CN109896410A - 一种四自由度立式安装平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种四自由度立式安装平台，包括支撑平台、卷扬驱动系统、吊具支撑板、吊具、位姿调整机构、导轨安装板、导轨和滑块。支撑平台包括斜铁、扶梯、导轨固定架和操作平台；卷扬驱动系统包括卷扬机、导向滑轮、牵引绳和吊环，卷扬机共两组，分别置于支撑平台一级和二级平台上；位姿调整机构包括吊耳、位置调整支架和两组对称布置的X、Y移动调节台，X、Y移动调节台主要包括底板、四根导轨、四个滑块、工作台、连接杆及四组驱动装置，驱动装置包括伺服电机、联轴器、抱闸、减速器及滚珠丝杠；连接机构包括手轮、连接杆承力架、连接杆、伸缩弹簧和压板；导轨共两条，对称安装在导轨安装板上，且末端有机械限位挡块。

Description

一种四自由度立式安装平台

技术领域

本发明涉及大部件装配技术，特别是一种用于大型装配的四自由度立式安装平台。

背景技术

航天卫星的制造过程中，卫星舱和卫星本体的装配是一个费时费力的环节，由于卫星舱和卫星本体重达上吨，且尺寸轮廓较大，多为几米高，其上附有大量高精密电子元件，将其装配在一起很容易由于操作不当造成零部件的磕碰或损坏，给生产造成严重损失。当前通过众多人力共同完成两者的装配，且耗费较长时间，生产效率极低，与高精度和自动化装配的现代化技术发展的方向相违背。并且当前对于大型件的装配技术多为卧式装配，在装配时自身重力往往对彼此的影响不可忽略，对工艺的要求更为苛刻。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种四自由度立式安装平台，通过卷扬驱动系统牵引吊具完成对卫星舱垂向运动，具体地，通过卷扬驱动系统牵引位置调整支架上吊耳完成对位姿调整机构的垂向运动；通过对称布置于位置调整支架的驱动机构以及卷扬驱动系统完成两转、两移的四自由度调姿运动；通过连接机构完成调姿机构与装配件的连接；通过卷扬驱动系统布置位置使得负载整体重心向支撑平台偏移；本发明具有结构紧凑、工作范围大、位姿调整灵活、操作简单，装配效率高，其能够广泛应用于大部件的自动化装配。

本发明的技术方案如下：

一种四自由度立式安装平台，其包括支撑平台、卷扬驱动系统、吊具支撑板、吊具、位姿调整机构、导轨安装板以及导轨滑块系统；所述吊具固定至所述吊具支撑板，所述吊具支撑板与所述支撑平台固连，所述卷扬驱动系统设置在所述支撑平台上，所述卷扬驱动系统包括第一卷扬驱动系统和第二卷扬驱动系统，所述第一卷扬驱动系统与所述吊具相连以控制负载的升降；所述第二卷扬驱动系统与所述位姿调整机构相连以控制所述位姿调整机构的升降；所述导轨滑块系统包括导轨和滑块，所述滑块在所述导轨上移动；所述导轨通过所述导轨安装板安装至所述支撑平台上；所述吊具支撑板连接至设置所述导轨滑块系统的支撑平台的侧面，所述位姿调整机构通过所述导轨滑块系统与所述支撑平台相连，所述位姿调整机构设置在所述吊具支撑板的下方，所述位姿调整机构随着所述滑块在所述导轨上竖直移动。

优选地，所述支撑平台包括斜铁、扶梯、导轨固定架和操作平台，所述支撑平台固定于地面且其上具有所述扶梯和所述操作平台；所述斜铁设置在所述支撑平台的下部，对所述支撑平台进行整体调平；所述扶梯设置在所述支撑平台的一侧，所述扶梯包括两部分，其分别设置在所述支撑平台的第一部分和第二部分；所述导轨固定架设置在与所述扶梯所在的支撑平台的侧面相邻的所述扶梯第二部分的侧面以支撑所述导轨以及负载；所述操作平台位于所述支撑平台中一侧，并在所述导轨支撑架的下部以便装配对接过程中直接进行人工观察或操作。

