CN108032049A - 大型薄壁筒形构件自动对接装配的柔性定位装置 - Google Patents

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张壮
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陈根良
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Abstract

一种大型薄壁筒形构件自动对接装配的柔性定位装置，包括：底盘、活动设置于底盘上的至少两对垂向支撑机构、位于垂向支撑机构上的动平台和柔性托架，其中：每个垂向支撑机构与底盘之间通过二维滑轨连接以实现平面独立运动，垂向支撑机构与动平台通过球窝方式连接，从而实现对动平台及其柔性托架的六自由度调姿。本装置具有柔顺性能高、移动能力强、操作精度高、自动化程度高、运动范围大等特点，并具有称重与质心测量等功能，可实现大型薄壁构件的精准对接装配。本发明大幅降低了大部件对接的难度和安全隐患，在提高对接效率和对接精度的同时，可有效保护对接部件，满足装配质量要求。

Description

大型薄壁筒形构件自动对接装配的柔性定位装置
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薄壁筒形构件自动对接装配的六自由度柔性定位装置。
背景技术
目前，国内大型薄壁部件装配对接大多数仍依靠目视和手摇实现。通常两部件被分别放在托架或拖车平台上，两部件对接环面上有一圈对应的孔销配合结构。推动一部件缓慢靠近另一部件，观察并手动调整对应孔销姿态，对准后插入。这种方法使得对接面孔销配合精度低，装配应力大，影响疲劳强度，效率低。且在实际工作中，装配设备柔顺性较差，易对装配部件造成一定的伤害。针对此问题，设计一种适用于大型薄壁筒形构件自动对接装配的六自由度柔性定位装置。
发明内容
本发明针对现有技术中对接精度不高、柔顺性较差，容易造成薄壁件损害的缺陷，提出一种大型薄壁筒形构件自动对接装配的柔性定位装置，具有柔顺性能高、移动能力强、操作精度高、自动化程度高、运动范围大等特点，并具有称重与质心测量等功能，可实现大型薄壁构件的精准对接装配。本发明大幅降低了大部件对接的难度和安全隐患，在提高对接效率和对接精度的同时，可有效保护对接部件，满足装配质量要求。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括：底盘、活动设置于底盘上的至少两对垂向支撑机构、位于垂向支撑机构上的动平台和柔性托架，其中：每个垂向支撑机构与底盘之间通过二维滑轨连接以实现平面独立运动，垂向支撑机构与动平台通过球窝方式连接，从而实现对动平台及其柔性托架的六自由度调姿。
所述的二维滑轨包括：设置于底盘上的导轨滑块、与导轨滑块固定连接的轴向移动平台、滑动设置于轴向移动平台上的横向移动平台，其中：横向移动平台与垂向支撑机构固定连接以实现其在平面上的独立运动。
所述的独立运动通过分别设置于底盘与轴向移动平台之间、轴向移动平台与横向移动平台之间的动力装置实现。
所述的垂向支撑机构包括：垂向支撑塔、竖直设置于垂向支撑塔上的动力装置及其支撑球铰座，其中：动力装置驱动支撑球铰座在竖直方向上下运动，支撑球铰座与动平台通过球窝方式连接。
所述的柔性托架包括：抱箍、一对钢结构托架板、曲面滚子和连接件，其中：曲面滚子通过连接件与两侧的钢结构托架板相连接，抱箍底部与两个曲面滚子相接触。
所述的抱箍的上表面设有一层毛毡，以减轻与待装配部件的刚性接触。
所述的曲面包括双曲面或球面，该曲面滚子通过其几何形状与抱箍底部实现多点可调整式接触，进而实现三个方向的转动顺应性。
所述的底盘上设有承重安全支柱，该承重安全支柱包括：高度可调安全立柱、六维力传感器，其中：六维力传感器设置于高度可调安全立柱的顶部。
所述的承重安全支柱上进一步设有用于缓冲保护的防撞垫。
技术效果
与现有技术相比，本发明同时采用了曲面(双曲面、球面)滚子、球窝、硬质橡胶等结构及材料，大幅度提高了调姿装备的柔顺性，降低装配过程中对待装配部件的损伤，提高对接质量与安全性；本发明提高了对接装备自身移动能力，减少装配车间中桁车等装备的使用，提高了装配效率与安全性；本发明能实现构件自动化六自由度调姿功能运动范围大，同时可借助激光跟踪仪进行测量，取代现有目视手摇调姿，自动化程度高，调姿精度高。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明的侧视图；
图3为本发明中动力装置结构图；
图4为本发明中支撑球铰座的结构示意图；
图5为本发明中柔性托架的结构示意图；
图6为本发明中曲面滚子支撑柔性托架的结构示意图；
图7为本发明中曲面滚子支撑柔性托架的结构侧视图；
图8为本发明中曲面滚子的结构示意图；
图9为本发明中承重安全支柱的结构示意图；
图中：移动底车1、导轨滑块2、轴向移动平台3、横向移动平台4、垂向支撑塔5、动力装置6、支撑球铰座7、动平台8、柔性托架9、承重安全支柱10、电机11、减速机12、丝杠组件13、球柱14、硬质橡胶15、支撑三角座16、抱箍17、毛毡18、托架板19、曲面滚子20、连接件21、高度可调安全立柱22、六维力传感器23、防撞垫24。
具体实施方式
如图1和图2所示，本实施例移动底车1、导轨滑块2、轴向移动平台3、横向移动平台4、垂向支撑塔5、动力装置6、支撑球铰座7、动平台8、柔性托架9和承重安全支柱10，其中：移动底车1、轴向移动平台3、横向移动平台4之间通过动力装置6依次连接，垂向支撑塔5与横向移动平台4刚性连接，垂向支撑塔5与支撑球铰座7之间通过动力装置6相连接，支撑球铰座7与动平台8之间以球窝方式相连接，柔性托架9放置在动平台8上方并刚性连接，承重安全支柱10与移动底车1刚性连接。
如图3所示，所述的动力装置6包括：电机11、减速机12、丝杠组件13，其中：电机11与减速机12相连接对丝杠进行驱动，丝杠组件13与轴向移动平台3、横向移动平台4或动平台8相连接以提供运动。
根据驱动优选，当采用四个垂向支撑机构时，每个垂向支撑机构中设有一个动力装置，底盘与轴向移动平台之间、轴向移动平台与横向移动平台之间同时设有动力装置，则共八个动力装置且在底盘上按3-2-2-1方式布置。
如图4所示，所述的支撑球铰座7包括：球柱14、硬质橡胶15、支撑三角座16，其中：支撑三角座16的侧面与动力装置6上的导轨滑块2相连接，支撑三角座16的上端面与球柱14相连接，球柱14的下端与支撑三角座16通过一层硬质橡胶15相连接，以防刚性连接所带来的内应力损伤。球柱14上端为球铰。
如图5、图6所示，所述的柔性托架9包括：抱箍17、毛毡18、托架板19、曲面(双曲面、球面)滚子20和连接件21，其中：托架板19由钢板拼接而成，曲面滚子20通过连接件21与两边托架板相连接，抱箍17底部与两个曲面滚子20相接触，抱箍17上表面需要铺上一层毛毡18，以减轻与待装配部件的刚性接触。
如图6～8所示，所述的曲面滚子20通过其几何形状的特殊顺应性，可与抱箍17底部实现多点可调整式接触，进而提高在装配过程中调姿装备的整体柔顺性。
如图9所示，所述的承重安全支柱10包括：高度可调安全立柱22、六维力传感器23、防撞垫24，其中：六维力传感器23固定于高度可调安全立柱22上方，防撞垫24可在动平台意外掉落时起到缓冲保护作用。
所述的承重安全支柱10数量为4个，均布于动平台8下方。当动平台8通过动力装置6驱动下降至最低点时，动平台8会落在4个承重安全支柱10所形成的支撑面上并与支撑球铰座7相脱离，此时通过读取承重安全支柱10上六维力传感器23所测数据并加以分析处理，即可实现对待装配部件的称重以及通过传感器的数据计算质心等功能。
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 (10)

