CN108372935B - 一种大范围移动和自动导航的调姿对接系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大范围移动和自动导航的调姿对接系统，包括自动导航车、调姿机构、测量系统以及集成控制系统，所述的测量系统与所述的集成控制系统通讯连接，所述的调姿机构与所述的集成控制系统可控连接；所述的调姿机构设置在自动导航车上的床身上，所述的自动导航车上的床身上设置有撑杆定位机构以定位支撑调姿机构。本发明通过自主导航式调姿对接系统，达到产品零部件的长距离运输和近距离精确调整、定位和对接的目的，解决调姿对接系统的长距离自动导航运输和近距离精确调姿定位和对接问题。

Description

一种大范围移动和自动导航的调姿对接系统及方法

技术领域

本发明涉及航空航天飞行器自动化装配技术领域，特别是涉及一种大范围移动和自动导航的调姿对接系统及方法。

背景技术

中国专利CN201010545364.X公开了一种名为基于四个数控定位器、调姿平台和移动托架的飞机部件调姿、对接系统及方法的专利，公开了一种基于四个数控定位器、调姿平台和移动托架的飞机部件调姿、对接系统及方法。系统包括：移动托架、调姿平台、数控定位器、数控定位器组导轨、上位机、球铰连接和激光跟踪仪。该发明与固定式在地基上的三坐标数控定位器结构形式的调姿对接系统。

大范围移动、自动导航的调姿平台一般通过自动导航移动车长距离运动，运动到位后，通过导航移动车的撑杆定位机构，定位、支撑整个调姿对接系统，调姿对接系统再通过测量系统、电气系统和软件集成控制系统精确调整和定位产品零部件。

现有固定式调姿对接系统固定在专用装配厂房，占住使用场地，对于部分使用频率不高的调姿对接系统，浪费车间使用场地。固定式调姿对接系统通用性差，在专用区域只针对特定零部件进行装配，扩展性差。同时自动导航移动车因气垫驱动或全向轮驱动，定位精度低。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种大范围移动和自动导航的调姿对接系统及方法。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种大范围移动和自动导航的调姿对接系统，包括自动导航车、调姿机构、测量系统以及集成控制系统，所述的测量系统与所述的集成控制系统通讯连接，所述的调姿机构与所述的集成控制系统可控连接；

所述的调姿机构设置在自动导航车上的床身上，所述的自动导航车上的床身上设置有撑杆定位机构以定位支撑调姿机构。

所述的调姿机构采用并联结构形式，包括六组调节机构，每组调节机构分别包括，

定平台，其受驱动可沿水平纵向或横向平动地设置在导航移动车的床身上，

动平台，用以与待移动部件固定连接，

自适应连接杆，其能绕其轴向自适应转动，其上端、下端分别通过铰接轴与动平台和定平台铰接。

在所述的床身或基板上设置有平行设置的导轨，所述的定平台通过滑块设置在所述的导轨上，同时，所述的定平台由驱动电机带动的滚珠丝杠机构驱动。

所述的导轨为三组，每组导轨上设置有两个分别单独驱动的定平台。

所述的调姿机构采用3个或3个以上的三坐标数控定位器结构，所述的三坐标数控定位器由三轴独立电机驱动。

所述的三坐标数控定位器包括底座、两个水平运动组件、一个垂直运动组件和接头组件，底座与导航移动车的床身连接，接头组件通过工艺球头与产品零件或带产品零件的保形架连接。

所述的撑杆定位机构包括竖直设置且与所述的车身或基板固定连接的电动缸或液压缸，与所述的电动缸或液压缸输出端固定连接且用以与地面定位并支撑的撑脚。

所述的测量系统为激光跟踪仪、iGPS或激光投影定位仪。

一种所述的大范围移动和自动导航的调姿对接系统的控制方法，其特征在于，包括，

导航移动车将产品零部件自动运输到目标件附近；

撑杆定位机构与地面支撑定位；

测量系统通过测量床身、调姿机构、产品零部件和目标件上的测量点，采集、分析测量数据，建立调姿对接装配坐标系，确定产品零部件和目标件的姿态，提供数据供集成控制系统计算分析分析调姿路径；

集成控制系统收集测量数据，通过轨迹规划算法算出产品零部件和目标件当前姿态及产品零部件需要调整的姿态，把产品零部件姿态的数据分配到调姿机构各个驱动部驱动进行调姿。

调姿对接完成后，输出各种文档形式的结果报表。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过自主导航式调姿对接系统，达到产品零部件的长距离运输和近距离精确调整、定位和对接的目的，解决调姿对接系统的长距离自动导航运输和近距离精确调姿定位和对接问题。

