CN110174082A - 一种可重构定位系统及定位方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种可重构定位系统及定位方法，该系统包括三坐标运动机构、产品定位机构、可重构底座、运输车，产品定位机构设置在三坐标运动机构的末端，三坐标运动机构固定在可重构底座上，运输车带动可重构底座及其上面的三坐标运动机构升降和移动，产品定位机构与产品上定位件配合连接，通过三坐标运动机构及运输车的运动，对产品进行定位。

Description

一种可重构定位系统及定位方法

技术领域

本申请涉及飞机、高铁等装配中三坐标运动机构的可重构结构及重构方法。

背景技术

三坐标定位系统是一种沿三个方向直线运动、定位精度高、工作可靠的模块化支撑运动单元，通过三台及以上三坐标运动机构的并联使用，可以自动地实现对飞机部件调姿、定位、对接等功能。

但现有三坐标定位系统都是专用型的，不具备通用性功能。在飞机数字化装配系统中，每一个飞机组、部件都对应着一套三坐标运动机构，而飞机所包含的组、部件通常都多达上百个，因此，一个飞机型号的研制需要数十套甚至更多的三坐标定位系统，如果采用专用型的三坐标定位系统，存在研制成本高、利用率低、厂房占用面积大等诸多问题。

发明内容

为提高三坐标定位系统的利用效率、满足通用性功能，本发明提供了一种可重构定位系统及重构方法。

一种可重构定位系统，包括三坐标运动机构、产品定位机构、可重构底座、运输车，其特征在于产品定位机构设置在三坐标运动机构的末端，三坐标运动机构固定在可重构底座上，运输车带动可重构底座及其上面的三坐标运动机构升降和移动，产品定位机构与产品上定位件配合连接，通过三坐标运动机构及运输车的运动，带动产品定位机构到指定位置对产品进行定位。

可重构底座底部设有主支撑件和辅助支撑件，底座上设有与运输车相连接的接口。主支撑件为含有小型凸台的固定结构，数量为三个，其中两个主支撑件分布在可重构底座底部的一侧，另一个主支撑件分布在底座的另一侧，三个主支撑件呈等腰三角形分布，可重构底座的重心落在三个主支撑件所构成的三角形的形心附近。辅助支撑件为含有伸缩机构的活动结构，数量不少于两个，分布在可重构底座底部只有一个主支撑件侧的两端。当可重构底座为含有内部接口的基座，基座为板凳状，两边有支腿，中间开口，适用于“一”字型运输车的进出、升降和移动。当可重构底座为含有外部接口的基座，基座为长方体状，在基座外围相对的两个平行平面上分别设置有两对及以上的开口，适用于“U”字型运输车的进出、升降和移动。

产品定位机构含有球窝结构和开合机构，开合机构置于球窝结构的端面，具有张开、收缩、夹紧三个工作状态。

三坐标运动机构包括X向运动模块、Y向运动模块、Z向运动模块，包含在各模块内的X向、Y向、Z向导轨可以互相垂直，也可以不垂直。

一种重构定位方法，包含如下步骤：

(1)将三坐标运动机构、产品定位机构、可重构底座连接为整体，并调整其重心状态，必要时调整可重构定位系统的中X向运动模块、Y向运动模块、Z向运动模块的位置，确保可重构定位系统重心在三个主支撑件所构成的三角形的形心附近；

(2)收起所有辅助支撑件，仅让三个主支撑件支撑可重构底座；

(3)运输车从可重构底座接口进入并与可重构底座连接，抬起其上的整个结构直至三个主支撑件全部脱离地面，将整个结构移动到指定位置后，运输车降低可重构底座直至三个主支撑件与地面全部接触，运输车从可重构底座内移出；

(4)伸出所有辅助支撑件，确保每个辅助支撑件与地面均接触。

该可重构定位系统及重构方法的有益效果：

(1)在可重构定位系统的行程和载荷的范围内，能够适用多种定位、调姿、对接的场合，而专用三坐标定位系统仅适用于专门场合。

(2)可重构定位系统对地面没有特殊要求，不需要打地基，也不需要与地面连接，完全依靠主支撑件和辅助支撑件实现支撑和定位，而专用三坐标定位系统需要专用地基支撑。

(3)可重构定位系统移动方便，设有通用的接口，常用运输车均可移动可重构定位系统，而专业三坐标定位系统的移动，需要用到吊运方式。

(4)可重构定位系统定位精度高，其位姿基于每次重构后的实时标定，具有实时性，精度高，而专用三坐标定位系统的位姿基于周期性的标定，不具有实时性，实际位姿与所标定的位姿存在较大误差。

