CN106541256A - 移动定位与动态调整的相结合的装配对接装备 - Google Patents

移动定位与动态调整的相结合的装配对接装备 Download PDF

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Abstract

一种移动定位与动态调整的相结合的装配对接装备，包括：带有麦克纳姆轮的全方位移动定位车以及设置于车身上的四自由度移动平台，该四自由度移动平台包括：用于承载待调姿大部件的动平台以及分别与动平台相连的三个移动副‐球副‐球副(PSS)支链和一个移动副‐球副(PS)支链，其中：支链的球副一端与动平台相连，另一端竖直活动设置于全方位移动定位车上。本发明能够实现水平面内三个自由度(包括水平面内两个平动自由度以及一个垂直于水平面的转动自由度)的大范围移动定位以及空间四个自由度(包括竖直方向的平动和三个方向的转动)的动态调整，具有运动范围大、控制方式简单、操作精度高、装配效率高等特点，能够实现大部件的自动化精密装配。

Description

移动定位与动态调整的相结合的装配对接装备
技术领域
本发明涉及的是一种航空设备领域的技术，具体是一种移动定位与动态调整的相结合的装配对接装备。
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，且大部分对接装备需要靠手动调整，少部分对接装备能够实现自动调整，但调整范围仅仅局限于装配对接位置附近，效率低且工人的劳动强度大，很容易造成磕碰和卡滞，易产生应力，降低装配质量。针对这一问题，研制一种移动定位与动态调整的相结合的装配对接装备，增大大型部件位姿调整的范围，提高生产线的生产效率，在降低工人劳动强度的同时提高装配质量。
发明内容
本发明针对现有技术不能实现垂直于轨道方向的大范围移动定位，且不能实现绕垂直于水平面轴线的大范围转动或平动，容易造成磕碰和卡滞等缺陷，提出一种移动定位与动态调整的相结合的装配对接装备，能够实现水平面内三个自由度(包括水平面内两个平动自由度以及一个垂直于水平面的转动自由度)的大范围移动定位以及空间四个自由度(包括竖直方向的平动和三个方向的转动)的动态调整，具有运动范围大、控制方式简单、操作精度高、装配效率高等特点，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：带有麦克纳姆轮的全方位移动定位车以及设置于车身上的四自由度移动平台，该四自由度移动平台包括：用于承载待调姿大部件的动平台以及分别与动平台相连的三个移动副‐球副‐球副(PSS)支链和一个移动副‐球副(PS)支链，其中：支链的球副一端与动平台相连，另一端竖直活动设置于全方位移动定位车上。
所述的三个PSS支链中的移动副沿着互相平行的竖直方向进行同步或非同步运动，其中：
1)同步运动，进而实现大部件沿着平行于移动副的竖直方向运动；
2)非同步运动，进而实现大部件的四自由度空间调姿，该四自由度包括竖直方向的平动和三个方向的转动。
所述的三个PSS支链优选呈正三角形均布固定设置在全方位移动定位车上，PS支链的球铰副支承座位于三个PSS支链的球铰副支承座所形成的正三角形的中心点。
所述的三个PSS支链优选通过水平支撑架相互连接。
所述的PSS支链中的移动副，采用固定设置于全方位移动定位车的丝杠螺母机构实现，每一个丝杠螺母机构与其对应的PSS支链的一端相连，三个PSS支链的丝杠螺母机构相互平行与相应的竖直支撑架固定连接，然后垂直设置于含有四个麦克纳姆轮的全方位移动定位车的车身上以构成PSS支链中的移动副。
所述的竖直支撑架与所述水平支撑架固定连接。
所述的PSS支链包括：球铰、球铰副支承座、支撑杆、导轨和丝杠机构，其中：球铰设置在球铰副支撑座内，两个球铰之间通过支撑杆相连，球铰副支承座与丝杠螺母机构中的螺母支座上部固定连接，球铰副支承座和螺母支座在导轨上滑动并构成移动副。
所述的PS支链包括：球铰副支承座、球铰、上滑动支撑杆、下滑动支撑杆，其中：球铰设置在球铰副支撑座内，上滑动支撑杆一端与球铰固定连接，另一端与下滑动支撑杆滑动连接，下滑动支撑杆与全方位移动定位车固定连接。
所述的全方位移动定位车包括：全方位移动定位车的车身和四个麦克纳姆轮，其中：四个麦克纳姆轮与含有四个麦克纳姆轮的全方位移动定位车的车身转动连接，四个麦克纳姆轮均通过伺服电机各自独立驱动，实现水平面内三个自由度的大范围移动定位。
技术效果
