CN110481818B - 适用于航天器大型舱内设备装配的多自由度装配系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种航天器大型舱内设备装配的多自由度装配系统，包括小臂驱动、大臂驱动、升降机构、垂直轨道、回转机构、底座、水平轨道和末端执行功能机构，其中，通过水平滑块装置与水平轨道上方的导轨相连接并实现了底座及其承载的整个机构在水平方向的移动，底座上表面上固定回转轴承，垂直轨道固定连接在回转机构的回转轴承上，大臂驱动通过垂直滑块装置安装在纵向导轨上并沿竖直方向移动；垂直轨道另一相对侧面上固定连接升降机构，通过安装在卷筒内部的齿轮实现整体的回转运动，小臂驱动通过涡轮减速装置与大臂驱动进行连接，小臂驱动用于带动末端执行功能机构执行动作。本发明克服了吊装过程容易晃动的风险，安全性高且减轻了人力劳动，提高了产品的装配的敏捷性和安全性。

Description

适用于航天器大型舱内设备装配的多自由度装配系统

技术领域

本发明属于载人航天总装领域，具体来说,本发明涉及一种适用于航天器大型舱内设备装配的载人航天总装方法与系统，可以在密封舱内有效的空间站内实现大型设备的装配。

背景技术

在现有的技术中，首先，航天产品的装配主要依赖于人工操作，这导致装配的质量严重依赖于作业人员的装配技术和装配经验，在具有较大的主观误差的同时，还耗时耗力，不利于装配工作保质保量的完成。其次，航天产品的装配过程需要吊具、支架车等简单工艺设备作为定位和支撑的工具，这些工艺设备笨重且精度较差，存在着部件位姿调整不可量化，定位精度低的问题。同时，在载人航天空间站项目的总装过程中，舱内存在多台外形大，重量重的装载设备，这些装载设备由于自身重量过大，安装位置空间有限，在现有技术下无法通过人力搬运进行安装.必需借用一定的省力装置。

最后，随着新型空间站系统总装任务的到来，总装产品功能趋于集成化，尺寸越来越大，重量越来越重，且航天器本体构型多样化使得总装工况更加复杂，已经超过现阶段技术中人工托举或者起吊方式能够胜任的范畴。

而目前，航天器的大重量产品可采用吊装的方式实现大重量产品的装配，但是在舱内，大重量设备产品装配通常采用“吊挂式”吊装的装配方案，在航天器的内部的狭小空间内，通过吊挂式的吊装大重量的产品，移动方向和可靠性较差。各个位置角度调节，全靠操作人员经验及相互配合实施，无法做到量化可控。采用吊装方式承载产品重量，装配过程中容易晃动，并容易与其他部件发生碰撞，安全性较差。

由于总体装配是航天产品功能和性能得意得以实现的最终阶段同样也是关键环节，是影响航天器研制质量和服役性能的重要因素，航天产品总装技术和装配水平直接影响到了航天产品研制的质量、效率，甚至于产品的成败。为了更好的解决现有技术无法解决的技术难题，提高航天器的装配质量，研制一种新型大型设备安装手段迫在眉睫。

本发明专利针对该问题，提出一种航天器舱内大型设备装配的多自由度装配系统。大重量设备调姿装配装置，显著区别于常见的吊装方法和采用的装置，采用电机驱动主要环节的运动，实现了电动提升，减轻了人力劳动，提高了产品的装配的敏捷性和安全性。

发明内容

本发明提出了一种适用于航天器大型舱内设备装配的载人航天总装方法与系统，该装置依据载人航天舱内具体环境，开发了新型多自由度调节的装配系统，该系统承载能力大，活动范围广，定位精度高的优点，结合装配人员的现场观察，提高航天器的总装质量和效率，提高总装实施过程的安全性。

本发明的目的在于提供一种适用于航天器舱内大型设备安装的装配系统，能够可以在密封舱内有效的空间站内以高精度实现大型设备的装配。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