优选地，所述支撑平台采用槽钢和方钢焊接而成，其中四根主承力立柱为两根面对面的槽钢焊接组成。

优选地，所述卷扬驱动系统包括卷扬机、导向滑轮、牵引绳以及吊环，所述卷扬机分别置于所述支撑平台第一部分的上表面和所述支撑平台第二部分的上表面，即所述支撑平台一级和二级平台上；与负载直接相连的第一卷扬驱动系统的第一卷扬机位于二级支撑平台上，通过所述导向滑轮的第一牵引绳的第一端与所述第一卷扬机相连，所述第一牵引绳的第二端通过所述吊环与所述吊具相连，第一伺服电机通过第一减速器驱动第一卷扬筒旋转，第一卷扬筒收放第一牵引绳，第一牵引绳通过吊具实现负载的升降；

与调姿机构直接相连的第二卷扬驱动系统的第二卷扬机位于一级支撑平台上，通过所述导向滑轮进行的第二牵引绳第一端与第二卷扬机相连，第二牵引绳的第二端通过所述吊耳与所述位姿调整机构相连，第二伺服电机通过第二减速器驱动第二卷扬筒旋转，第二卷扬筒收放第二牵引绳，第二牵引绳通过调姿机构的位置调整支架上的吊耳实现调姿机构的升降；所述吊具支撑板与所述支撑平台固连，其上装有用于起吊负载的所述导向滑轮。

优选地，各导轨上分别安装两个滑块，共2条直线导轨，通过所述滑块与位置调整支架进行连接，升降导轨对称安装在导轨安装板上，且末端有机械限位挡块，防止所述滑块与所述导轨分离。

优选地，所述位姿调整机构包括吊耳、位置调整支架和两组对称布置的X、Y移动调节台，所述X、Y移动调节台包括底板、四根导轨、四个滑块、工作台、连接杆及四组驱动装置，所述驱动装置包括伺服电机、联轴器、抱闸、减速器及滚珠丝杠，所述X、Y移动调节台中X向移动机构包括第三伺服电机、第一联轴器、第三减速器、第一滚珠丝杠、第二导轨和第二滑块，X向移动机构通过第三伺服电机驱动带动第一滚珠丝杠转动，带动第二滑块在第二导轨上水平移动，完成X方向水平位姿调整；Y向移动机构包括第四伺服电机、第二联轴器、第四减速器、第二滚珠丝杠、第三导轨和第三滑块，Y向移动机构通过第四伺服电机驱动带动第二滚珠丝杠转动，带动第三滑块在第三导轨上水平移动，完成Y方向的水平位姿调整，其中X、Y向移动机构呈交叉垂直分布，且叠加布置于位姿调整支架上，所述两组X、Y移动调节台同向运动可以完成负载的X、Y方向的移动调姿，两组X、Y移动调节台的Y向运动若为反向运动则可以完成负载的绕Z轴旋转调姿，此时位姿调整机构完成了两移、一转的三自由度调姿，结合卷扬驱动系统可以带动负载竖直上下运动，即整体可完成两转、两移的四自由度调姿对接。

优选地，所述吊耳共四组，均布在位姿调整支架两侧，其配置用于第二卷扬驱动系统能通过牵引绳与所述吊耳相连，带动位姿调整机构完成竖直方向移动。

优选地，连接机构包括手轮、连接杆承力架、连接杆、伸缩弹簧和压板；所述连接机构通过连接杆承力架与X、Y移动调节台固定连接。

优选地，所述连接杆为阶梯轴，所述连接杆的下部与所述伸缩弹簧连接，通过所述压板将所述伸缩弹簧装配在连接杆承力架内部，使得所述连接杆能在所述连接杆承力架微量调整，所述连接杆的上端与所述手轮相连，通过所述手轮转动能带动所述连接杆在连接杆承力架上转动。

优选地，所述连接杆下端为销结构，所述连接杆上端为螺纹，通过上端的螺纹部分将负载和所述位姿调整机构连接在一起；为了保证所述位姿调整机构与负载的可靠连接，所述连接杆承力架与所述X、Y移动调节台固定连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明采用串并混联机构，结构紧凑，能够完成两个方向的转动以及两个方向的移动自由度。

