CN107363821A - 一种卸载式串并混联多自由度调姿平台 - Google Patents

Abstract

一种卸载式串并混联多自由度调姿平台，其包括定平台、动平台、UPS驱动分支、卸载装置、翻转台和驱动装置，所述定平台与动平台通过UPS驱动分支相连，构成六自由度调姿机构，所述卸载装置设在定平台上，通过钢丝绳与动平台相连，所述翻转台设在动平台上，翻转台可以绕其圆心做0°～90°的翻转动作，所述驱动装置实现工件竖直状态和水平状态的转换。本发明减小了电动缸所需的承载力，可以满足对高度有限制的工件的调姿要求；具有使工件自由翻转的功能，可以应用于航空航天、卫星等需要精密装配、承载较大且对高度有严格要求的相关领域。

Description

一种卸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

近年来，六自由度并联机构因其承载能力大、刚度大、精度高、系统动态响应好和累计误差小等特点，在并联机床、机器人、运动模拟器和六维力传感器等领域得到广泛应用。随着相关设备朝多功能，多用途方向发展，设备越来越复杂和精密，这就急需大型工装设备的研制，传统的六自由度并联平台只能满足实现设备六自由度调姿的功能，这使得单纯的并联平台难以满足技术发展的要求，这就意味着必须对传统的并联平台进行集成再创新，才能使其较好满足工程实际要求，并在技术上得到延伸发展、提高其使用价值。

六自由度并联平台在重载的情况下，需要选用承载能力大的驱动分支，但承载能力大的驱动分支的总体长度较长，从而造成六自由度并联平台的高度过高，不能满足零部件的调姿要求过程中对装配高度的要求。特别对于一些有严格的洁净度要求的场合，例如航天器装配车间，不能使用承载能力相对比较大的液压缸，只能使用电动缸来驱动。为减小对驱动分支承载能力的要求，设计了卸载装置，可以将动平台、翻转台和工件的重量卸载到定平台上，从而减小电动缸所需承载的重量，另外。通过翻转台与并联平台的结合，可以在实现工件六自由度姿态调节的基础上，完成工件的0°～90°区间任意角度的翻转，从而实现工件在任意位置的调姿功能，并能保证对工件位姿的精确调整。

专利号为CN200820004705.0的中国发明专利公开了“大负载六自由度电动平台”，采用电动缸驱动，气缸为辅助支撑，可以实现对工件的六自由度调整，但不满足工件的0°-90°翻转和360°旋转的姿态调整要求，且对大型重载设备进行姿态调整时，需要选用承载能力大的电动缸及气缸，使得平台高度大幅度增加，无法满足对高度有要求的六自由度并联平台的设计。

专利号为CN201520426650.2的中国发明专利公开了“一种360°旋转的六自由度平台”，在实现对工件的六自由度姿态的调整的基础上，且安装在上台面上的工件可绕中心轴进行360°旋转，但因为是一种小型化六自由度平台，承载能力有限，不能实现工件自身姿态的翻转要求，满足不了装配对接过程中对姿态调整的要求。

公开号为CN103771266A的中国发明专利公开了“从塔机上卸载载重滑车的方法”通过控制塔机上起重钢丝绳的卷扬缠绕端的放出和收回以使载重滑车下降或升起，适用于露天工作空间大，精度不高的场合，对于辅助并联机构实现调姿还需要重新设计。

发明内容

针对现有并联平台技术应用中存在的问题，本发明的提供了一种卸载式串并混联多自由度调姿平台，其目的在于克服传统的并联平台重载情况下必须使用承载能力大的驱动分支的问题，利用卸载装置，可以在使用承载能力较小的驱动分支的情况下，实现对工件的多自由度位姿的调整，改善了驱动分支的受力情况，有效降低了调姿平台的高度，满足对装配高度有要求的大型零部件。