适用于航天器大型舱内设备装配的多自由度装配系统，包括小臂驱动、大臂驱动、升降机构、垂直轨道、回转机构、底座、水平轨道和末端执行功能机构，大型舱体内部具有仪器板结构，构成若干个格子，在总装实施过程是通过将仪器板断面进行转接，铺设转接板，然后在上面架设导轨，导轨上面有移动平台，实现设备的转移，其中，水平轨道安装固定在航天器舱内的移动平台上，移动平台可沿着航天器轴向运动，水平轨道上方设置有两条平行导轨，平行导轨两端设置有限位挡板；底座地面安装了四个滑块装置，每条导轨两个，通过水平滑块装置与水平轨道上方的导轨相连接并实现了底座及其承载的整个机构在水平方向的移动，底座上表面上固定了一回转轴承，通过回转轴承，回转轴承采用齿轮驱动，垂直轨道固定连接在回转机构的回转轴承上，垂直轨道为整体机构的垂直支撑及移动的通道，在垂直轨道一侧面上设置了纵向导轨，大臂驱动通过垂直滑块装置安装在纵向导轨上并沿竖直方向移动；垂直轨道另一相对侧面上固定连接升降机构，升降机构采用卷扬机的结构形式，为齿轮减速回转机构，通过安装在卷筒内部的齿轮实现整体的回转运动，同时在卷筒内设置有直流电机驱动，实现电动控制，卷筒上设置有绳索，绳索一端固定在固定在卷扬机上上，另一端固定在大臂驱动上，通过齿轮减速实现大臂驱动整体在垂直轨道上的高度调节，并通过齿轮减速机构实现齿轮回转进行绳索长度调节，实现大臂驱动的高度调节并在任意位置锁定；小臂驱动通过涡轮减速装置与大臂驱动进行连接，小臂驱动的另一端同样安装了涡轮减速装置，用于带动末端执行功能机构执行动作。

其中，水平轨道上设置有刻度，可检测移动的距离和位置。

其中，回转轴承设置有回转角度刻度尺，可检测移动的角度。

其中，所述齿轮连接24v驱动电机，实现电动驱动，回转轴承实现上方装置整体的回转运动，确保后续回转自由度的实现。

其中，齿轮减速机构具有自锁功能。

其中，涡轮减速装置带动小臂驱动绕着大臂末端进行俯仰方向的回转。

其中，底座为圆形底座。

其中，回转机构下方与回转轴承进行连接，实现在底座上的回转运动，回转轴承为外齿轮结构形式，通过齿轮减速机构实现转动，并通过齿轮实现任意角度锁定。

其中，水平滑块装置和垂直滑块装置都可利用设置在水平轨道和垂直轨道上的限位夹块进行限位锁定。

其中，末端执行机构通过涡轮减速装置与小臂进行连接。末端执行机构设置了齿轮回转装置使产品绕末端轴线回转。末端执行装置最末端提供了与产品连接的结构，用于连接待装配的产品。

本发明舱内采用机械机构形式，实现产品移动方向固定和可靠性高，可精确移动到各个位置。各个位置角度调节可以通过预先设定，通过各个自由度的调节实现精确定位，克服了全靠操作人员经验，无法量化的问题，由于采用了机械连接克服了吊装过程容易晃动的风险，安全性高。同时对于关键环节采用电机驱动主要环节的运动，实现了电动提升和回转，减轻了人力劳动，提高了产品的装配的敏捷性和安全性。

附图说明

图1是本发明的航天器大型舱内设备装配二维示意图。

其中:1-水平轨道，2-底座，3-回转机构，4-垂直轨道，5-升降机构，6-大臂驱动，7-小臂驱动，8-末端执行机构。

具体实施方式

以下参照附图对本发明适用于航天器大型舱内设备装配的多自由度装配系统进行描述，但该描述仅仅示例性的，并不旨在对本发明的保护范围进行任何限制。

参见图1，图1显示了航天器大型舱内设备装配二维示意图。其中，本发明的适用于航天器大型舱内设备装配的多自由度装配系统包括水平轨道1，底座2，回转机构3，垂直轨道4，升降机构5，大臂驱动6，小臂驱动7，末端执行机构8。空间站舱体内部是通过各个区域存在仪器板结构，构成了一个一个的格子区域，在总装实施过程是通过将仪器板断面进行转接，铺设转接板，然后在上面架设导轨，导轨上面有移动平台，实现设备的转移。在多自由度装配系统中，水平轨道1放在移动平台上，固定连接；整个大型舱内设备装配系统安装在此移动平台上。水平轨道1通过安装固定在航天器舱内可以沿着航天器轴向运动的移动平台上，水平轨道1上方两侧安装导轨。在移动平台运动方向的移动可以通过人工来推动。轨道上设置有限位夹块，通过限位夹块可以保证后续底座2在其上方运动时可以以任意位置锁定，限位夹块通过螺纹与水平轨道1进行连接；

