CN107932361B - 一种用于舱段类产品自动对接装配的柔性六自由度调姿平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于舱段类产品自动对接装配的柔性六自由度调姿平台，包括平台底架、六自由度调姿托架；所述平台底架上设置直线导轨和齿条；所述六自由度调姿托架用于托举夹持主动对接舱段，实现主动对接舱段沿直线导轨移动、垂直直线导轨方向移动、竖直方向上上下移动、绕自身轴线旋转、舱段偏摆、舱段俯仰等六种运动，完成主动对接舱段姿态调整。本发明可实现舱段类产品姿态全自由度自动调整，具有自动化程度高、适应多种直径舱段、适用对接装配高精度要求、装配效率高等特点，具有良好的实用价值。
Description
技术领域
本发明涉及柔性自动装配技术领域，具体涉及一种用于舱段类产品自动对接装配的柔性六自由度调姿平台。
背景技术
目前，舱段类产品的装配采用传统的手工装配模式为主，产品在部装环节完成舱段内部零部件装配后吊装到装配台或装配小车上，舱段通过小车上的托架以人工手摇方式调整轴线与待对接的基准舱段轴线高度一致，而轴线在水平方向的同轴度依靠人工“搂抱”舱段的方式进行调整，依赖工人经验且效率低下，一旦舱段类产品超过一定尺寸，装配难度大、装配效率低、装配精度无法保证等问题将更加突出。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种用于舱段类产品自动对接装配的柔性六自由度调姿平台，可以完成舱段类产品对接装配之前的调姿动作和对接动作，全过程不需人工参与，显著提高装配效率和装配精度。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种用于舱段类产品自动对接装配的柔性六自由度调姿平台，包括平台底架、六自由度调姿托架；所述平台底架上设置直线导轨和齿条；所述六自由度调姿托架用于托举夹持主动对接舱段，实现主动对接舱段沿直线导轨移动、垂直直线导轨方向移动、竖直方向上上下移动、绕自身轴线旋转、舱段偏摆、舱段俯仰等六种运动，完成主动对接舱段姿态调整；
所述六自由度调姿托架包括抱爪组件、旋转关节、升降及平移组件、对接缓冲机构。抱爪组件下方设置旋转关节，通过外齿回转支承连接。升降及平移组件设置在抱爪组件下方，通过圆弧导轨连接。升降及平移组件下方设置对接缓冲机构。
所述抱爪组件包括抱爪、支撑轮、调节螺钉、调整座、直线导轨、底架、蜗轮、气动马达、伺服电机、扭片、止推-回转轴承、双向梯形螺杆、螺母、圆弧导轨、蜗杆、机架。支撑轮用于支撑舱段，轮形为鼓形，材料为聚氨酯，设置在底架上，舱段支撑点与舱段中心连线的夹角超过90°。抱爪用于夹持舱段，防止舱段掉落并为对接提供前进力。抱爪通过调整座设置在直线导轨上，抱爪下方设置螺母，气动马达驱动双向梯形螺杆旋转，通过螺母带动2边抱爪同步向心运动，抱紧舱段。使用气动马达可控制对抱爪对舱段的夹持力，梯形螺杆和螺母形成的运动副带有自锁功能，可增加舱段夹持的安全性。调整座上设置调节螺钉，用于调整抱爪的对中性。抱爪尾部插入止推-回转轴承，并在末端设置扭片，实现绕自身轴线旋转的自由度，并具有复位功能。通过更换调整座和调整支撑轮的安装位置实现不同直径舱段的托举夹持。底架下表面为圆弧形，设置蜗轮，侧面设置圆弧导轨。蜗杆和圆弧导轨滑块安装于机架上。蜗轮与蜗杆啮合。伺服电机驱动蜗杆旋转，带动蜗轮转动，从而使舱段实现绕自身轴线的旋转运动，转动范围为±30°。
所述旋转关节包括外齿回转支承、齿条、调节螺母、导向杆、弹簧、支承座、直线导轨、气动导轨夹持器、直线轴承。外齿回转支承外圈与其上方的机架连接，内圈与其下方的支承架连接。支承座设置在支承架上平面，支承座之间设置导向杆。齿条安装在直线轴承上，可在导向杆上移动。齿条两端设置调节螺母，齿条与支承座之间设置弹簧。直线导轨设置在支承架上平面，与导向杆同向，齿条安装在直线导轨的滑块上，齿条上还设置了气动导轨夹持器。外齿回转支承外圈齿轮与齿条形成齿轮齿条运动副，外齿回转支承的外圈相对于内圈旋转时，两个齿条分别沿直线导轨反向运动。当舱段进行偏摆调姿时，气动导轨夹持器保持松开状态，舱段具有绕铅垂线旋转的自由度，进行其他调姿动作时，气动导轨夹持器保持锁紧状态，舱段将失去绕铅垂线旋转的自由度，以防对运动精度造成影响。当舱段从托架上移走后，在弹簧的作用下托架复位，通过旋转调节螺母改变弹簧的长度，调节弹簧的刚度，可对复位力进行调节。