本发明包括定平台、动平台、UPS驱动分支、卸载装置、翻转台和驱动装置，其中定平台固定在地面基座上，动平台整体采用长方体矩形框架结构，在桁架内前后对称设有四对支承辊座，每个支承辊座上均设有支承辊，在后面两对支承辊之间设有一对齿轮座，在避免调姿平台位置奇异的情况下，根据工作空间的要求，在动平台和定平台上相对应地设有不完全对称的六个铰链座，六个结构相同的UPS驱动分支中的电动缸的两端分别通过虎克铰和球铰与定平台和动平台的铰链座连接，通过驱动分支的动作实现对工件三个自由度的移动和三个自由度的转动微调，翻转台通过四对支承辊设在动平台上，四个结构相同的卸载装置设在定平台的四个角上，驱动装置设在动平台桁架内；

所述四对支承辊对称地设在动平台两侧、以翻转台转动中心为圆心、以4380mm为直径的圆上，靠边侧的四个支承辊与翻转台角度为45°，靠内侧的四个支承辊与翻转台角度为22.5°；

所述卸载装置包括伺服电机Ⅰ、减速器Ⅰ、减速机支座、定滑轮Ⅰ、定滑轮Ⅱ、滑轮支座Ⅰ、钢丝绳和动滑轮、卷扬筒、滑轮支座Ⅱ，其中减速机支座固定在定平台上，伺服电机Ⅰ和减速器Ⅰ设在减速机支座上，伺服电机Ⅰ输出轴与减速器Ⅰ输入端连接，减速器Ⅰ的输出端与卷扬筒连接，滑轮支座Ⅰ固定在定平台上，滑轮支座Ⅱ固定在卷扬筒与滑轮支座Ⅰ之间的定平台上，定滑轮Ⅰ和定滑轮Ⅱ分别设在滑轮支座Ⅰ和滑轮支座Ⅱ上，动滑轮支座的一端固定在滑轮支座Ⅰ上端，钢丝绳的一端与卷扬筒连接其另一端绕过定滑轮Ⅰ和定滑轮Ⅱ与动滑轮支座的另一端连接，动滑轮设在绕过定滑轮Ⅱ与动滑轮支座之间的钢丝绳上；定滑轮Ⅱ的滑轮支座Ⅰ的高度必须比动滑轮的位置高，以保证调姿过程中钢丝绳产生的夹角在合理的范围内，避免过大的夹角导致使钢丝绳产生对滑轮支座Ⅰ过大的横向拉力；

所述驱动装置包括伺服电机Ⅱ、电磁抱闸、减速器Ⅱ、联轴器Ⅰ和联轴器Ⅱ、传动轴、齿轮和齿轮座，其中伺服电机Ⅱ通过联轴器Ⅰ与减速器Ⅱ连接，电磁抱闸设在联轴器Ⅰ上，传动轴分别通过联轴器Ⅱ与减速器Ⅱ的两个输出端连接，该传动轴的两端均设有齿轮，齿轮均设在固定在动平台上的齿轮座上；减速器Ⅱ为蜗轮蜗杆减速器，利用蜗轮蜗杆减速器的自锁保证翻转动作的可靠性，使用伺服电机Ⅱ控制的驱动装置实现工件竖直状态和水平状态的转换，利用卸载装置将动平台的大部分质量直接卸载到定平台上，以减小对驱动分支承载力的要求，从而实现对工件总装测试过程中高度的要求。

本发明的工作过程如下：

本发明在正常工作时，由伺服电机Ⅰ驱动减速器Ⅰ，再利用减速器Ⅰ带动卷扬筒转动进而控制钢丝绳，并通过定滑轮控制钢丝绳的拉紧方向，提高动滑轮的位置，使钢丝绳承担动平台一定的重量，实现卸载的目的。通过6组UPS驱动分支的动作，实现对动平台的六自由度调节，包括沿三个自由度的移动和三个自由度的转动调节。通过伺服电机Ⅱ驱动的减速器Ⅱ带动传动轴，从而使与传动轴上的齿轮啮合的齿圈转动，最后带动翻转台转动，实现对工件翻转姿态的调节，最终实现七自由度位姿调节。通过利用减速器Ⅱ的自锁可以实现翻转台的锁止，利用0°和90°的限位装置、径向压辊和轴向压辊增加翻转台工作稳定的可靠性。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、在传统并联平台的基础上，设置了以钢丝绳为主体的卸载装置，正常工作时，通过电机的作用，使钢丝绳上的拉力保持在一定的数值范围内，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、兼顾并联机构的调姿性能和翻转台可以使工件自由翻转的功能，可以应用于航空航天、卫星等需要精密装配、承载较大且对高度有严格要求的相关领域。