(2)本发明能够完成立式调姿，且精度高、误差小，在上下运动范围大，调姿范围广。

(3)本发明的支撑平台通过斜铁与地面连接，可用于对支撑平台整体的调平，且其上具有爬梯和操作平台，便于操作人员施工。

(4)本发明的卷扬驱动有两组，既可以单独运动，又能同步运动，可操作性强。

(5)本发明的卷扬驱动系统位于二级支撑平台上，使得负载悬臂重心向支撑平台方向偏移，负载能力强，可靠性和安全性更高，同样满足大型装配件的装配调姿。

附图说明

图1为根据本发明的四自由度立式安装平台的总体结构示意图；

图2为根据本发明的四自由度立式安装平台的支撑平台机构的结构示意图；

图3为根据本发明的四自由度立式安装平台的位姿调整机构的结构示意图；以及

图4为根据本发明的四自由度立式安装平台的连接机构的结构示意图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本发明的示例性实施例、特征和性能方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

如图1至图4所示，根据本发明的一种四自由度立式安装平台，其配置用于大型立式装配，具体地，其包括支撑平台1、卷扬驱动系统2、吊具支撑板5、吊具6、位姿调整机构7、导轨安装板8以及导轨滑块系统9。卷扬驱动系统2设置在支撑平台1上，卷扬驱动系统2包括第一卷扬驱动系统和第二卷扬驱动系统，第一卷扬驱动系统与吊具6相连，其配置用于控制负载的升降；第二卷扬驱动系统与位姿调整机构7相连，其配置用于控制位姿调整机构7的升降。导轨滑块系统包括导轨和滑块，滑块在导轨上移动。导轨通过导轨安装板8安装至支撑平台1上。全文中位姿调整机构为调姿机构。

吊具6固定至吊具支撑板5上，吊具支撑板5与支撑平台1固连，优选地，吊具支撑板5连接至设置导轨滑块系统9的支撑平台的侧面，位姿调整机构7通过导轨滑块系统9与支撑平台1相连，位姿调整机构7设置在吊具支撑板5的下方，位姿调整机构7随着滑块在导轨上竖直移动。

如图2所示，支撑平台1包括斜铁11、扶梯12、导轨固定架13和操作平台14，支撑平台1固定于地面，起到总体支撑作用，且其上具有扶梯12和操作平台14，便于操作人员施工；斜铁11设置在支撑平台1的下部，其配置用于对支撑平台1进行整体调平；扶梯12设置在支撑平台1的一侧，扶梯12包括两部分，其分别设置在支撑平台1的第一部分和第二部分上；优选地，导轨固定架13设置在与扶梯12所在的支撑平台的侧面相邻的扶梯第二部分的侧面，其配置用于支撑导轨以及负载。

操作平台14位于支撑平台1一侧，并在导轨固定架13的下部，其配置用于在装配对接过程中，可以直接进行人工观察或操作。

优选地，支撑平台1采用槽钢和方钢焊接而成，其中四根主承力立柱都是由两根面对面的槽钢焊接组成。

优选地，位姿调整机构7升降的电机为力矩电机。当吊具6与负载连接后，位姿调整机构7与负载同步升降。

卷扬驱动系统2包括卷扬机、导向滑轮4、牵引绳3、以及吊环，卷扬机分别置于支撑平台第一部分的上表面和支撑平台第二部分的上表面，即支撑平台一级和二级平台上；与负载直接相连的第一卷扬驱动系统的第一卷扬机位于二级支撑平台上，通过导向滑轮4的第一牵引绳的第一端与第一卷扬机相连，第一牵引绳3的第二端通过吊环与吊具6相连，第一伺服电机通过第一减速器驱动第一卷扬筒旋转，第一卷扬筒收放第一牵引绳，第一牵引绳通过吊具6实现负载的升降。

