CN107052736B - 基于机构的自适应柔性装校系统 - Google Patents

Abstract

一种基于机构的自适应柔性装校系统，其包含该机架、该Z向升降机构、该托板、该空间微重力五自由度自适应柔性调整机构以及该锁紧机构。该托板可调节设置于该Z向升降机构，该空间微重力五自由度自适应柔性调整机构固定在该托板上，以由该Z向升降机构驱动该托板上下运动实现其沿Z向直线运动的自由度，该锁紧机构固定在该空间微重力五自由度自适应柔性调整机构上，以使该基于机构的自适应柔性装校系统能够实现一个对接件和一个被对接件的精确对接，其中该基于机构的自适应柔性装校系统满足结构简单、承载能力大，且同时能够适应装校对象多外形规格的要求。

Description

基于机构的自适应柔性装校系统

技术领域

本发明涉及自适应装校对接领域，尤其是涉及一种基于机构的自适应柔性装校系统。

背景技术

在国防、飞机、现代工业以及航空航天技术中，空间装校对接技术的应用越来越多，装校对接的质量和效率直接影响着系统整体的运动精度、生产效率和质量的稳定性。这些装校对接系统大部分是空间六自由度重载、装校对接过程盲源无基准，且对接件尺寸不一，变化范围大。在传统的装校对接系统中，对接件的位姿往往不是处于理想的状态，而是与理想状态之间有一定的倾斜或扭转，因此必须对对接件进行位姿的调整才能实现安装过程，但是如果进行人工干预费时费力，且目前一般的多自由度对接平台大多较为复杂且成本高，于是提出一种结构简单的基于机构的自适应柔性装校系统，该系统在对接件已经完成准确对准后，在上升过程中，可以利用对接件的重心自动地修正对接件的位姿，完成精确装配。因此，本发明提供一种基于机构的自适应柔性装校系统，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构紧凑、性能可靠的基于机构的自适应柔性装校系统。

为了达到上述目的，本发明提供一种基于机构的自适应柔性装校系统，其中该基于机构的自适应柔性装校系统包括一个机架、一个Z向升降机构、一个托板、一个空间微重力五自由度自适应柔性调整机构以及一个锁紧机构，该Z向升降机构设置于该机架的内部，该托板设置于该Z向升降机构，以由该Z向升降机构驱动该托板上下运动，该空间微重力五自由度自适应柔性调整机构设置于该托板，一个对接件设置于该空间微重力五自由度自适应柔性调整机构，该锁紧机构设置于该空间微重力五自由度自适应柔性调整机构的一个万能支持平台和对接件之间，以用于锁住一个被对接件，其中在该Z向升降机构在Z轴方向进行大行程的调整后，藉由该空间微重力五自由度自适应柔性调整机构进行微调，以将该对接件对接于该被对接件。

作为对本发明的该基于机构的自适应柔性装校系统的进一步优选的实施例，该Z向升降机构包括一个升降驱动器、一个升降丝杠、一个升降螺母、两个升降轨道以及两个升降滑块，该升降驱动器、该升降丝杠和各个该升降轨道分别设置于该机架，并且该升降丝杠和各个该升降轨道相互平行，该升降丝杠被驱动地设置于该升降驱动器，该升降螺母被驱动地设置于该升降丝杠，各个该升降滑块分别连接于该升降螺母，并且各个该升降滑块可移动地设置于各个该升降轨道，该托板设置于各个该升降滑块。

作为对本发明的该基于机构的自适应柔性装校系统的进一步优选的实施例，各个该升降轨道相互对称地设置于该升降丝杠的两侧。

作为对本发明的该基于机构的自适应柔性装校系统的进一步优选的实施例，该空间微重力五自由度自适应柔性调整机构包括一个水平调整机构、一个三自由度自适应机构、一个绕Y轴转动自适应机构、一个绕X轴转动自适应机构以及一个三自由度微调机构，该水平调整机构设置于该托板，并且该水平调整机构、该三自由度自适应机构、该绕Y轴转动自适应机构、该绕X轴转动自适应机构、该三自由度微调机构和该万能支持平台逐级串联在一起，其中该锁紧机构固定设置于该万能支持平台和对接件之间。

