CN107351026B - 一种气囊承载式串并混联多自由度调姿平台 - Google Patents

Abstract

一种气囊承载式串并混联多自由度调姿平台，其包括定平台、动平台、连接定平台与动平台的六个结构相同的驱动分支、四个气囊承载装置、翻转台、翻转台驱动装置和支承辊，其中，定平台固定在地面上，驱动分支为电动缸，其两端分别通过球铰与定平台和动平台连接，气囊承载装置对称地固定在定平台上，其上端通过xy随动台与动平台的四角连接，翻转台驱动装置设在动平台的一端，翻转台设在动平台的框架内，翻转台的底部两侧均设有齿圈，支承辊固定连接在动平台上，通过支承辊接触支撑翻转台。本发明能够减小电动缸所需的承载力，满足对高度有限制的工件的调姿要求，同时能够减小姿态调整时每个驱动分支所承受的最大载荷，保证调姿平台动作灵活性。

Description

一种气囊承载式串并混联多自由度调姿平台

技术领域

本发明涉及一种串并联机构，特别是一种调姿平台。

背景技术

现有的串并混联调姿平台可用在航天产品的对接和装配上，而伴随着航天事业的发展，设备朝大型、大载荷发展。因为环境和空间的限制，某些场合不能用液压缸，只能用电动缸进行驱动，由于电动缸的最大驱动力有限，从而动力会出现相对匮乏，导致调姿平台承载能力不能满足使用要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够减小电动缸所需的承载力，满足对高度有限制的工件的调姿要求，同时能够减小姿态调整时每个驱动分支所承受的最大载荷，并能保证调姿平台动作灵活性的气囊承载式串并混联多自由度调姿平台。

本发明包括定平台、动平台、连接定平台与动平台的六个结构相同的驱动分支、四个气囊承载装置、翻转台、翻转台驱动装置和支承辊，其中，定平台固定在地面上，驱动分支为电动缸，其两端分别通过球铰与定平台和动平台连接，气囊承载装置对称地固定在定平台上，其上端通过xy随动台与动平台的四角连接，翻转台驱动装置设在动平台的一端，翻转台设在动平台的框架内，翻转台的底部两侧均设有齿圈，支承辊固定连接在动平台上，通过支承辊接触支撑翻转台；

所述气囊承载装置包括气囊座、气囊和气囊上端盖，其中气囊座固定在下平台上，气囊设在气囊座上，气囊上端设有气囊上端盖，气囊上端盖通过xy随动台与动平台连接。每个气囊承载装置上均设有带控制阀的进气口和排气口，通过控制阀控制充气和排气，从而控制气囊充气的启停；气囊与气囊之间的进气口和排气口通过软管以串联的方式依次连接，软管的一端为进气口，其另一端为排气口，气泵与软管进气口的一端连接，通过增压和排气，气囊可以实现承载的作用。

所述xy随动台为设在动平台底面的二维台，是为了实现气囊随动平台调姿过程中始终保持对动平台提供支撑力，xy随动台包括x向滑槽、x向移动块、y向滑槽、y向移动块、挡块、活动内球和活动球套，其中x向滑槽设在动平台底面上，y向滑槽设在x向移动块上，x向滑槽和y向滑槽内均设有导轨，导轨上分别设有x向移动块和y向移动块，x向滑槽和y向滑槽内的导轨上均设有挡块，活动内球固定在y向移动块上，活动内球外设有活动球套，活动内球与活动球套构成球副连接，活动球套的下端座与上述气囊上端盖通过螺栓固连；

所述翻转台驱动装置包括伺服电机、鼓形齿式联轴器、电磁抱闸、蜗轮蜗杆减速器、梅花型弹性联轴器、传动轴、齿轮和齿轮座，其中伺服电机通过鼓形齿式联轴器与蜗轮蜗杆减速器连接，电磁抱闸设在鼓形齿式联轴器上，传动轴通过梅花型弹性联轴器与蜗轮蜗杆减速器连接，传动轴两端设有齿轮，该齿轮通过齿轮支座固定在动平台上。

本发明在初始状态时，动平台放置在定平台上的固定支撑座上，此时，电动缸和气囊均不承载；在工作状态时，通过气泵对气囊进行充气，充气过程中气囊膨胀，此过程中通过气囊膨胀涨紧实现对动平台的支撑。气囊充气向上顶起活动球套下端座，安装在气囊上端的活动球套与活动内球形成球副连接，活动内球与xy随动台固连，xy随动台相对动平台可实现x、y方向的移动；通过调整气囊气压计算气囊对平台施加的支撑力，达到预定值后反馈给控制器，进而通过调节控制阀控制气泵对气囊进行调节和平衡，达到对动平台施加支撑力的作用，之后通过调节驱动分支实现对工件的位姿调整。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、动平台在驱动分支的调节下带动工件进行六个自由度的姿态调整时，使用气囊为主的卸载装置，从而减小了电动缸所需的承载力，这样就可以满足对高度有限制的工件的调姿要求。

