CN108000135B - 具有协调运动功能的大型筒形构件自动对接调姿定位装置 - Google Patents

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Abstract

一种具有协调运动功能的大型筒形构件自动对接调姿定位装置，包括：至少两组分别通过抱箍与待装配大型筒形构件固定连接的定位机构，每组定位机构包括：底盘和设置于底盘上作为y向移动副的横向调姿平台、作为绕z轴被动转动副的转动调姿平台、作为z向移动副的垂直升降平台以及用于支撑抱箍的托架，其中：转动调姿平台与横向调姿平台和垂直升降装置相连，托架与所述抱箍固定连接。本装置具有协调运动能力强、调姿范围大、对接精度高、具备防倾覆能力、安全性能高的优点，可实现大型筒形构件的六自由度调姿与精确对接装配。

Description

具有协调运动功能的大型筒形构件自动对接调姿定位装置
技术领域
本发明涉及的是一种装配对接领域的技术，具体是一种用于大型筒形构件自动对接装配的具有协调运动功能的六自由度协同定位装置。
背景技术
在一些大型筒形构件的对接装配工作中，通常需要对构件进行六自由度调姿与定位，以保证对接平面上的定位销和定位孔能够精确配合。目前，国内大型筒形构件的对接装配主要依靠手摇调整，精度差、效率低。同时，由于定位装置自由度的限制，筒形构件的固定主要采用弧形抱箍形式，依靠筒形构件重力保证与抱箍的接触，因此在对接装配过程中存在因为误操作或机械故障导致构件倾覆的可能性，安全性能较差。
发明内容
本发明针对现有技术中托架和抱箍的运动无法完全协调或筒形构件无法与托架整个弧面保持接触，导致筒形构件受压力过大，容易倾覆的缺陷，提出一种具有协调运动功能的大型筒形构件自动对接调姿定位装置，具有协调运动能力强、调姿范围大、对接精度高、具备防倾覆能力、安全性能高的优点，可实现大型筒形构件的六自由度调姿与精确对接装配；大幅降低了大部件对接的难度和安全隐患，提高对接效率，满足装配工艺要求。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括：至少两组分别通过抱箍与待装配大型筒形构件固定连接的定位机构，每组定位机构包括：底盘和设置于底盘上作为y向移动副的横向调姿平台、作为绕z轴被动转动副的转动调姿平台、作为z向移动副的垂直升降平台以及用于支撑抱箍的托架，其中：转动调姿平台与横向调姿平台和垂直升降装置相连。
所述的转动调姿平台上优选设有限位保护装置，进一步优选于托架的两侧各设置一个限位保护装置，该限位保护装置包括：固定设置于转动调姿平台上的底座、竖直设置于底座上的导轨以及活动设置于导轨中的限位滑块，其中：限位滑块上端通过虎克铰与托架相连接并与托架同步垂直运动，该限位滑块沿导轨实现z向移动副，在限制托架俯仰摆动和左右摆动的同时防止调姿过程中的倾覆。
就驱动方式而言，两组定位机构中的横向调姿平台和垂直升降平台均为主动运动副，其余为被动转动副，两个轮对中至少一个为主动移动副。垂直升降平台顶端的虎克铰和底端的转动副均为被动转动副，转动调姿平台为被动转动副，限位装置沿导轨的移动副与上端的虎克铰均为被动副。
技术效果
与现有技术相比，本发明除具备六自由度调姿功能外，实现了托架和环形抱箍的协调摆动，可以保证在整个调姿对接过程中筒形构件与抱箍弧面紧密接触，减小筒形构件受力，防止构件和托架发生倾覆，提高装配效率，提高系统安全性能。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为实施例中多功能定位机构示意图；
图3为实施例中多功能定位机构侧视图；
图4为实施例中多功能定位机构去掉一侧托架后主视图；
图5为实施例中多功能定位机构去掉一侧托架后带抱箍示意图；
图6为实施例中半圆抱箍示意图。
图中：1定位机构、2待装配筒形构件、3抱箍、4底盘、5轨道轮对、6横向调姿平台、7旋转调姿平台、8托架、9垂直升降平台、10限位装置、11横向调姿平台导轨、12横向调姿平台底板、13限位装置支架、14橡胶滚轮、15虎克铰、16旋转调姿平台底板、17旋转调姿平台转轴、18横向调姿平台滑块、19转动铰链、20伺服电动缸、21限位装置滑块、22限位装置导轨、23半圆抱箍、24抱箍螺纹孔。