所述升降及平移组件包括圆弧导轨、支承架、直线导轨、机架、伺服电机、升降机、换向器、伺服电机、直线导轨、滚珠丝杠螺母副、底架、直线轴承。圆弧导轨置于支承架上平面，与外齿回转支承同轴，提供辅助支撑力。支承架与机架之间设置直线导轨。升降机、换向器置于机架上平面。伺服电机通过换向器带动2台升降机实现升级，并以直线导轨导向。直线导轨、滚珠丝杠螺母副、伺服电机置于机架下平面，直线导轨滑块与底架连接。伺服电机通过滚珠丝杠螺母副使舱段实现水平面内的平动。底架底面设置直线轴承。
所述对接缓冲机构包括直线导轨、底架、导向杆、弹簧、气动导轨夹持器、伺服电机、电磁离合器、齿轮、滑块。直线导轨滑块与底架底面连接，直线导轨和导向杆沿舱段轴线方向设置在底架上平面，直线导轨上设置气动导轨夹持器、导向杆与直线轴承组成直线运动副，直线轴承两端设置弹簧和调节螺母，可对弹簧刚度进行调节。伺服电机连接电磁离合器设置在底架上平面，电磁离合器输出端连接齿轮。底架底面设置滑块，滑块设置在直线导轨上。齿轮和齿条组成齿轮齿条运动副，伺服电机通过驱动齿轮使托架在沿舱段轴线方向运动。舱段在姿态调整过程中，气动导轨夹持器保持锁紧状态。舱段在进行偏摆及俯仰调姿过程中，两套托架中一套的电磁离合器处于脱开状态，使该托架失去驱动力，能够沿舱段轴线方向自由运动，满足两种调姿动作的自由度需求。舱段在对接过程中，气动导轨夹持器保持打开状态，舱段对接过程中如果受到阻力，弹簧将发生形变，对对接阻力进行缓冲，避免对舱段造成损伤。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明可实现舱段类产品姿态全自由度自动调整，具有自动化程度高、适应多种直径舱段、适用对接装配高精度要求、装配效率高等特点，具有良好的实用价值。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例的立体视图。
图2为本发明实施例中六自由度调姿托架的立体视图。
图3为本发明实施例中抱爪组件的立体视图。
图4为本发明实施例中抱爪组件的俯视图。
图5为本发明实施例中旋转关节的主视图。
图6为本发明实施例中升降及平移组件的立体视图。
图7为本发明实施例中升降及平移组件的细节图。
图8为本发明实施例中对接缓冲机构的主视图。
图9为本发明实施例中对接缓冲机构的底面结构示意图。
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。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
参见图1，本发明实施例提供了一种用于舱段类产品自动对接装配的柔性六自由度调姿平台，包括平台底架100、六自由度调姿托架200。平台底架100上设置直线导轨101和齿条102。六自由度调姿托架200用于托举夹持主动对接舱段300，实现主动对接舱段300沿直线导轨101移动、垂直直线导轨101方向移动、竖直方向上上下移动、绕自身轴线旋转、舱段偏摆、舱段俯仰等六种运动，完成主动对接舱段300姿态调整。
参见图2，六自由度调姿托架200包括抱爪组件201、旋转关节202、升降及平移组件203、对接缓冲机构204。抱爪组件201下方设置旋转关节202，通过外齿回转支承202-1连接。升降及平移组件203设置在抱爪组件201下方，通过圆弧导轨203-1连接。升降及平移组件203下方设置对接缓冲机构204。