作为对本发明的该基于机构的自适应柔性装校系统的进一步优选的实施例，该锁紧机构包括四个锁紧螺钉、两个锁紧联接件、两个燕尾滑块、一个伺服电机、一个驱动丝杠、一个螺母、一个滑块螺钉座、一个底板、一个锁紧机构托板以及四个支撑块，该锁紧机构托板设置于该万能支持平台和对接件之间，该锁紧机构托板固定在万能支撑平台，该燕尾滑块与对接件底部连接并且该对接件设置在四个支撑块，该底板可移动地设置于该锁紧机构托板，该驱动丝杠被驱动地设置于该伺服电机，该螺母被驱动地连接于该驱动丝杠，该底座和该锁紧螺钉分别被驱动地连接于该底板，当该伺服电机通过该驱动丝杠驱动该螺母而带动该滑块螺钉座向左移动时，该滑块螺钉座移动到底推动左侧的该锁紧联接件抵住被对接件内壁，并将左侧的该锁紧螺钉抵住该被对接件后，再推动该底板向右移动，以推动右侧该锁紧联接件抵住被对接件内壁，并将右侧的该锁紧螺钉抵住该被对接件，从而锁住该被对接件。

作为对本发明的该基于机构的自适应柔性装校系统的进一步优选的实施例，该滑块螺钉座是T形滑块螺钉座。

作为对本发明的该基于机构的自适应柔性装校系统的进一步优选的实施例，该水平调整机构通过固定的Z向基板和转动的下调整平面和上调整平面来实现，两个调整平面的转动是通过伺服电机驱动固定在转接板上的升降机的推力轴伸缩以及转接板绕着两铜套的轴心摆动，从而使两个调整平面分别绕着两个固定在板上另一端的单铰链转动，其中下调整平面绕Y轴转动，上调整平面绕X轴转动。通过这两个自由度的转动来实现将平面调水平的目的，通过倾角传感器来检测工作平面的水平度并进行反馈调节。其中Z向基板固定于托板上，该空间微重力五自由度自适应柔性调整机构沿Z向的位移通过固定于托板上的Z向基板来实现，同时Z向基板为其他五个自由度提供安装和运动的空间。Z向基板和下调整平面上均固定有单铰链和铜套，单铰链分别连接上下两层，每组铜套内安装有转接板，然后由升降机和伺服电机组成的升降机组固定于转接板上，铜套和转接板用盖板盖住。

作为对本发明的该基于机构的自适应柔性装校系统的进一步优选的实施例，该三自由度(X向、Y向和绕Z转动)自适应机构实现的是沿X向移动、沿Y向移动以及绕Z轴转动三个自由度的自适应。主要是依靠内盘轴承来实现的。内盘轴承相当于只有一个轴承保持架和滚珠的推力轴承，其上表面接触的是三自由度(X向、Y向和绕Z轴转动)自适应机构上平台，下表面接触的是水平调整机构的上调整平面。三自由度(X向、Y向和绕Z轴转动)自适应机构的各个部分用一根中心轴进行连接，中心轴上自上而下依次为三自由度(X向、Y向和绕Z轴转动)自适应机构上平台、内盘轴承、水平调整机构上调整平面、底盘，最后用轴用弹性挡圈进行轴向限位。水平调整机构上调整平面中心开设有一个直径较大的通孔，这就为内盘轴承上支承的三自由度(X向、Y向和绕Z轴转动)自适应机构上平台提供了一个运动空间，使内盘轴承上三自由度(X向、Y向和绕Z轴转动)自适应机构上平台能在该通孔直径的范围内自由地沿X、Y移动或绕Z转动。