(5)相比专用三坐标定位系统而言，可重构定位系统具有低成本和高利用率的优点。

以下结合具体实施例附图对本申请做进一步详细描述：

附图说明

图1是适合“U”字型运输车移动的可重构定位系统正面示意图

图2是适合“U”字型运输车移动的可重构定位系统底面示意图

图3是“U”字型运输车移动可重构定位系统的示意图

图4是“U”字型运输车示意图

图5是“一”字型运输车移动可重构定位系统的示意图

图6是适合“一”字型运输车移动的可重构定位系统示意图

图中编号说明：1、三坐标运动机构；2、可重构底座；3、主支撑件；4、辅助支撑件；5、外部接口；6、三坐标运动机构；7、“U”字型运输车；9、“一”字型运输车；10、托件；11、内部接口；12、插件；14、X向运动模块；15、Y向运动模块；16、Z向运动模块；17、产品定位机构；19、球窝结构；20、开合机构

具体实施方式

参考附图所示，一种可重构定位系统，包括三坐标运动机构1、产品定位机构17、可重构底座2、运输车，产品定位机构17通过高强度的螺栓连接在在三坐标运动机构1的末端，三坐标运动机构1通过高强度的螺栓连接在可重构底座2上，运输车带动可重构底座2及其上面的三坐标运动机构1升降和移动，产品定位机构17与产品上定位件配合连接，通过三坐标运动机构1及运输车的运动，带动产品定位机构17到指定位置对产品进行定位。

可重构底座2底部设有主支撑件3和辅助支撑件4，底座上设有与运输车相连接的接口。主支撑件3为含有小型凸台的固定结构，数量为三个，其中两个主支撑件3分布在可重构底座2底部的一侧，另一个主支撑件3分布在底座2的另一侧，三个主支撑件3呈等腰三角形分布，可重构底座2的重心落在三个主支撑件3所构成的三角形的形心附近。主支撑件3应选用强度等级高的材料，如30CrMnSiA，且应做热处理以增加表面硬度和耐磨性能。

辅助支撑件4为含有伸缩机构的活动结构，如梯形螺栓、活塞杆、丝杠轴等，数量不少于两个，分布在可重构底座2底部只有一个主支撑件3侧的两端。辅助支撑件4应选用强度等级高的材料，如30CrMnSiA，且应做热处理以增加表面硬度和耐磨性能。

可重构底座2有两种形式，一种为含有内部接口11的底座，另一种为含有外部接口5的底座。含有内部接口11的底座1为板凳状，两边有支腿，中间有开口，适用于“一”字型运输车9的进出、升降和移动，内部接口11的尺寸须与“一”字型运输车9的尺寸相适应。含有外部接口的5底座为长方体状，在底座外围相对的两个平行平面上分别设置有两对及以上的外部接口5，适用于“U”字型运输车7的进出、升降和移动，外部接口5的分布和尺寸须与“U”字型运输车7的插件12的分布和尺寸相适应。底座最好选用钢制铸件。

产品定位机构17含有球窝结构19和开合机构20，开合机构20置于球窝结构19的端面，具有张开、收缩、夹紧三个工作状态。球窝结构19可以为圆柱体状也可以为长方体状，内含球窝。可采用卡盘作为开合机构，实现张开、收缩和夹紧等功能。

三坐标运动机构1包括X向运动模块14、Y向运动模块15、Z向运动模块16，包含在各模块内的X向、Y向、Z向导轨可以互相垂直，也可以不垂直。XYZ三个模块分别含有导向机构如导轨滑块、传动机构如滚珠丝杠、动力模块如伺服电机、安全装置如防撞块、限位开关、精度装置如光栅尺、线缆模块如拖链、等等。

可重构定位系统的重构方法，包含如下步骤：

1将三坐标运动机构6、产品定位机构17、可重构底座2连接为整体，并调整其重心状态，必要时调整可重构定位系统的中X向运动模块14、Y向运动模块15、Z向运动模块16的位置，确保可重构定位系统重心在三个主支撑件3所构成的三角形的形心附近；

2收起所有辅助支撑件4，仅让三个主支撑件3支撑可重构底座2；

3运输车从可重构底座2接口进入并与可重构底座2连接，抬起其上的整个结构直至三个主支撑件3全部脱离地面，将整个结构移动到指定位置后，运输车降低可重构底座2直至三个主支撑件3与地面全部接触，运输车从可重构底座2内移出。根据可重构底座的具体形式，可分为两种形式：