参见图3、图4，抱爪组件201包括抱爪201-1、支撑轮(201-2)、调节螺钉201-3、调整座201-4、直线导轨201-5、底架201-6、蜗轮201-7、气动马达201-8、伺服电机201-9、扭片201-10、止推-回转轴承201-11、双向梯形螺杆201-12、螺母201-13、圆弧导轨201-14、蜗杆201-15、机架201-16。支撑轮201-2用于支撑舱段，轮形为鼓形，材料为聚氨酯，设置在底架201-6上，舱段支撑点与舱段中心连线的夹角超过90°。抱爪201-1用于夹持舱段，防止舱段掉落并为对接提供前进力。抱爪201-1通过调整座201-4设置在直线导轨201-5上，抱爪201-1下方设置螺母201-13，气动马达201-8驱动双向梯形螺杆201-12旋转，通过螺母201-13带动2边抱爪201-1同步向心运动，抱紧舱段。使用气动马达201-8可控制对抱爪对舱段的夹持力，梯形螺杆201-12和螺母201-13形成的运动副带有自锁功能，可增加舱段夹持的安全性。调整座201-4上设置调节螺钉201-3，用于调整抱爪的对中性。抱爪201-1尾部插入止推-回转轴承201-11，并在末端设置扭片201-10，实现绕自身轴线旋转的自由度，并具有复位功能。通过更换调整座201-4和调整支撑轮201-2的安装位置实现不同直径舱段的托举夹持。底架201-6下表面为圆弧形，设置蜗轮201-7，侧面设置圆弧导轨201-14。蜗杆201-15和圆弧导轨201-14滑块安装于机架201-16上。蜗轮201-7与蜗杆201-15啮合。伺服电机201-9驱动蜗杆201-15旋转，带动蜗轮201-7转动，从而使舱段实现绕自身轴线的旋转运动，转动范围为±30°。
参见图5，旋转关节202包括外齿回转支承202-1、齿条202-2、调节螺母202-3、导向杆202-4、弹簧202-5、支承座202-6、直线导轨202-7、气动导轨夹持器202-8、直线轴承202-9。外齿回转支承202-1外圈与其上方的机架201-16连接，内圈与其下方的支承架203-2连接。支承座202-6设置在支承架203-2上平面，支承座202-6之间设置导向杆202-4。齿条202-2安装在直线轴承202-9上，可在导向杆202-4上移动。齿条202-2两端设置调节螺母202-3，齿条202-2与支承座202-6之间设置弹簧202-5。直线导轨202-7设置在支承架203-2上平面，与导向杆202-4同向，齿条202-2安装在直线导轨202-7的滑块上，齿条202-2上还设置了气动导轨夹持器202-8。外齿回转支承202-1外圈齿轮与齿条202-2形成齿轮齿条运动副，外齿回转支承202-1的外圈相对于内圈旋转时，两个齿条202-2分别沿直线导轨202-7反向运动。当舱段进行偏摆调姿时，气动导轨夹持器202-8保持松开状态，舱段具有绕铅垂线旋转的自由度，进行其他调姿动作时，气动导轨夹持器202-8保持锁紧状态，舱段将失去绕铅垂线旋转的自由度，以防对运动精度造成影响。当舱段从托架上移走后，在弹簧202-5的作用下托架复位，通过旋转调节螺母202-3改变弹簧202-5的长度，调节弹簧202-5的刚度，可对复位力进行调节。
参见图6、图7，升降及平移组件203包括圆弧导轨203-1、支承架203-2、直线导轨203-3、机架203-4、伺服电机203-5、升降机203-6、换向器203-7、伺服电机203-8、直线导轨203-9、滚珠丝杠螺母副203-10、底架203-11、直线轴承203-12。圆弧导轨203-1置于支承架203-2上平面，与外齿回转支承202-1同轴，提供辅助支撑力。支承架203-2与机架203-4之间设置直线导轨203-3。升降机203-6、换向器203-7置于机架203-4上平面。伺服电机203-8通过换向器203-7带动2台升降机203-6实现升级，并以直线导轨203-3导向。直线导轨203-9、滚珠丝杠螺母副203-10、伺服电机203-5置于机架203-4下平面，直线导轨203-9滑块与底架203-11连接。伺服电机203-5通过滚珠丝杠螺母副203-10使舱段实现水平面内的平动。底架203-11底面设置直线轴承203-12。