作为对本发明的该基于机构的自适应柔性装校系统的进一步优选的实施例，该绕Y转动自适应机构采用了一个圆弧型的“T”形槽结构，圆弧“T”型槽滑轨和圆弧“T”型滑块分别集成在三自由度(X向、Y向和绕Z轴转动)自适应机构上平台和绕Y转动自适应平台上，并在中间加入了滚动体减小摩擦，圆弧T型滑块用弧形盖板进行限位。在未进行装校工作时，绕Y转动自适应机构用螺钉拧紧锁死。

作为对本发明的该基于机构的自适应柔性装校系统的进一步优选的实施例，该绕X转动自适应机构也采用的是圆弧型的“T”形槽结构，圆弧“T”型槽滑轨和圆弧“T”型滑块分别集成在绕Y转动自适应平台和绕X转动自适应平台上，同时在中间也加入了滚动体减小摩擦，圆弧T型滑块用弧形盖板进行限位。在未进行装校工作时，绕X转动自适应机构用螺钉拧紧锁死。在本发明中需要注意的是绕Y转动自适应机构和绕X转动自适应机构的两个转动轴心的交点O的位置高于所支持的模块的中心G，以利用对接件的重心实现其自适应的目的。

作为对本发明的该基于机构的自适应柔性装校系统的进一步优选的实施例，该三自由度(X向、Y向和绕Z轴转动)微调机构包括三个调整构件，各个调整机构分别相互间隔地设置在绕X转动自适应平台上。各个该调整构件分别包括一个伺服电机、一个丝杠、一个螺母、一个滑块、一个十字导轨、以及一个轴承。伺服电机驱动丝杠使螺母做直线运动，滑块与螺母固定连接，并且该轴承设置在该滑块的上部，该轴承连接于支持平台，该滑块能在十字导轨上滑动。

作为对本发明的该基于机构的自适应柔性装校系统的进一步优选的实施例，该万能支持机构包括一个支持平台、两个专用夹具、两个伺服电机、两个升降机和两个推力轴。该夹具和该升降机设置在支持平台上，夹具与支持平台之间是用燕尾槽连接。该专用夹具用于夹持一个对接件，两夹具的移动以及锁紧依靠的是伺服电机驱动升降机的推力轴去顶住对接件来实现的。

本发明的该基于机构的自适应柔性装校系统的有益效果是：

1、该基于机构的自适应柔性装校系统各功能机构串联组成，六自由度的实现采用了串-并联的方式实现。总体结构简单，空间紧凑且刚度好。

2、该基于机构的自适应柔性装校系统可以实现对接件五自由度的自适应柔性装校对接，整个系统的自由度包括六个人工控制的自由度和五个自适应地自由度，能准确地完成装校对接过程。

3、该基于机构的自适应柔性装校系统的支持机构得到改进，扩大了对接件的尺寸变化范围。

附图说明

为了获得本发明的上述和其他优点和特点，以下将参照附图中所示的本发明的具体实施例对以上概述的本发明进行更具体的说明。应理解的是，这些附图仅示出了本发明的典型实施例，因此不应被视为对本发明的范围的限制，通过使用附图，将对本发明进行更具体和更详细的说明和阐述。在附图中：