1.一种大型薄壁筒形构件自动对接装配的柔性定位装置，其特征在于，包括：底盘、活动设置于底盘上的至少两对垂向支撑机构、位于垂向支撑机构上的动平台和柔性托架，其中：每个垂向支撑机构与底盘之间通过二维滑轨连接以实现平面独立运动，垂向支撑机构与动平台通过球窝方式连接，从而实现对动平台及其柔性托架的六自由度调姿。
2.根据权利要求1所述的柔性定位装置，其特征是，所述的二维滑轨包括：设置于底盘上的导轨滑块、与导轨滑块固定连接的轴向移动平台、滑动设置于轴向移动平台上的横向移动平台，其中：横向移动平台与垂向支撑机构固定连接以实现其在平面上的独立运动。
3.根据权利要求2所述的柔性定位装置，其特征是，所述的独立运动通过分别设置于底盘与轴向移动平台之间、轴向移动平台与横向移动平台之间的动力装置实现。
4.根据权利要求1所述的柔性定位装置，其特征是，所述的垂向支撑机构包括：垂向支撑塔、竖直设置于垂向支撑塔上的动力装置及其支撑球铰座，其中：动力装置驱动支撑球铰座在竖直方向上下运动，支撑球铰座与动平台通过球窝方式连接。
5.根据权利要求1所述的柔性定位装置，其特征是，所述的柔性托架包括：抱箍、一对钢结构托架板、曲面滚子和连接件，其中：曲面滚子通过连接件与两侧的钢结构托架板相连接，抱箍底部与两个曲面滚子相接触。
6.根据权利要求1所述的柔性定位装置，其特征是，所述的抱箍的上表面设有一层毛毡，以减轻与待装配部件的刚性接触。
7.根据权利要求1所述的柔性定位装置，其特征是，所述的曲面包括双曲面或球面，该曲面滚子通过其几何形状与抱箍底部实现多点可调整式接触，进而实现三个方向的转动顺应性。
8.根据权利要求1所述的柔性定位装置，其特征是，所述的底盘上设有承重安全支柱，该承重安全支柱包括：高度可调安全立柱、六维力传感器，其中：六维力传感器设置于高度可调安全立柱的顶部。
9.根据权利要求1所述的柔性定位装置，其特征是，所述的承重安全支柱上进一步设有用于缓冲保护的防撞垫。
10.根据权利要求1所述的柔性定位装置，其特征是，当采用四个垂向支撑机构时，每个垂向支撑机构中设有一个动力装置，底盘与轴向移动平台之间、轴向移动平台与横向移动平台之间同时设有动力装置，则共八个动力装置且在底盘上按3-2-2-1方式布置。
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