与调姿机构直接相连的第二卷扬驱动系统的第二卷扬机位于一级支撑平台上，通过导向滑轮4进行的第二牵引绳3第一端与第二卷扬机相连，第二牵引绳3的第二端通过吊耳与位姿调整机构7相连，第二伺服电机通过第二减速器驱动第二卷扬筒旋转，第二卷扬筒收放第二牵引绳，第二牵引绳通过调姿机构的位置调整支架上的吊耳实现调姿机构的升降；吊具支撑板5与支撑平台1固连，其上装有用于起吊负载的导向滑轮4。导轨滑块系统9通过导轨安装板8固定在支撑平台1上，优选地，为保证位姿调整机构7的平稳运动及足够的刚度，选择一个导轨上安装两个滑块，共2条直线导轨，通过滑块与位置调整支架进行连接，升降导轨对称安装在导轨安装板8上，且末端有机械限位挡块，防止滑块与导轨分离。

如图3所示，位姿调整机构7包括吊耳71、位置调整支架72和两组对称布置的X、Y移动调节台73，X、Y移动调节台73包括底板、四根导轨、四个滑块、工作台、连接杆及四组驱动装置，驱动装置包括伺服电机、联轴器、抱闸、减速器及滚珠丝杠，X、Y移动调节台73中X向移动机构包括第三伺服电机、第一联轴器、第三减速器、第一滚珠丝杠、第二导轨和第二滑块，X向移动机构通过第三伺服电机驱动带动第一滚珠丝杠转动，带动第二滑块在第二导轨上水平移动，完成X方向水平位姿调整；Y向移动机构包括第四伺服电机、第二联轴器、第四减速器、第二滚珠丝杠、第三导轨和第三滑块，Y向移动机构通过第四伺服电机驱动带动第二滚珠丝杠转动，带动第三滑块在第三导轨上水平移动，完成Y方向的水平位姿调整，其中X、Y向移动机构呈交叉垂直分布，且叠加布置于位姿调整支架72上，两组X、Y移动调节台同向运动可以完成负载的X、Y方向的移动调姿，两组X、Y移动调节台的Y向运动若为反向运动则可以完成负载的绕Z轴旋转调姿，此时位姿调整机构7完成了两移、一转的三自由度调姿，结合卷扬驱动系统2可以带动负载竖直上下运动，即整体可完成两转、两移的四自由度调姿对接。吊耳71共四组，均布在位置调整支架72两侧，其配置用于第二卷扬驱动系统能通过牵引绳3与吊耳71相连，带动位姿调整机构7完成竖直方向移动。

如图4所示，连接机构74包括手轮75、连接杆承力架76、连接杆77、伸缩弹簧78和压板79。连接机构74通过连接杆承力架76与X、Y移动调节台73固定连接。连接杆77为阶梯轴，连接杆77的下部与伸缩弹簧78连接，通过压板79将伸缩弹簧78装配在连接杆承力架76内部，使得连接杆77能在连接杆承力架76上微量调整，连接杆77的上端与手轮75相连，通过手轮75转动能带动连接杆77在连接杆承力架76上转动。连接杆77是位姿调整机构7与负载连接并调整负载位置的关键零件，其不但要实现与负载接口的可靠定位和连接，同时承受着由于负载质心偏斜产生的弯矩及对负载进行位置和姿态调整时剪切力，连接杆77下端为销结构，用于实现与负载接口的定位，在定位准确后，通过上端的螺纹部分将负载和位姿调整机构7连接在一起。为了保证位姿调整机构7与负载的可靠连接，连接杆承力架76与X、Y移动调节台73固定连接。工作时，在需要调姿机构对接负载时，将直接控制负载升降的卷扬驱动系统的电机进行抱闸，然后手动控制手轮75拉动连接杆77插入安装在负载上的连接件的连接孔内，位置确定后，将直接控制调姿机构升降的卷扬驱动系统的电机进行断电抱闸，此时X、Y移动调节台73与负载固定连接，需要调节时，需先打开X、Y移动的驱动电机抱闸。