通过下方安装的滑块装置与水平轨道1上方导轨相连接的是底座2。底座2的存在实现了整个机构在水平方向的移动，是整体机构在水平轨道1的基础。底座2上方安装有回转轴承，通过回转轴承连接有回转结构3，确保后续回转自由度的实现。

回转机构3下方与回转轴承进行连接，可以实现在底座2上的回转运动，回转轴承为外齿轮结构形式，通过齿轮减速机构实现转动，并通道齿轮实现任意角度锁定。

垂直轨道4的底部与回转机构3连接。垂直轨道4为整体机构的垂直支撑及移动通道，在垂直轨道4上安装布置了导轨，提供大臂驱动在竖直方向的纵向移动支撑

固定连接在垂直轨道上的是升降机构5。升降机构5采用卷扬机的结构形式，为齿轮减速回转机构，通过安装在卷筒内部的齿轮实现整体的回转运动。卷筒上设置有钢丝绳，钢丝绳的一端固定在卷扬机构上，另一端固定在大臂上，大臂通过滑块安装在垂直轨道上方，通过齿轮减速回转机构实现大臂整体在垂直轨道上的高度调节，并通过齿轮减速机构实现大臂在任意位置锁定。

大臂6通过滑块与升降机构5进行固定连接，然后整体连接在垂直轨道上，实现整体的固定，然后大臂6另一端安装了涡轮减速装置，通过涡轮减速装置带动小臂7绕着大臂6末端进行回转；此位置采用大减速比涡轮减速装置，实现产品在舱内的垂直角度回转。

小臂驱动7通过涡轮减速装置与大臂驱动6进行连接。小臂驱动7的另一端同样安装了涡轮减速装置，通过涡轮减速装置带动小臂驱动7绕着大臂末端进行俯仰方向的回转。

末端执行机构8通过涡轮减速装置与小臂驱动7进行连接。为了使产品绕末端轴线回转，在末端执行机构8设置了齿轮回转装置。最末端提供了与产品连接的结构，用于连接待装配的产品。

在移动平台运动方向，以及水平轨道1、垂直轨道方向端部上可实现X、Y、Z三轴的直线运动，其中移动平台运动和在水平轨道1上的运动可通过人来推动，而垂直轨道4上的运动，可以通过齿轮减速机来实现。另外大臂驱动6、小臂驱动7的端部夹持器将实现设备偏摆角度调节。

该装置能够实现各个自由度位置调整精度为0.1mm，角度调节精度达到0.05°。

1)将产品与该装置的末端执行机构通过螺纹进行连接，实现产品的与多自由度装配系统进行固定连接，螺纹连接需均匀拧紧。根据产品螺纹连接的结构需要采用不同的测力，保证连接精度，例如：M4螺纹测力2.5Nm，M5螺纹测力5Nm；

2)舱内仪器板端面设置转接块，铺设好舱内导轨，安装好移动平台，设置过程中需要注意保证移动轨道连接的位置不存在大于1mm的缝隙，各个连接环节可靠；

3)将整体舱内设备装配系统吊装至移动平台上，移动平台上方固定好整个装配系统，装配系统的水平轨道底面与舱内移动平台进行固定连接；设置限位挡块来进行固定；通过螺纹与移动平台进行固定连接；连接固件需均匀拧紧；

4)在产品安装前根据各个产品安装所需达到的具体位置，以及该装置的结构形式，进行舱内设备装配系统各个运动自由度的验算，得到各个调节自由度的调节参数，为后续设备安装做好准备；

5)然后通过操作人员推动整体舱内设备装配系统沿着舱体轴线方向运动到产品装配的区域；进行定位；移动完成后，在移动平台的导轨上安装限位夹块，保证保舱内设备装配系统整体运动后不会发生滑动在移动过程时刻观察产品状态，保证移动过程中产品不会产生颤动；