附图说明

图1所示为本发明的大范围移动和自动导航的调姿对接系统调整装置采用并联机构的正视图；

图2所示为图1所示的结构视图；

图3所示为本发明的大范围移动和自动导航的调姿对接系统调整装置采用定位器结构的正视图；

图4所示为图3所示的结构视图；

图5为数控定位器机结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明涉及的一种大范围移动和自动导航的调姿对接系统，用于航空航天领域中飞机、导弹或火箭等零部件的大范围移动、自动导航到目标件相对位置，并与目标件调姿对接的数字化、自动化部装或总装装配过程。

如图1-2所示，本发明的大范围移动和自动导航的调姿对接系统包括调姿机构1和测量系统2以及集成控制系统；所述的测量系统与所述的集成控制系统通讯连接，所述的调姿机构与所述的集成控制系统可控连接，其中，所述的测量系统为激光跟踪仪、iGPS或激光投影定位仪等。

所述的调姿装置包括具有行走轮13的导航移动车11，设置在导航移动车上的调姿机构，用以定位支撑的撑杆定位机构12，

所述的调姿机构采用并联结构时，包括六组调节机构，每组调节机构分别包括，定平台41，其受驱动可沿水平方向平动地设置在导航移动车的车身上；动平台43，用以与待移动部件5固定连接；自适应连接杆44，上端和下端分别通过铰接轴42与动平台和定平台铰接，其中，六组调节机构的动平台固定连接在一起作为承载平台，待移动部件5与动平台43固定连接，调姿过程调姿机构与待移动部件5通过自适应连接杆、铰接轴42实现自适应旋转，调整位姿。所述的自适应连接杆包括两端的竖直转轴和中间自适应转轴，其可进行绕自轴转动以适应下端和上端的运动调节。

本发明的调姿对接系统，利用并行设置的六组调节机构，每组调节结构具有纵向或横向移动的自动度，通过下载架的铰接，可满足待移动部件的多自由度定位控制，整体结构简单，控制便利。

具体地说，在所述的车身或相对车身固定的基板上设置有平行设置的导轨45，所述的定平台41通过滑块设置在所述的导轨上，同时，所述的定平台41由驱动电机46带动的滚珠丝杠机构驱动。优选地，所述的导轨为三组，每组导轨上设置有两个分别单独驱动的定平台41。

本发明采用导轨配合滚珠丝杠驱动的方式，定位精确，采用两组串联的方式，串并相结合，减少整体体积，控制更为便利，而且保证两侧支撑，避免控制意外或者运行不当。

如图3-5所示，所述的调姿机构还可采用三坐标数控定位器，数控定位器三轴独立电机驱动， 3个或3个以上的数控定位器组成调姿机构。

所述的三坐标数控定位器由底座31、两个水平运动组件32和33、一个垂直运动组件34以及接头组件35组成。底座31与自动导航车的床身连接，接头组件35通过工艺球头与产品零件或带产品零件的保形架连接。

其中，水平运动组件和垂直运动组件分别由导轨导向，电机驱动丝杠沿导轨方向直线运动，两个水平运动组件的运行方向相垂直，一个沿横向一个沿纵向，具体来说，水平运动组件包括设置在底座31上的导轨，通过滑块与所述的导轨配合的中间座板，以及固定在底座31上且通过丝杠驱动所述的中间座板前后移动的电机，所述的水平组件33包括设置在中间座板31上的导轨，设置在中间座板31上部且通过滑块与所述的导轨配合的上座板，以及固定设置在中间座板上且通过丝杠驱动所述的上座板左右移动的电机，所述的垂直运动组件34包括与上座板固定连接的外箱体，设置在外箱体内且通过轨道滑块机构设置的内箱体，以及通过丝杠驱动所述的内箱体相对外箱体垂直升降的电机，通过电机驱动即可实现内箱体的垂直升降，所述的接头组件固定设置在内箱体顶部。

同时，在中间座板、上座板和内箱体上分别设置有光栅尺以实时反馈数控定位器位置，在控制运行到预定位置后，通过电机掉电抱闸锁定数控定位器当前位置。

其中，所述支撑杆定位机构12包括竖直设置且与所述的车身或基板固定连接的电动缸或液压缸，与所述的电动缸或液压缸输出端固定连接且用以与地面定位并支撑的撑脚，采用多个撑杆定位机构，在运行到预定位置，利用相对地面的直接支撑，克服导航移动车自身定位不准产生的各种误差，提高后续对接的控制性。