本发明的一种四自由度立式安装平台，包括支撑平台1、卷扬驱动系统2、吊具支撑板5、吊具6、位姿调整机构7、导轨安装板8以及导轨滑块系统9；支撑平台1包括斜铁11、扶梯12、导轨固定架13和操作平台14；优选的，支撑平台1通过斜铁11固定于地面，斜铁11用于对支撑平台1整体的调平；卷扬驱动系统2包括卷扬机、导向滑轮4、牵引绳3和吊环；优选的，卷扬驱动系统2共两组，分别直接控制负载的升降和调姿机构的升降，既可以同步运动，又能独立运动，特别的，控制调姿机构升降的电机为力矩电机；优选的，卷扬机分别置于支撑平台一级和二级平台上，与调姿机构直接相连的卷扬驱动系统2的卷扬机位于一级支撑平台上，与负载直接相连卷扬驱动系统2的卷扬机位于二级支撑平台上；优选的，牵引绳3通过导向滑轮4一端与卷扬机相连，另一端分别通过吊环和吊耳71与吊具6和调姿机构相连；吊具支撑板5位于支撑平台1顶端，与支撑平台1固连；位姿调整机构7通过滑块安装在滑轨上，可以在滑轨上竖向移动，包括吊耳71、位置调整支架72和两组对称布置的X、Y移动调节台73；优选的，X、Y移动调节台73主要包括底板、四根导轨、四个滑块、工作台、连接杆77及四组驱动装置，四根导轨每两叠加放置；优选的，驱动装置包括伺服电机、联轴器、抱闸、减速器及滚珠丝杠；连接机构74与调姿机构固连，包括手轮75、连接杆承力架76、连接杆77、伸缩弹簧78和压板79，连接杆77下端为销结构，用于实现与负载接口的定位。连接杆承力架76与X、Y移动调节台73固定连接；升降导轨共两条，升降导轨对称安装在导轨安装板8上，通过滑块与位置调整支架72进行连接，且末端有机械限位挡块。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种四自由度立式安装平台，其特征在于，其包括支撑平台、卷扬驱动系统、吊具支撑板、吊具、位姿调整机构、导轨安装板以及导轨滑块系统；所述吊具固定至所述吊具支撑板，所述吊具支撑板与所述支撑平台固连，所述卷扬驱动系统设置在所述支撑平台上，所述卷扬驱动系统包括第一卷扬驱动系统和第二卷扬驱动系统，所述第一卷扬驱动系统与所述吊具相连以控制负载的升降；所述第二卷扬驱动系统与所述位姿调整机构相连以控制所述位姿调整机构的升降；所述导轨滑块系统包括导轨和滑块，所述滑块在所述导轨上移动；所述导轨通过所述导轨安装板安装至所述支撑平台上；所述吊具支撑板连接至设置所述导轨滑块系统的支撑平台的侧面，所述位姿调整机构通过所述导轨滑块系统与所述支撑平台相连，所述位姿调整机构设置在所述吊具支撑板的下方，所述位姿调整机构随着所述滑块在所述导轨上竖直移动。

2.如权利要求1所述的四自由度立式安装平台，其特征在于，所述支撑平台包括斜铁、扶梯、导轨固定架和操作平台，所述支撑平台固定于地面且其上具有所述扶梯和所述操作平台；所述斜铁设置在所述支撑平台的下部，对所述支撑平台进行整体调平；所述扶梯设置在所述支撑平台的一侧，所述扶梯包括两部分，其分别设置在所述支撑平台的第一部分和第二部分；所述导轨固定架设置在与所述扶梯所在的支撑平台的侧面相邻的所述扶梯第二部分的侧面以支撑所述导轨以及负载；所述操作平台位于所述支撑平台中一侧，并在所述导轨支撑架的下部以便装配对接过程中直接进行人工观察或操作。

3.如权利要求2所述的四自由度立式安装平台，其特征在于，所述支撑平台采用槽钢和方钢焊接而成，其中四根主承力立柱为两根面对面的槽钢焊接组成。

4.如权利要求2所述的四自由度立式安装平台，其特征在于，所述卷扬驱动系统包括卷扬机、导向滑轮、牵引绳以及吊环，所述卷扬机分别置于所述支撑平台第一部分的上表面和所述支撑平台第二部分的上表面，即所述支撑平台一级和二级平台上；与负载直接相连的第一卷扬驱动系统的第一卷扬机位于二级支撑平台上，通过所述导向滑轮的第一牵引绳的第一端与所述第一卷扬机相连，所述第一牵引绳的第二端通过所述吊环与所述吊具相连，第一伺服电机通过第一减速器驱动第一卷扬筒旋转，第一卷扬筒收放第一牵引绳，第一牵引绳通过吊具实现负载的升降；