2、气囊承载装置中的气囊能够主动充气和排气，并借助xy随动台的相对运动保证对动平台始终有一个支撑力，从而减小姿态调整时每个驱动分支所承受的最大载荷，气囊之间相互连通保证了内部气压流动性，保证了调姿平台动作时的灵活性。

3、兼顾并联平台的调姿性能，实现使工件自由翻转的功能，可以应用于航空、卫星等需要装配、姿态模拟等领域。

附图说明

图1为本发明的整体示意简图；

图2为本发明气囊未充气时的示意图；

图3为本发明气囊工作状态时的一种示意图；

图4为本发明气囊承载装置的布局图；

图5为本发明气囊承载装置中xy随动台的布局仰视图；

图6为图5中右下角xy随动台的放大图；

图7为本发明的xy随动台的分解图；

图8为本发明翻转台驱动装置在动平台上的布局图；

图9为本发明翻转台驱动装置示意图；

图中：1-定平台，2-动平台，3-固定支撑座，4-驱动分支，5-气囊承载装置，6-翻转台，7-驱动装置，8-支承辊，9-气囊上端盖，10-气囊，11-气囊座，12-软管，13-进气口，14-出气口，15-xy随动台，16-活动球套，17-活动内球，18-y向移动块，19-x向移动块，20-挡块Ⅰ，21-挡块Ⅱ，22-齿圈，23-伺服电机，24-鼓形齿式联轴器、25-电磁抱闸，26-蜗轮蜗杆减速器，27-梅花型弹性联轴器,28-传动轴，29-齿轮，30-齿轮座。

具体实施方式

在图1所示的气囊承载式串并混联多自由度调姿平台示意图中，定平台1固定在地面上，六个结构相同的驱动分支4为电动缸，其两端分别通过球铰与定平台和动平台2连接，四个气囊承载装置5对称地固定在定平台上，其上端通过xy随动台15与动平台的四角连接，翻转台驱动装置7设在动平台的一端，翻转台6设在动平台的框架内，翻转台的底部两侧均设有齿圈22，支承辊8固定连接在动平台上，通过支承辊接触支撑翻转台；

如图4所示，气囊承载装置中的气囊座11固定在定平台上，气囊10设在气囊座上，气囊上端设有气囊上端盖9，气囊上端盖通过xy随动台与动平台连接，每个气囊承载装置上均设有带控制阀的进气口13和排气口14，通过控制阀控制充气和排气，从而控制气囊充气的启停；气囊与气囊之间的进气口和排气口通过软管12以串联的方式依次连接，软管的一端为进气口，其另一端为排气口，气泵与软管的进气口一端连接，这样可以保证在对工件进行调整的过程中，所有气囊内部的气压是一样的，气囊座固定在定平台上，气囊上端盖可以随着气囊的充气、排气实现上下移动；如图2所示为初始状态下动平台及以上部分通过固定支撑座3放置于定平台，如图3所示，当气泵对气囊进行充气后，此时气囊在气体的作用下，自身体积膨胀，高度增加，动平台则在电动缸和气囊承载装置的综合作用下升高，脱离固定支撑座；

如图5、图6和图7所示，所述xy随动台为设在动平台底面的二维台，是为了实现气囊随动平台调姿过程中始终保持对动平台提供支撑力。xy随动台中的x向滑槽设在动平台底面上，x向滑槽内设有导轨，该导轨上设有x向移动块19，导轨一端设有挡块Ⅱ21；y向滑槽设在x向移动块上，y向滑槽内也设有导轨，该导轨上设有y向移动块18，导轨一端设有挡块Ⅰ20；x向移动块沿着设在动平台底面上的x向滑槽实现沿x方向的移动，y向移动块可以在y向滑槽中实现移动，两个方向上导轨通过挡块Ⅰ和挡块Ⅱ对x、y两个方向的移动分别进行限位。x向移动块、y向移动块实现动平台沿x、y两个方向的移动。活动内球17与y向移动块组合为一体，活动内球外设有活动球套16，两者形成球副连接，活动球套的下端座与气囊上端盖通过螺栓固连。活动内球与活动球套装配构成球副连接，则可以实现调姿过程中动平台沿X、Y、Z三个轴转动自由度。调姿过程中通过气囊充气和排气的控制及电动缸加载力对动平台实现z方向的移动。因此，通过xy随动台实现调姿过程中动平台与气囊之间任意方向的移动和转动；

