螺母机构并行的一级导轨滑块机构，所述的第二移动副设有与二级丝杠螺母并行的二级导轨滑块机构；所述的一级、二级导轨滑块机构分别设置在一级底座、二级底座两侧的凸起面上。
6.根据权利要求1或3所述的用于大部件自动装配的六自由度定位调姿装备，其特征是，所述的PPSR支链中球副包括：球铰和球铰副支承座，其中：球铰设置在球铰副支撑座内；
所述的球铰通过支撑杆与转动副相连；
所述的球铰副支承座设置在三级底座上，三级底座与二级螺母固定连接并在二级丝杠上滑动。
7.根据权利要求6所述的用于大部件自动装配的六自由度定位调姿装备，其特征是，所述的转动副为套筒/销轴结构，套筒套设在销轴上并与支撑杆固定连接，销轴两端固定在转动副支撑座上；所述的转动副支撑座与调整动平台固定连接。
8.根据权利要求1或3所述的用于大部件自动装配的六自由度定位调姿装备，其特征是，所述的第一移动副和第二移动副均通过带有旋转编码器或光栅尺的伺服电机驱动。
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