与调姿机构直接相连的第二卷扬驱动系统的第二卷扬机位于一级支撑平台上，通过所述导向滑轮进行的第二牵引绳第一端与第二卷扬机相连，第二牵引绳的第二端通过所述吊耳与所述位姿调整机构相连，第二伺服电机通过第二减速器驱动第二卷扬筒旋转，第二卷扬筒收放第二牵引绳，第二牵引绳通过调姿机构的位置调整支架上的吊耳实现调姿机构的升降；所述吊具支撑板与所述支撑平台固连，其上装有用于起吊负载的所述导向滑轮。

5.如权利要求4所述的四自由度立式安装平台，其特征在于，各导轨上分别安装两个滑块，共2条直线导轨，通过所述滑块与位置调整支架进行连接，升降导轨对称安装在导轨安装板上，且末端有机械限位挡块，防止所述滑块与所述导轨分离。

6.如权利要求4所述的四自由度立式安装平台，其特征在于，所述位姿调整机构包括吊耳、位置调整支架和两组对称布置的X、Y移动调节台，所述X、Y移动调节台包括底板、四根导轨、四个滑块、工作台、连接杆及四组驱动装置，所述驱动装置包括伺服电机、联轴器、抱闸、减速器及滚珠丝杠，所述X、Y移动调节台中X向移动机构包括第三伺服电机、第一联轴器、第三减速器、第一滚珠丝杠、第二导轨和第二滑块，X向移动机构通过第三伺服电机驱动带动第一滚珠丝杠转动，带动第二滑块在第二导轨上水平移动，完成X方向水平位姿调整；Y向移动机构包括第四伺服电机、第二联轴器、第四减速器、第二滚珠丝杠、第三导轨和第三滑块，Y向移动机构通过第四伺服电机驱动带动第二滚珠丝杠转动，带动第三滑块在第三导轨上水平移动，完成Y方向的水平位姿调整，其中X、Y向移动机构呈交叉垂直分布，且叠加布置于位姿调整支架上，所述两组X、Y移动调节台同向运动可以完成负载的X、Y方向的移动调姿，两组X、Y移动调节台的Y向运动若为反向运动则可以完成负载的绕Z轴旋转调姿，此时位姿调整机构完成了两移、一转的三自由度调姿，结合卷扬驱动系统可以带动负载竖直上下运动，即整体可完成两转、两移的四自由度调姿对接。

7.如权利要求6所述的四自由度立式安装平台，其特征在于，所述吊耳共四组，均布在位姿调整支架两侧，其配置用于第二卷扬驱动系统能通过牵引绳与所述吊耳相连，带动位姿调整机构完成竖直方向移动。

8.如权利要求6所述的四自由度立式安装平台，其特征在于，连接机构包括手轮、连接杆承力架、连接杆、伸缩弹簧和压板；所述连接机构通过连接杆承力架与X、Y移动调节台固定连接。

9.如权利要求8所述的四自由度立式安装平台，其特征在于，所述连接杆为阶梯轴，所述连接杆的下部与所述伸缩弹簧连接，通过所述压板将所述伸缩弹簧装配在连接杆承力架内部，使得所述连接杆能在所述连接杆承力架微量调整，所述连接杆的上端与所述手轮相连，通过所述手轮转动能带动所述连接杆在连接杆承力架上转动。

10.如权利要求9所述的四自由度立式安装平台，其特征在于，所述连接杆下端为销结构，所述连接杆上端为螺纹，通过上端的螺纹部分将负载和所述位姿调整机构连接在一起；为了保证所述位姿调整机构与负载的可靠连接，所述连接杆承力架与所述X、Y移动调节台固定连接。