与现有技术相比，本发明将基于麦克纳姆轮的全方位移动定位车与基于并联机构动态调姿对接装配装备结合起来，实现了大部件在水平面内三个自由度大范围移动定位和在空间内四个自由度的动态调整，进而实现自动化精密装配，提高生产效率和装配质量。在含有四个麦克纳姆轮的全方位移动定位车顶部设计三个互相平行导轨的PSS支链和一个PS支链，全方位移动定位车可通过对四个麦克纳姆轮的驱动实现水平面内的全方位移动定位；同步驱动三个PSS支链可以完成大部件沿竖直方向的动态调姿；按照计算得到的规律差动驱动三个PSS支链可以实现大部件四自由度的空间动态调姿，包括竖直方向的平动自由度和三个方向的转动自由度。该装配对接装备结合了移动定位和动态调整两项技术，具有运动范围大、操作精度高，降低工人劳动强度，提高装配效率和装配质量等优点。
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为本发明中含有四个麦克纳姆轮的全方位移动定位车示意图
图5为本发明中PSS支链示意图；
图6为本发明中PSS支链丝杠导轨机构示意图；
图7为本发明中的PS支链示意图；
图中：待调姿大部件1、大部件托架2、调整动平台3、球铰副支承座4、球铰5、支撑杆6、球铰7、球铰副支承座8、螺母支座9、丝杠10、导轨11、球铰副支承座12、球铰13、上滑动支撑杆14、下滑动支撑杆15、全方位移动定位车的车身16、麦克纳姆轮17、对接大部件18、竖直支撑架19、水平支撑架20。
具体实施方式
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、含有四个麦克纳姆轮的全方位移动定位车以及分别与之相连接的三个PSS支链和一个PS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PSS支链的布置形式如图1至图3所示，三个PSS支链结构完全一样。
如图4所示，所述的全方位移动定位车包括：全方位移动定位车的车身16和四个麦克纳姆轮17，其中：四个麦克纳姆轮17与车身16转动连接，四个麦克纳姆轮17均通过伺服电机独立驱动，实现水平面内三个自由度的大范围移动定位。
如图5、6所示，所述的PSS支链包括：支撑杆6、球铰5和7、球铰副支承座4和8、螺母支座9、丝杠10、导轨11，其中：支撑杆6上端通过球铰5和球铰副支承座4连接，下端通过球铰7和球铰副支承座8连接。球铰副支承座4与调整动平台3固定连接。
所述的球铰副支承座8与导轨11构成移动副，三个移动副为三个驱动输入，均采用丝杠和螺母结构来实现单自由度传递运动，螺母支座9与球铰副支承座8固定连接，在三个导轨11上滑动，三个导轨11分别固定于竖直支撑架19上，竖直支撑架19与含有四个麦克纳姆轮的全方位移动定位车的车身12固定连接，其中，三个导轨的轴线相互平行，且竖直向上，呈正三角形均布固定设置在含有四个麦克纳姆轮的全方位移动定位车的车身12上。
所述的三个驱动输入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。
所述的固定设置于调整动平台上3的三个PSS支链的球铰副支承座4呈正三角形均布。
如图7所示，所述的PS支链包括：球铰副支承座12、球铰13、上滑动支撑杆14、下滑动支撑杆15，其中：球铰13设置在球铰副支撑座12内；上滑动支撑杆14一端与球铰13固定连接，另一端与下滑动支撑杆15滑动连接；下滑动支撑杆15与含有四个麦克纳姆轮的全方位移动定位车的车身12固定连接。
所述的PS支链的球铰副支承座12位于三个PSS支链的球铰副支承座4所形成的正三角形的中心点。
所述的水平支撑架20与竖直支撑架19固定连接。
本实施例通过以下方式进行工作：首先确定对接大部件18的位姿，然后控制含有四个麦克纳姆轮的全方位移动定位车在水平面内运动，使待调姿大部件1运动到三个PSS支链和一个PS支链组成的并联机构的工作空间内，实现待调姿大部件1的水平面内三个自由度的大范围移动定位。然后根据调姿要求生成控制方法，利用伺服电机驱动三个移动副，待调姿大部件1就可以随着调整动平台3得到空间四自由度的运动。确定待调姿大部件1的当前位姿和对接大部件18的目标位姿之后，与全方位移动定位车在水平面内运动相配合，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，当三个移动副沿着互相平行的导轨轴线同步驱动时，待调姿大部件1可以完成竖直方向的运动过程；当三个移动副非同步运动时，大部件可以完成空间任意四自由度的调姿，该四自由度包括竖直方向的平动和三个方向的转动。该装配对接装备能够实现大部件在空间内的大范围运动调姿定位，具有响应速度快，操作精度高，装配效率高等优点。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (7)