附图说明

图1为本发明的主视示意简图；

图2为本发明的侧视示意简图；

图3为本发明卸载装置的示意简图；

图4为本发明驱动装置的示意简图。

图中：1-定平台、2-卸载装置、3-UPS驱动分支、4-动平台、5-翻转台、6-驱动装置、7-支承辊、8-伺服电机Ⅰ、9-减速器Ⅰ、10-减速机支座、11-定滑轮Ⅰ、12-定滑轮Ⅱ、13-滑轮支座Ⅰ、14-钢丝绳、15-动滑轮、16-卷扬筒、17-滑轮支座Ⅱ、18-伺服电机Ⅱ、19-联轴器Ⅰ、20-电磁抱闸、21-减速器Ⅱ、22-齿轮座、23-齿轮、24-传动轴、25-联轴器Ⅱ。

具体实施方式

在图1和图2所示的卸载式串并混联多自由度调姿平台示意图中，定平台1通过螺栓固定在地面基座上，动平台4整体采用长方体桁架结构，在桁架内前后对称设有四对支承辊座，每个支承辊座上均设有支承辊7，在后面两对支承辊22之间设有一对齿轮座，在动平台和定平台上相对应地设有不完全对称的六个铰链座，六个结构相同的UPS驱动分支3中的电动缸的两端分别通过虎克铰和球铰与定平台和动平台的铰链座连接，通过驱动分支的动作实现对工件三个自由度的移动和三个自由度的转动微调，翻转台5通过四对支承辊设在动平台上，四个结构相同的卸载装置2设在定平台的四个角上，驱动装置6设在动平台桁架内；

所述四对支承辊对称地设在动平台两侧、以翻转台转动中心为圆心、以4380mm为直径的圆上，靠边侧的四个支承辊与翻转台角度为45°，靠内侧的四个支承辊与翻转台角度为22.5°；

如图3所示，所述卸载装置中的减速机支座10固定在定平台上，伺服电机Ⅰ8和减速器Ⅰ9设在减速机支座上，伺服电机Ⅰ输出轴与减速器Ⅰ输入端连接，减速器Ⅰ的输出端与卷扬筒16连接，滑轮支座Ⅰ13固定在定平台上，滑轮支座Ⅱ17固定在卷扬筒与滑轮支座Ⅰ之间的定平台上，定滑轮Ⅰ11和定滑轮Ⅱ12分别设在滑轮支座Ⅰ和滑轮支座Ⅱ上，动滑轮支座的一端固定在滑轮支座Ⅰ上端，钢丝绳14的一端与卷扬筒连接，钢丝绳的另一端绕过定滑轮Ⅰ、定滑轮Ⅱ和动滑轮15，与动滑轮支座的另一端连接，定滑轮Ⅱ的滑轮支座Ⅰ的高度必须高于动滑轮的位置，以保证调姿过程中钢丝绳产生的夹角在合理的范围内，避免过大的夹角导致使钢丝绳产生对滑轮支座Ⅰ过大的横向拉力；

如图4所示，所述驱动装置中的伺服电机Ⅱ18设在动平台上，该伺服电机Ⅱ通过联轴器Ⅰ19与减速器Ⅱ21连接，电磁抱闸20设在联轴器Ⅰ上，传动轴24分别通过联轴器Ⅱ25与减速器Ⅱ的两个输出端连接，该传动轴的两端均设有齿轮23，齿轮均设在固定在动平台上的齿轮座22上；减速器Ⅱ为蜗轮蜗杆减速器，利用蜗轮蜗杆减速器的自锁保证翻转动作的可靠性，使用伺服电机Ⅱ控制的驱动装置实现工件竖直状态和水平状态的转换，利用卸载装置将动平台的大部分质量直接卸载到定平台上，以减小对驱动分支承载力的要求，从而实现对工件总装测试过程中高度的要求。