图1是该基于机构的自适应柔性装校系统的立体示意图

图2是该基于机构的自适应柔性装校系统的空间微重力五自由度自适应柔性调整机构的立体示意图。

图3是该基于机构的自适应柔性装校系统的水平调整机构的示意图。

图4是该基于机构的自适应柔性装校系统的三自由度自适应机构的示意图。

图5是该基于机构的自适应柔性装校系统的绕X自适应机构和绕Y自适应机构的分解图。

图6是该基于机构的自适应柔性装校系统的三自由度微调机构的示意图。

图7是该基于机构的自适应柔性装校系统的万能支持平台的示意图。

图8是该基于机构的自适应柔性装校系统的锁紧机构的示意图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

如图1至图7，依据本发明的发明精神提供一种基于机构的自适应柔性装校系统，其中该基于机构的自适应柔性装校系统包括一个机架1、一个Z向升降机构2、一个托板3、一个空间微重力五自由度自适应柔性调整机构4以及一个锁紧机构5，该机架1、该Z向升降机构2、该托板3、该空间微重力五自由度自适应柔性调整机构4和该锁紧机构5能够相互配合，以实现一个对接件6和一个被对接件7的准确对接，其中对接过程是，由该Z向升降机构2先实现大行程的Z向升降，然后再由该空间微重力五自由度自适应柔性调整机构4实现微调，从而实现该对接件6和该被对接件7的准确对接，以提高对接良率。

该空间微重力五自由度自适应柔性调整机构4是由一个水平调整机构41、一个三自由度自适应机构42、一个绕Y转动自适应机构43、一个绕X转动自适应机构44、一个三自由度微调机构45以及一个万能支持平台46这六个部分逐级串联组成，其中该三自由度自适应机构42能够适应性地实现X向和Y向运动以及绕Z轴转动，该三自由度微调机构45能够实现Z向和Y向运动以及绕Z轴转动。

该Z向升降机构2能够实现大行程的Z轴方向的运动，该Z向升降机构2包括一个升降驱动器21、一个升降丝杠24、一个升降螺母23、两个升降滑块22以及两个升降轨道25，该升降驱动器21、该升降丝杠24、该升降螺母23、该升降滑块22和该升降轨道25分别设置于该机架1，该升降丝杠24连接于该升降驱动器21、该升降螺母23可驱动地连接于该升降丝杠24，并且该升降螺母23固定地设置于该升降滑块22，该升降滑块22连接于该托板3，并且该升降滑块22可滑动地设置于该升降轨道25。

该水平调整机构41的一个Z向基板41g固定在该托板4上，该空间微重力五自由度自适应柔性调整机构4沿Z向的位移通过固定于该托板3上的该Z向基板41g来实现，同时该Z向基板41g为其他五个自由度提供安装和运动的空间。在该Z向基板41g上再串联安装两个调整平面，两个调整平面的转动是通过一个伺服电机41a驱动固定在一个转接板41e上的一个升降机41b的一个推力轴41c伸缩以及一个转接板41e绕着两铜套41d的轴心摆动，该推力轴41c通过一个单铰链41h与需要调整的平面连接，从而使两个调整平面分别绕着两个固定在板上另一端的该单铰链41j转动，其中该下调整平面41i绕Y轴转动，该上调整平面41l绕X轴转动，通过这两个自由度的转动来实现将平面调水平的目的，通过一个倾角传感器41k来检测工作平面的水平度并进行反馈调节。该Z向基板41g和该下调整平面41i上均固定有两个该单铰链41j和两个该铜套41d，该单铰链41j分别连接上下于两层，每组该铜套41d内安装有该转接板41e，然后由该升降机41b和该伺服电机41a组成的升降机组固定于该转接板41e上，该铜套41d和该转接板41e用一个盖板41f盖住。

该三自由度自适应机构42来实现沿X向移动、沿Y向移动和绕Z轴转动这三个自由度的自适应。一个内盘轴承42b相当于只有一个轴承保持架和多排滚珠的推力轴承，其上表面接触的是该三自由度自适应机构42的一个上平台42a，下表面接触的是该水平调整机构41的该上调整平面41l。该三自由度自适应机构42的各个部分用一根中心轴42c进行连接，该中心轴42自上而下一次为该三自由度自适应机构42的该上平台42a、该内盘轴承42b、该水平调整机构41的该上调整平面41l、该底盘42e，最后用轴用弹性挡圈42d进行轴向限位。该水平调整机构41的该上调整平面41l中心开设有一个直径为100mm的通孔，这就为该内盘轴承42b上支承的该三自由度自适应机构42的该上平台42a提供了一个运动空间，使该内盘轴承42b的上该三自由度自适应机构42的该上平台42a能在这直径100mm的范围内自由地沿X、Y移动或绕Z转动。