参见图8、图9，对接缓冲机构204包括直线导轨204-1、底架204-2、导向杆204-3、弹簧204-4、气动导轨夹持器204-5、伺服电机204-6、电磁离合器204-7、齿轮204-8、滑块204-9。直线导轨204-1滑块与底架203-11底面连接，直线导轨204-1和导向杆204-3沿舱段轴线方向设置在底架204-2上平面，直线导轨204-1上设置气动导轨夹持器204-5、导向杆204-3与直线轴承203-12组成直线运动副，直线轴承203-12两端设置弹簧204-4和调节螺母，可对弹簧204-4刚度进行调节。伺服电机204-6连接电磁离合器204-7设置在底架204-2上平面，电磁离合器204-7输出端连接齿轮204-8。底架204-2底面设置滑块204-9，滑块204-9设置在直线导轨101上。齿轮204-8和齿条102组成齿轮齿条运动副，伺服电机204-6通过驱动齿轮204-8使托架在沿舱段轴线方向运动。舱段在姿态调整过程中，气动导轨夹持器204-5保持锁紧状态。舱段在进行偏摆及俯仰调姿过程中，两套托架中一套的电磁离合器204-7处于脱开状态，使该托架失去驱动力，能够沿舱段轴线方向自由运动，满足两种调姿动作的自由度需求。舱段在对接过程中，气动导轨夹持器204-5保持打开状态，舱段对接过程中如果受到阻力，弹簧204-4将发生形变，对对接阻力进行缓冲，避免对舱段造成损伤。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (4)
1.一种用于舱段类产品自动对接装配的柔性六自由度调姿平台，其特征在于，包括平台底架(100)和六自由度调姿托架(200)；
所述平台底架(100)上设置直线导轨(101)和齿条(102)；
所述六自由度调姿托架(200)包括抱爪组件(201)、旋转关节(202)、升降及平移组件(203)、对接缓冲机构(204)；
所述抱爪组件(201)下方设置旋转关节(202)，通过外齿回转支承(202-1)连接；
所述升降及平移组件(203)设置在抱爪组件(201)下方，通过圆弧导轨(203-1)连接；
所述升降及平移组件(203)下方设置对接缓冲机构(204)；
所述抱爪组件(201)包括抱爪(201-1)、支撑轮(201-2)、调节螺钉(201-3)、调整座(201-4)、直线导轨(201-5)、底架(201-6)、蜗轮(201-7)、气动马达(201-8)、伺服电机(201-9)、扭片(201-10)、止推-回转轴承(201-11)、双向梯形螺杆(201-12)、螺母(201-13)、圆弧导轨(201-14)、蜗杆(201-15)、机架(201-16)；
支撑轮(201-2)用于支撑舱段，轮形为鼓形，材料为聚氨酯，设置在底架(201-6)上，舱段支撑点与舱段中心连线的夹角超过90°；
抱爪(201-1)用于夹持舱段，防止舱段掉落并为对接提供前进力；抱爪(201-1)通过调整座(201-4)设置在直线导轨(201-5)上，抱爪(201-1)下方设置螺母(201-13)，气动马达(201-8)驱动双向梯形螺杆(201-12)旋转，通过螺母(201-13)带动2边抱爪(201-1)同步向心运动，抱紧舱段；使用气动马达(201-8)可控制对抱爪对舱段的夹持力，梯形螺杆(201-12)和螺母(201-13)形成的运动副带有自锁功能，可增加舱段夹持的安全性；调整座(201-4)上设置调节螺钉(201-3)，用于调整抱爪的对中性；
抱爪(201-1)尾部插入止推-回转轴承(201-11)，并在末端设置扭片(201-10)，实现绕自身轴线旋转的自由度，并具有复位功能；
通过更换调整座(201-4)和调整支撑轮(201-2)的安装位置可以实现不同直径舱段的托举夹持；
底架(201-6)下表面为圆弧形，设置蜗轮(201-7)，侧面设置圆弧导轨(201-14)，蜗杆(201-15)和圆弧导轨(201-14)滑块安装于机架(201-16)上，蜗轮(201-7) 与蜗杆(201-15)啮合，伺服电机(201-9)驱动蜗杆(201-15)旋转，带动蜗轮(201-7)转动，从而使舱段实现绕自身轴线的旋转运动，转动范围为±30°。