Claims (3)

1.一种卸载式串并混联多自由度调姿平台，其包括定平台、动平台、UPS驱动分支、卸载装置、翻转台和驱动装置，其特征在于：所述定平台固定在地面基座上，动平台整体采用长方体矩形框架结构，在桁架内前后对称设有四对支承辊座，每个支承辊座上均设有支承辊，在后面两对支承辊之间设有一对齿轮座，在避免调姿平台位置奇异的情况下，根据工作空间的要求，在动平台和定平台上相对应地设有不完全对称的六个铰链座，六个结构相同的UPS驱动分支中的电动缸的两端分别通过虎克铰和球铰与定平台和动平台的铰链座连接，通过驱动分支的动作实现对工件三个自由度的移动和三个自由度的转动微调，翻转台通过四对支承辊设在动平台上，四个结构相同的卸载装置设在定平台的四个角上，驱动装置设在动平台桁架内；

所述四对支承辊对称地设在动平台两侧、以翻转台转动中心为圆心、以4380mm为直径的圆上，靠边侧的四个支承辊与翻转台角度为45°，靠内侧的四个支承辊与翻转台角度为22.5°；

所述卸载装置包括伺服电机Ⅰ、减速器Ⅰ、减速机支座、定滑轮Ⅰ、定滑轮Ⅱ、滑轮支座Ⅰ、钢丝绳和动滑轮、卷扬筒、滑轮支座Ⅱ，其中减速机支座固定在定平台上，伺服电机Ⅰ和减速器Ⅰ设在减速机支座上，伺服电机Ⅰ输出轴与减速器Ⅰ输入端连接，减速器Ⅰ的输出端与卷扬筒连接，滑轮支座Ⅰ固定在定平台上，滑轮支座Ⅱ固定在卷扬筒与滑轮支座Ⅰ之间的定平台上，定滑轮Ⅰ和定滑轮Ⅱ分别设在滑轮支座Ⅰ和滑轮支座Ⅱ上，动滑轮支座的一端固定在滑轮支座Ⅰ上端，钢丝绳的一端与卷扬筒连接其另一端绕过定滑轮Ⅰ和定滑轮Ⅱ与动滑轮支座的另一端连接，动滑轮设在绕过定滑轮Ⅱ与动滑轮支座之间的钢丝绳上；

所述驱动装置包括伺服电机Ⅱ、电磁抱闸、减速器Ⅱ、联轴器Ⅰ和联轴器Ⅱ、传动轴、齿轮和齿轮座，其中伺服电机Ⅱ通过联轴器Ⅰ与减速器Ⅱ连接，电磁抱闸设在联轴器Ⅰ上，传动轴分别通过联轴器Ⅱ与减速器Ⅱ的两个输出端连接，该传动轴的两端均设有齿轮，齿轮均设在固定在动平台上的齿轮座上；使用伺服电机Ⅱ控制的驱动装置实现工件竖直状态和水平状态的转换，利用卸载装置将动平台的大部分质量直接卸载到定平台上，以减小对驱动分支承载力的要求，从而实现对工件总装测试过程中高度的要求。

2.根据权利要求1所述的卸载式串并混联多自由度调姿平台，其特征在于：所述定滑轮Ⅱ的滑轮支座Ⅰ的高度必须比动滑轮的位置高，以保证调姿过程中钢丝绳产生的夹角在合理的范围内，避免过大的夹角导致使钢丝绳产生对滑轮支座Ⅰ过大的横向拉力。

3.根据权利要求1所述的卸载式串并混联多自由度调姿平台，其特征在于，所述驱动装置中的减速器Ⅱ为蜗轮蜗杆减速器，利用蜗轮蜗杆减速器的自锁保证翻转动作的可靠性。