具体实施方式
如图1和图2所示，本实施例中采用两套带有齿形抱箍3的定位机构1与待调姿筒形构件2固定连接，该定位机构1包括：底盘4、轨道轮对5、横向调姿平台6、旋转调姿平台7、托架8、垂直升降平台9和限位装置10，其中：底盘4之上的轨道轮对5可沿x方向大范围运动；横向调姿平台6可以沿导轨左右直线运动，具有y向调姿功能；旋转调姿平台7下部与横向调姿平台6构成绕z轴的转动副；垂直升降平台9可沿竖直方向直线运动，实现z向调姿功能；托架8实现对抱箍3的支撑，并可以相对垂直升降平台9协调摆动；限位装置10在对接装配的过程中防止托架8发生倾覆。
如图3所示，所述的横向调姿平台包括：横向调姿平台导轨11、横向调姿平台底板12和横向调姿平台滑块18，其中：横向调姿平台导轨11与底盘4相连接，横向调姿平台滑块18与横向调姿平台底板12相连接，形成横向移动副。第一第二定位机构的横向调姿平台均具有丝杠机构驱动，具有y向调姿功能。
如图3所示，所述的旋转调姿平台7包括：旋转调姿平台底板16和旋转调姿平台转轴17，其中旋转调姿平台转轴17与横向调姿平台底板12通过轴承或环形导轨连接，具有绕z轴方向被转动自由度。
如图4所示，所述的垂直升降机构包括：虎克铰15、转动铰链19和伺服电动缸20，其中：两台伺服电动缸20同步伸缩实现待装配筒形构件2的的垂直升降，转动铰链19和虎克铰15实现伺服电动缸20的被动摆动，从而实现托架8和待装配筒形构件2的俯仰摆动和左右摆动。
如图4所示，所述的限位装置包括：限位装置支架13、限位装置滑块21和限位装置导轨22，其中：限位装置支架13固定于旋转调姿平台底板16之上，限位装置导轨22固定于限位装置支架13之上，限位装置滑块21沿限位装置导轨22滑动，与托架8同步垂直方向运动；限位装置滑块21与托架8通过虎克铰15相连接，托架8可以相对于限位装置滑块21俯仰摆动以及左右摆动。同时限位装置滑块21可以防止在托架8俯仰摆动的过程中发生倾覆。
如图5所示，所述的托架8下端通过虎克铰15与两台伺服电动缸20和限位装置滑块21相连接，可以实现被动的俯仰摆动和左右摆动。橡胶滚轮14对称布置于托架8之上，上端与半圆抱箍23相接触，实现对半圆抱箍23的支撑。同时橡胶滚轮14可绕轴线转动，在对接调姿过程中，可以随着半圆抱箍23的调姿被动转动。
如图6所示，所述的半圆抱箍末端加工有抱箍螺纹孔24，通过螺钉将两段半圆抱箍23的连接，实现抱箍的组装与拆卸。
如图1所示，本实施例中的两套定位机构1组成的协同定位装置，主动驱动组合最少具有：其中一组定位装置的轨道轮对、两组定位调姿装置的横向调姿平台、两组定位调姿装置的垂直升降平台以实现主动驱动。
所述的直线导轨滑块组合优选为伺服电机丝杠驱动，主动转动驱动采用伺服电机、减速机和联轴器的形式进行驱动。
基于上述两套定位机构的大型筒形构件装配的对接工艺装备的六自由度调姿的工作原理是：根据调姿要求，利用伺服电机驱动轨道轮对及横向调姿平台和垂直升降平台的六个移动副，使得待调姿筒形构件可以得到六个空间自由度的运动。x方向的直线运动通过驱动其中一组协同定位调姿装置的轮对实现，另外一组的定位调姿装置在x方向从动；绕x方向的转动调姿通过两组调姿装置中同侧的两台伺服电动缸同步运动，而同一调姿装置中的两台伺服电动缸差动实现，此时转动铰链和虎克铰被动转动实现协调运动；y方向的直线运动通过两组协同定位调姿装置的横向调姿平台同步运动实现；绕y方向的转动(俯仰摆动)通过两组协同定位调姿装置的伺服电动缸差动运动实现，此时虎克铰被动转动实现协调运动；z方向的直线运动通过两组协同定位调姿装置的伺服电动缸同步运动实现；绕z方向的转动(左右摆动)通过两组协同定位调姿装置的横向调姿平台差动运动实现，此时旋转调姿平台被动转动实现协调运动。
上述两套定位机构与现有技术相比，具有优势如下：具备被动的俯仰摆动和左右摆动功能，可以实现托架的六自由度协调运动；筒形构件始终与抱箍整个弧面保持接触，防止筒形构件发生倾覆，安全系数高；抱箍拆卸方便，操作简单。
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 (5)