1.一种移动定位与动态调整的相结合的装配对接装备，其特征在于，包括：带有麦克纳姆轮的全方位移动定位车以及设置于车身上的四自由度移动平台，该四自由度移动平台包括：用于承载待调姿大部件的动平台以及分别与动平台相连的三个移动副‐球副‐球副(PSS)支链和一个移动副‐球副(PS)支链，其中：支链的球副一端与动平台相连，另一端竖直活动设置于全方位移动定位车上，所述的三个PSS支链中的移动副沿着互相平行的竖直方向进行同步或非同步运动，进而实现大部件沿着平行于移动副的竖直方向运动或四自由度空间调姿，该四自由度包括竖直方向的平动和三个方向的转动。
2.根据权利要求1所述的装配对接装备，其特征是，所述的三个PSS支链呈正三角形均布固定设置在全方位移动定位车上，PS支链的球铰副支承座位于三个PSS支链的球铰副支承座所形成的正三角形的中心点。
3.根据权利要求1所述的装配对接装备，其特征是，所述的PSS支链包括：球铰、球铰副支承座、支撑杆、导轨和丝杠机构，其中：球铰设置在球铰副支撑座内，两个球铰之间通过支撑杆相连，球铰副支承座与丝杠螺母机构中的螺母支座上部固定连接，球铰副支承座和螺母支座在导轨上滑动并构成移动副。
4.根据权利要求1所述的装配对接装备，其特征是，所述的PSS支链中的移动副，采用固定设置于全方位移动定位车的丝杠螺母机构实现，每一个丝杠螺母机构与其对应的PSS支链的一端相连，三个PSS支链的丝杠螺母机构相互平行与相应的竖直支撑架固定连接，然后垂直设置于含有四个麦克纳姆轮的全方位移动定位车的车身上以构成PSS支链中的移动副。
5.根据权利要求4所述的装配对接装备，其特征是，所述的三个PSS支链通过水平支撑架相互连接；所述的竖直支撑架与所述水平支撑架固定连接。
6.根据权利要求1所述的装配对接装备，其特征是，所述的PS支链包括：球铰副支承座、球铰、上滑动支撑杆和下滑动支撑杆，其中：球铰设置在球铰副支撑座内，上滑动支撑杆一端与球铰固定连接，另一端与下滑动支撑杆滑动连接，下滑动支撑杆与全方位移动定位车固定连接。
7.根据权利要求1所述的装配对接装备，其特征是，所述的全方位移动定位车包括：全方位移动定位车的车身和四个麦克纳姆轮，其中：四个麦克纳姆轮与含有四个麦克纳姆轮的全方位移动定位车的车身转动连接，四个麦克纳姆轮均通过伺服电机各自独立驱动，实现水平面内三个自由度的大范围移动定位。
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