2.根据权利要求1所述的一种用于舱段类产品自动对接装配的柔性六自由度调姿平台，其特征在于，所述旋转关节(202)包括外齿回转支承(202-1)、齿条(202-2)、调节螺母(202-3)、导向杆(202-4)、弹簧(202-5)、支承座(202-6)、直线导轨(202-7)、气动导轨夹持器(202-8)、直线轴承(202-9)；
外齿回转支承(202-1)外圈与其上方的机架(201-16)连接，内圈与其下方的支承架(203-2)连接，支承座(202-6)设置在支承架(203-2)上平面，支承座(202-6)之间设置导向杆(202-4)，齿条(202-2)安装在直线轴承(202-9)上，可在导向杆(202-4)上移动，齿条(202-2)两端设置调节螺母(202-3)，齿条(202-2)与支承座(202-6)之间设置弹簧(202-5)；直线导轨(202-7)设置在支承架(203-2)上平面，与导向杆(202-4)同向，齿条(202-2)安装在直线导轨(202-7)的滑块上，齿条(202-2)上还设置了气动导轨夹持器(202-8)，
外齿回转支承(202-1)外圈齿轮与齿条(202-2)形成齿轮齿条运动副，外齿回转支承(202-1)的外圈相对于内圈旋转时，两个齿条(202-2)分别沿直线导轨(202-7)反向运动。
3.根据权利要求1所述的一种用于舱段类产品自动对接装配的柔性六自由度调姿平台，其特征在于，所述升降及平移组件(203)包括圆弧导轨(203-1)、支承架(203-2)、直线导轨(203-3)、机架(203-4)、伺服电机(203-5)、升降机(203-6)、换向器(203-7)、伺服电机(203-8)、直线导轨(203-9)、滚珠丝杠螺母副(203-10)、底架(203-11)、直线轴承(203-12)；圆弧导轨(203-1)置于支承架(203-2)上平面，与外齿回转支承(202-1)同轴，提供辅助支撑力，支承架(203-2)与机架(203-4)之间设置直线导轨(203-3)，升降机(203-6)、换向器(203-7)置于机架(203-4)上平面，伺服电机(203-8)通过换向器(203-7)带动2台升降机(203-6)实现升降 ，并以直线导轨(203-3)导向，直线导轨(203-9)、滚珠丝杠螺母副(203-10)、伺服电机(203-5)置于机架(203-4)下平面，直线导轨(203-9)滑块与底架(203-11)连接；伺服电机(203-5)通过滚珠丝杠螺母副(203-10)使舱段实现水平面内的平动，底架(203-11)底面设置直线轴承(203-12)。
4.根据权利要求1所述的一种用于舱段类产品自动对接装配的柔性六自由度调姿平台，其特征在于，所述对接缓冲机构(204)包括直线导轨(204-1)、底架(204-2)、导向杆(204-3)、弹簧(204-4)、气动导轨夹持器(204-5)、伺服电机(204-6)、电磁离合器(204-7)、齿轮(204-8)、滑块(204-9)；
直线导轨(204-1)滑块与底架(203-11)底面连接，直线导轨(204-1)和导向杆(204-3)沿舱段轴线方向设置在底架(204-2)上平面，直线导轨(204-1)上设置气动导轨夹持器(204-5)、导向杆(204-3)与直线轴承(203-12)组成直线运动副，直线轴承(203-12)两端设置弹簧(204-4)和调节螺母，可对弹簧(204-4)刚度进行调节；伺服电机(204-6)连接电磁离合器(204-7)设置在底架(204-2)上平面，电磁离合器(204-7)输出端连接齿轮(204-8)，底架(204-2)底面设置滑块(204-9)，滑块(204-9)设置在直线导轨(101)上，齿轮(204-8)和齿条(102)组成齿轮齿条运动副，伺服电机(204-6)通过驱动齿轮(204-8)使托架在沿舱段轴线方向运动。
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