该绕Y转动自适应机构43采用了一个圆弧型的“T”形槽结构，圆弧“T”型槽滑轨和圆弧T型滑块分别集成在该三自由度自适应机构42的该上平台42a和一个绕Y转动自适应平台43d上，并在中间加入了一个滚动体43b减小摩擦，圆弧T型滑块用弧形一个盖板43c进行限位，在未进行装校工作时，该绕Y转动自适应机构43用一个螺钉43a拧紧锁死。

绕X转动自适应机构44也采用的是圆弧型的“T”形槽结构，该圆弧“T”型槽滑轨和圆弧T型滑块分别集成在该绕Y转动自适应平台43d和一个绕X转动自适应平台44d上，同时在中间也加入了一个滚动体44b减小摩擦，圆弧T型滑块用弧形一个盖板44c进行限位，在未进行装校工作时，该绕X转动自适应机构44用一个螺钉44a拧紧锁死。

在本发明中需要注意的是该绕Y转动自适应机构43和该绕X转动自适应机构44的两个转动轴心的交点O的位置高于所夹持的对接件6的重心G，以实现其自适应的目的。

该三自由度微调机构45包括三个调整构件，各个调整机构分别相互间隔地设置在该绕X转动自适应平台44d上。各个该调整构件分别包括一个伺服电机45a、一个丝杠45b、一个螺母45c、一个滑块45d、一个十字导轨45e、以及一个轴承45f。该伺服电机45a驱动该丝杠45b使该螺母45c做直线运动，该滑块45d与该螺母45c固定连接，并且该轴承45f设置在该滑块45d的上部，该轴承45f连接于该万能支持机构46的一个支持平台46a，该滑块45d能在该十字导轨45e上滑动。

该万能支持机构46包括一个支持平台46a、两个专用夹具46e、两个伺服电机46b、两个升降机46c和两个推力轴46d。该夹具46e和该升降机46c设置在该支持平台46a上，该夹具46e与该支持平台46a之间是用燕尾槽连接。该专用夹具46e用于夹持该对接件6，两夹具的移动以及锁紧依靠的是该伺服电机46b驱动该升降机46c的该推力轴46d去顶住对接件6来实现的。

该锁紧机构5包括四个锁紧螺钉51、两个锁紧联接件52、两个燕尾滑块53、一个伺服电机54、一个驱动丝杠55、一个顶杆56、一个螺母57、一个滑块螺钉座58、一个底板59、一个锁紧机构托板60以及四个支撑块61，该锁紧机构托板60设置于该支持平台46a和对接件6之间，该锁紧机构托板60固定在支持平台46a，该燕尾滑块53与对接件6底部连接并且该对接件6设置在四个该支撑块61，该底板59可移动地设置于该锁紧机构托板60，该驱动丝杠55被驱动地设置于该伺服电机54，该螺母57被驱动地连接于该驱动丝杠55，该锁紧螺钉51分别放置在滑块螺钉座58和底板59的T型槽内，当该伺服电机54通过该驱动丝杠55驱动该螺母57而带动该滑块螺钉座58向左移动时，该滑块螺钉座58移动到底推动左侧的该锁紧联接件52抵住被对接件7内壁并将左侧的该锁紧螺钉51打入该被对接件7左侧安装孔后，再推动该底板59向右移动，以推动右侧锁紧联接件52抵住被对接件7内壁并将右侧的该锁紧螺钉51打入该被对接件7右侧安装孔，从而锁住该被对接件6。。该伺服电机54反转时拔出两侧的该锁紧螺钉51，拔出时需要利用顶杆56或者底板59运动抵住被对接件7内壁实现两侧锁紧螺钉51的拔出，从而实现解除锁紧功能。