(1)对于含有内部接口11的底座18，“一”字型运输车9从接口11内部进入，运输车9升起托件10后，抬起底座18直至三个主支撑件3全部脱离地面，按要求将可重构定位系统移动到指定位置后，运输车9下降托件10，直至三个主支撑件3全部接触地面后，运输车9从底座的接口内部11移出；

(2)对于含有外部接口5的底座，“U”字型运输车7从接口外部进入，将运输车7的插件12与底座外围的外部接口5一一对应，运输车7伸出插件12，插入底座的外部接口5处，然后升起插件12直至三个主支撑件3全部脱离地面，按要求将可重构定位系统移动到指定位置后，运输车7下降插件12，直至三个主支撑件3全部接触地面后，运输车7收回插件12，从底座13的外部接口5外部移出。

4伸出所有辅助支撑件，确保每个辅助支撑件与地面均接触并有一定的接触力。

该可重构定位系统及重构方法的实际应用价值有：

(1)在可重构定位系统的行程和载荷的范围内，能够适用多种定位、调姿、对接的场合，而专用三坐标定位系统仅适用于专门场合。

(2)可重构定位系统对地面没有特殊要求，不需要打地基，也不需要与地面连接，完全依靠主支撑件和辅助支撑件实现支撑和定位，而专用三坐标定位系统需要专用地基支撑。

(3)可重构定位系统移动方便，设有通用的接口，常用运输车均可移动可重构定位系统，而专业三坐标定位系统的移动，需要用到吊运方式。

(4)可重构定位系统定位精度高，其位姿基于每次重构后的实时标定，具有实时性，精度高，而专用三坐标定位系统的位姿基于周期性的标定，不具有实时性，实际位姿与所标定的位姿存在较大误差。

(5)相比专用三坐标定位系统而言，可重构定位系统具有低成本和高利用率的优点。

Claims (9)

1.一种可重构定位系统，包括三坐标运动机构、产品定位机构、可重构底座、运输车，其特征在于产品定位机构设置在三坐标运动机构的末端，三坐标运动机构固定在可重构底座上，运输车带动可重构底座及其上面的三坐标运动机构升降和移动，产品定位机构与产品上定位件配合连接，通过三坐标运动机构及运输车的运动，带动产品定位机构到指定位置对产品进行定位。

2.根据权利要求1所述的一种可重构定位系统，其特征在于可重构底座底部设有主支撑件和辅助支撑件，底座上设有与运输车相连接的接口。

3.根据权利要求2所述的一种可重构定位系统，其特征在于所述的主支撑件为含有小型凸台的固定结构，数量为三个，其中两个主支撑件分布在可重构底座底部的一侧，另一个主支撑件分布在底座的另一侧，三个主支撑件呈等腰三角形分布，可重构底座的重心落在三个主支撑件所构成的三角形的形心附近。

4.根据权利要求2所述的一种可重构定位系统，其特征在于所述的辅助支撑件为含有伸缩机构的活动结构，数量不少于两个，分布在可重构底座底部只有一个主支撑件侧的两端。

5.根据权利要求2所述的一种可重构定位系统，其特征在于可重构底座为含有内部接口的基座，基座为板凳状，两边有支腿，中间开口，适用于“一”字型运输车的进出、升降和移动。

6.根据权利要求2所述的一种可重构定位系统，其特征在于可重构底座为含有外部接口的基座，基座为长方体状，在基座外围相对的两个平行平面上分别设置有两对及以上的开口，适用于“U”字型运输车的进出、升降和移动。

7.根据权利要求1所述的一种可重构定位系统，其特征在于所述的产品定位机构含有球窝结构和开合机构，开合机构置于球窝结构的端面，具有张开、收缩、夹紧三个工作状态。

8.根据权利要求1所述的一种可重构定位系统，其特征在于所述的三坐标运动机构包括X向运动模块、Y向运动模块、Z向运动模块，包含在各模块内的X向、Y向、Z向导轨可以互相垂直，也可以不垂直。

9.一种可重构定位方法，包含如下步骤：

9－1将三坐标运动机构、产品定位机构、可重构底座连接为整体，并调整其重心状态，必要时调整可重构定位系统的中X向运动模块、Y向运动模块、Z向运动模块的位置，确保可重构定位系统重心在三个主支撑件所构成的三角形的形心附近；

9－2收起所有辅助支撑件，仅让三个主支撑件支撑可重构底座；

9－3运输车从可重构底座接口进入并与可重构底座连接，抬起其上的整个结构直至三个主支撑件全部脱离地面，将整个结构移动到指定位置后，运输车降低可重构底座直至三个主支撑件与地面全部接触，运输车从可重构底座内移出；

9－4伸出所有辅助支撑件，确保每个辅助支撑件与地面均接触。