如图8和图9所示，所述翻转台的驱动装置中的伺服电机23通过鼓形齿式联轴器24与蜗轮蜗杆减速器26连接，电磁抱闸25设在鼓形齿式联轴器上，传动轴28通过梅花型弹性联轴器27与蜗轮蜗杆减速器连接，传动轴两端设有齿轮29，该齿轮与翻转台底部的齿圈啮合，并通过齿轮支座30固定在动平台上；通过蜗轮蜗杆减速器带动传动轴，从而使与传动轴上的齿轮啮合的齿圈转动，最后通过支承辊使翻转台转动，使用电磁抱闸对翻转台进行制动，利用蜗轮蜗杆减速器的自锁保证翻转台翻转过程中的安全性。

本发明的工作过程如下：

本发明主要用于对调姿平台的高度有一定限制的某些大型重载零部件的装配，对接场合，在调姿平台初始状态时，动平台放置在定平台的固定支撑上，气囊和驱动分支都不受力；在工作状态时，首先通过气泵对气囊进行充气，利用气囊涨紧带动气囊上端盖向上移动，实现对动平台的支撑作用，气囊充气向上顶起xy随动台，气囊与xy随动台通过活动内球和活动球套形成的球副连接，xy随动台相对动平台可实现x、y方向的移动，这个过程中利用电动缸控制动平台的初始位姿；通过调整气囊气压计算气囊对平台施加的支撑力，达到预定值后反馈给控制器，进而通过调节控制阀控制气泵对气囊进行调节和平衡，满足气囊承载动平台所需的气压，之后通过调节驱动分支实现对工件的位姿调整。

调姿平台在工作时，根据控制指令，气囊承载装置先动作，通过气囊卸载掉动平台的一部分质量，然后驱动分支动作，实现对动平台的六自由度任意调节，包括沿三个自由度的移动和三个自由度的转动调节，最后翻转台动作，使工件翻转到需要的位置，结合动平台和翻转台的动作，满足工件装配、对接过程中对位姿的要求。

Claims (1)

1.一种气囊承载式串并混联多自由度调姿平台，其特征在于：其包括定平台、动平台、连接定平台与动平台的六个结构相同的驱动分支、四个气囊承载装置、翻转台、翻转台驱动装置和支承辊，其中，定平台固定在地面上，驱动分支为电动缸，其两端分别通过球铰与定平台和动平台连接，气囊承载装置对称地固定在定平台上，其上端通过xy随动台与动平台的四角连接，翻转台驱动装置设在动平台的一端，翻转台设在动平台的框架内，翻转台的底部两侧均设有齿圈，支承辊固定连接在动平台上，通过支承辊接触支撑翻转台；

所述气囊承载装置包括气囊座、气囊和气囊上端盖，其中气囊座固定在下平台上，气囊设在气囊座上，气囊上端设有气囊上端盖，气囊上端盖通过xy随动台与动平台连接；每个气囊承载装置上均设有带控制阀的进气口和排气口，通过控制阀控制充气和排气，从而控制气囊充气的启停；气囊与气囊之间的进气口和排气口通过软管以串联的方式依次连接，软管的一端为进气口，其另一端为排气口，气泵与软管进气口的一端连接，通过增压和排气，气囊实现承载的作用；

所述xy随动台为设在动平台底面的二维台，是为了实现气囊随动平台调姿过程中始终保持对动平台提供支撑力，xy随动台包括x向滑槽、x向移动块、y向滑槽、y向移动块、挡块、活动内球和活动球套，其中x向滑槽设在动平台底面上，y向滑槽设在x向移动块上，x向滑槽和y向滑槽内均设有导轨，导轨上分别设有x向移动块和y向移动块，x向滑槽和y向滑槽内的导轨上均设有挡块，活动内球固定在y向移动块上，活动内球外设有活动球套，活动内球与活动球套构成球副连接，活动球套的下端座与上述气囊上端盖通过螺栓固连；

所述翻转台驱动装置包括伺服电机、鼓形齿式联轴器、电磁抱闸、蜗轮蜗杆减速器、梅花型弹性联轴器、传动轴、齿轮和齿轮座，其中伺服电机通过鼓形齿式联轴器与蜗轮蜗杆减速器连接，电磁抱闸设在鼓形齿式联轴器上，传动轴通过梅花型弹性联轴器与蜗轮蜗杆减速器连接，传动轴两端设有齿轮，该齿轮通过齿轮支座固定在动平台上。

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