1.一种具有协调运动功能的大型筒形构件自动对接调姿定位装置，其特征在于，包括：至少两组分别通过抱箍与待装配大型筒形构件固定连接的定位机构，每组定位机构包括：底盘和设置于底盘上作为y向移动副的横向调姿平台、作为绕z轴被动转动副的转动调姿平台、作为z向移动副的垂直升降平台以及用于支撑抱箍的托架，其中：转动调姿平台与横向调姿平台和垂直升降装置相连，托架与所述抱箍固定连接；
所述的转动调姿平台上设有限位保护装置，该限位保护装置包括：限位装置支架、限位装置滑块和限位装置导轨，其中：限位装置支架固定于旋转调姿平台底板之上，限位装置导轨固定于限位装置支架之上，限位装置滑块沿限位装置导轨滑动，与托架同步垂直方向运动；限位装置滑块与托架通过虎克铰相连接，托架相对于限位装置滑块俯仰摆动以及左右摆动，限位装置滑块防止在托架俯仰摆动的过程中发生倾覆；
所述的限位装置滑块上端通过虎克铰与托架相连接并与托架同步垂直运动，该限位装置 滑块沿导轨实现z向移动副，在限制托架俯仰摆动和左右摆动的同时防止调姿过程中的倾覆，当采用两组定位机构时，其中的横向调姿平台和垂直升降平台均为主动运动副，其余为被动转动副，两个轨道车底架中至少一个为主动移动副；垂直升降平台顶端的虎克铰和底端的转动副均为被动转动副，转动调姿平台为被动转动副，限位保护装置沿导轨的移动副与上端的虎克铰均为被动副；
所述的抱箍为两个半圆抱箍组成，该半圆抱箍末端加工有抱箍螺纹孔，通过螺钉将两段半圆抱箍连接实现抱箍的组装与拆卸；
所述的底盘底部设有轨道轮以实现沿x向运动，利用伺服电机驱动轨道轮对及横向调姿平台和垂直升降平台的六个移动副，使得待调姿筒形构件可以得到六个空间自由度的运动；
x方向的直线运动通过驱动其中一组协同定位调姿装置的轮对实现，另外一组的定位调姿装置在x方向从动；绕x方向的转动调姿通过两组调姿装置中同侧的两台伺服电动缸同步运动，同一调姿装置中的两台伺服电动缸差动实现，此时转动铰链和虎克铰被动转动实现协调运动；
y方向的直线运动通过两组协同定位调姿装置的横向调姿平台同步运动实现；绕y方向的转动，即俯仰摆动通过两组协同定位调姿装置的伺服电动缸差动运动实现，此时虎克铰被动转动实现协调运动；
z方向的直线运动通过两组协同定位调姿装置的伺服电动缸同步运动实现；绕z方向的转动，即左右摆动通过两组协同定位调姿装置的横向调姿平台差动运动实现，此时旋转调姿平台被动转动实现协调运动。
2.根据权利要求1所述的自动对接调姿定位装置，其特征是，所述的横向调姿平台通过丝杠机构驱动。
3.根据权利要求1所述的自动对接调姿定位装置，其特征是，所述的垂直升降平台通过转动副与转动调姿平台相连以实现俯仰被动摆动。
4.根据权利要求1所述的自动对接调姿定位装置，其特征是，所述的托架下端通过虎克铰与垂直升降平台相连以实现俯仰被动摆动和左右被动摆动。
5.根据权利要求1所述的自动对接调姿定位装置，其特征是，所述的托架的两侧各设置一个限位保护装置。
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