该基于机构的自适应柔性装校系统的工作原理是：该水平调整机构41通过一个倾角传感器41k的反馈将工作平面调整水平，各该对接件6装夹在该万能支持平台46a上，该对接件6的重心G低于该绕Y转动自适应机构43和该绕X转动自适应机构44的两个轴心交点O，因此该对接件6在装校对接过程中始终保持竖直。在该Z向升降机构2上升过程中，如果由于各种干扰因素，如振动等使该对接件6的位姿偏离理想位姿时，该对接件6会自动进行自我修正，返回竖直状态，并且其下部的该三自由度自适应机构42会根据该对接件6的重心的摆动而自适应地产生移动或者转动，该三自由度微调机构45可以补偿自适应时的误差。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但该内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (2)

1.一种基于机构的自适应柔性装校系统，其特征在于，该基于机构的自适应柔性装校系统包括一个机架、一个Z向升降机构、一个托板、一个空间微重力五自由度自适应柔性调整机构以及一个锁紧机构，该Z向升降机构设置于该机架的内部，该托板设置于该Z向升降机构，以由该Z向升降机构驱动该托板上下运动，该空间微重力五自由度自适应柔性调整机构设置于该托板，一个对接件设置于该空间微重力五自由度自适应柔性调整机构，该锁紧机构设置于该空间微重力五自由度自适应柔性调整机构的一个万能支持平台和对接件之间，以用于锁住一个被对接件，其中在该Z向升降机构在Z轴方向进行大行程的调整后，藉由该空间微重力五自由度自适应柔性调整机构进行微调，以将该对接件对接于该被对接件；该Z向升降机构包括一个升降驱动器、一个升降丝杠、一个升降螺母、两个升降轨道以及两个升降滑块，该升降驱动器、该升降丝杠和各个该升降轨道分别设置于该机架，并且该升降丝杠和各个该升降轨道相互平行，该升降丝杠被驱动地设置于该升降驱动器，该升降螺母被驱动地设置于该升降丝杠，各个该升降滑块分别连接于该升降螺母，并且各个该升降滑块可移动地设置于各个该升降轨道，该托板设置于各个该升降滑块；

各个该升降轨道相互对称地设置于该升降丝杠的两侧

该空间微重力五自由度自适应柔性调整机构包括一个水平调整机构、一个三自由度自适应机构、一个绕Y轴转动自适应机构、一个绕X轴转动自适应机构以及一个三自由度微调机构，该水平调整机构设置于该托板，并且该水平调整机构、该三自由度自适应机构、该绕Y轴转动自适应机构、该绕X轴转动自适应机构、该三自由度微调机构和该万能支持平台逐级串联在一起，其中该对接件设置于该万能支持平台

该锁紧机构包括四个锁紧螺钉、两个锁紧联接件、两个燕尾滑块、一个伺服电机、一个顶杆、一个驱动丝杠、一个螺母、一个滑块螺钉座、一个底板、一个锁紧机构托板以及四个支撑块，该锁紧机构托板设置于该万能支持平台和对接件之间，该锁紧机构托板固定在万能支持平台，该燕尾滑块与对接件底部联接并且该对接件设置在四个该支撑块，该底板可移动地设置于该锁紧机构托板，该驱动丝杠被驱动地设置于该伺服电机，该螺母被驱动地连接于该驱动丝杠，底座和该锁紧螺钉分别被驱动地连接于该底板，当该伺服电机通过该驱动丝杠驱动该螺母而带动该滑块螺钉座向左移动时，该滑块螺钉座移动到底推动左侧的该锁紧联接件抵住被对接件内壁并将左侧的该锁紧螺钉打入该被对接件左侧安装孔后，再推动该底板向右移动，以推动右侧锁紧联接件抵住被对接件内壁并将右侧的该锁紧螺钉打入该被对接件右侧安装孔，从而锁住该被对接件。

2.如权利要求1所述的一种基于机构的自适应柔性装校系统，其特征在于，该滑块螺钉座具有T型螺钉安装槽。