同时，本发明还公开了一种大范围移动和自动导航的调姿对接系统的控制方法，包括，

1）导航移动车将产品零部件，如飞机、导弹或火箭等零部件等自动运输到目标件附近，目标件7由如图所示的固定支撑架3定位；导航移动车可采用气垫车结构形式利用气浮原理使移动机构浮动在地面上运动；也可采用全向轮结构形式利用电机驱动式的导航移动车在地面运动，运行中通过光学与磁性导引、电磁感应导引、激光导引、视觉引导等导航方式，保证运行和停止位置的精准性，

2） 撑杆定位机构与地面支撑定位；可采用电动缸或液压缸结构支撑形式，通过撑脚与地面定位并支撑调姿机构、产品零部件。撑杆定位机构可直接将导航移动车整体指正定位，或者仅将承载调姿机构的基板进行支撑，使调姿机构脱离导航移动车的车身，这就杜绝可能存在的干扰，提高定位精准度。

3）测量系统，如激光跟踪仪、iGPS或激光投影定位仪通过测量床身、调姿机构、产品零部件和目标件上的测量点，采集、分析测量数据，建立调姿对接装配坐标系，确定产品零部件和目标件的姿态，提供数据供集成控制系统计算分析分析调姿路径；

4）集成控制系统收集测量数据，通过轨迹规划算法算出产品零部件和目标件当前姿态及产品零部件需要调整的姿态，把产品零部件姿态的数据分配到调姿机构各个驱动部，即驱动各个电机、电机主轴等协同运动，使得产品零部件姿态与目标件姿态一致，实现产品零部件与目标件姿态的调姿对接装配，其中，所述的集成控制系统采用西门子Simotion运动控制系统、西门子D控制系统、科尔摩根运动控制系统或倍福控制系统，通过集成控制系统计算分配到各个轴的运动数据，驱动调姿机构各个运动轴协同运动达到调姿、定位和对接。

5）调姿对接完成后，输出各种文档形式的结果报表。

本发明通过自主导航式调姿对接系统，达到产品零部件的长距离运输和近距离精确调整、定位和对接的目的，解决调姿对接系统的长距离自动导航运输和近距离精确调姿定位和对接问题。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种大范围移动和自动导航的调姿对接系统，其特征在于，包括自动导航车、调姿机构、测量系统以及集成控制系统，所述的测量系统与所述的集成控制系统通讯连接，所述的调姿机构与所述的集成控制系统可控连接；

所述的调姿机构设置在自动导航车上的床身上，所述的自动导航车上的床身上设置有撑杆定位机构以定位支撑调姿机构；

所述的调姿机构采用并联结构形式，包括六组调节机构，每组调节机构分别包括，

定平台，其受驱动可沿水平纵向或横向平动地设置在自动导航车的床身上，

动平台，用以与待移动部件固定连接，

自适应连接杆，其能绕其轴向自适应转动，其上端、下端分别通过铰接轴与动平台和定平台铰接；

所述的自适应连接杆包括两端的竖直转轴和中间自适应转轴。

2.如权利要求1所述的大范围移动和自动导航的调姿对接系统，其特征在于，在所述的床身或基板上设置有平行设置的导轨，所述的定平台通过滑块设置在所述的导轨上，同时，所述的定平台由驱动电机带动的滚珠丝杠机构驱动。

3.如权利要求2所述的大范围移动和自动导航的调姿对接系统，其特征在于，所述的导轨为三组，每组导轨上设置有两个分别单独驱动的定平台。

4.如权利要求1所述的大范围移动和自动导航的调姿对接系统，其特征在于，所述的调姿机构采用3个或3个以上的三坐标数控定位器结构，所述的三坐标数控定位器由三轴独立电机驱动。

5.如权利要求4所述的大范围移动和自动导航的调姿对接系统，其特征在于，所述的三坐标数控定位器包括底座、两个水平运动组件、一个垂直运动组件和接头组件，底座与自动导航车的床身连接，接头组件通过工艺球头与产品零件或带产品零件的保形架连接。

6.如权利要求1所述的大范围移动和自动导航的调姿对接系统，其特征在于，所述的撑杆定位机构包括竖直设置且与所述的床身或基板固定连接的电动缸或液压缸，与所述的电动缸或液压缸输出端固定连接且用以与地面定位并支撑的撑脚。

7.如权利要求1所述的大范围移动和自动导航的调姿对接系统，其特征在于，所述的测量系统为激光跟踪仪、iGPS或激光投影定位仪。

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