6)然后沿舱内设备装配系统的水平轨道1移动，通过操作人员推着整体设备沿着水平轨道1方向进行移动，保证整个装置后续移动的各个位置能够满足产品装配需求；移动过程注意观察移动的位置刻线，严格按照计算得到的数值进行移动，移动完成后，在水平轨道1的导轨上安装限位夹块，使得保舱内设备装配系统整体水平运动后不会发生滑动；

7)通过回转驱动机构进行回转自由度的调节，使后续整体调节达到合适的位置，实现设备在安装过程回转角度的调整，回转过程注意观察移动的位置刻线，严格按照计算得到的数值进行回转；

8)通过卷扬升降机构驱动带动大臂在垂直轨道的上下移动，实现设备在安装过程的高度调整；移动过程注意观察移动的位置刻线，严格按照计算得到的数值进行移动；

9)通过调节大臂上的涡轮减速装置带动产品在安装区域的垂直轴向方向的角度调节；回转过程注意观察移动的位置刻线，严格按照计算得到的数值进行回转；

10)通过小臂上的涡轮减速装置带动产品在安装位置的进行俯仰方向的角度调节；回转过程注意观察移动的位置刻线，严格按照计算得到的数值进行回转；

11)通过末端执行器齿轮机构的回转功能，实现最终产品的回转角度的精确调节；回转过程注意观察移动的位置刻线，严格按照计算得到的数值进行回转；

12)根据产品与安装位置的实际对正情况，通过计算进行修正，再次对各个运动自由度进行精确调节，使用该设备多自由度的角度调节能力，实现设备在安装位置的精确位置调节，最终完成设备的定位安装。

尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.适用于航天器大型舱内设备装配的多自由度装配系统，包括小臂驱动、大臂驱动、升降机构、垂直轨道、回转机构、底座、水平轨道和末端执行功能机构，大型舱体内部具有仪器板结构，构成若干个格子，在总装实施过程中通过将仪器板断面进行转接，铺设转接板，然后在上面架设导轨，导轨上面有移动平台，实现设备的转移，其中，水平轨道安装固定在航天器舱内的移动平台上，移动平台可沿着航天器轴向运动，水平轨道上方设置有两条平行导轨，平行导轨两端设置有限位挡板；底座底面安装了四个滑块装置，每条导轨两个，通过水平滑块装置与水平轨道上方的导轨相连接并实现了底座及其承载的整个机构在水平方向的移动，底座上表面上固定了一回转轴承，通过回转轴承实现回转运动，回转轴承采用齿轮驱动，垂直轨道固定连接在回转机构的回转轴承上，垂直轨道为整体机构的垂直支撑及移动的通道，在垂直轨道一侧面上设置了纵向导轨，大臂驱动通过垂直滑块装置安装在纵向导轨上并沿竖直方向移动；垂直轨道另一相对侧面上固定连接升降机构，升降机构采用卷扬机的结构形式，为齿轮减速回转机构，通过安装在卷筒内部的齿轮实现整体的回转运动，同时在卷筒内设置有直流电机驱动，实现电动控制，卷筒上设置有绳索，绳索一端固定在卷扬机上，另一端固定在大臂驱动上，通过齿轮减速实现大臂驱动整体在垂直轨道上的高度调节，并通过齿轮减速机构实现齿轮回转进行绳索长度调节，实现大臂驱动的高度调节并在任意位置锁定；小臂驱动通过蜗轮 减速装置与大臂驱动进行连接，小臂驱动的另一端同样安装了蜗轮 减速装置，用于带动末端执行功能机构执行动作，其中，水平轨道上设置有刻度，可检测移动的距离和位置，回转轴承设置有回转角度刻度尺，可检测回转的角度，所述回转轴承中的齿轮连接24v驱动电机，实现电动驱动，回转轴承实现上方装置整体的回转运动，确保后续回转自由度的实现。

2.如权利要求1所述的多自由度装配系统，其中，齿轮减速机构具有自锁功能。

3.如权利要求1所述的多自由度装配系统，其中，蜗轮 减速装置带动小臂驱动绕着大臂末端进行俯仰方向的回转。

4.如权利要求1-3任一项所述的多自由度装配系统，其中，底座为圆形底座。

5.如权利要求1-3任一项所述的多自由度装配系统，其中，回转机构下方与回转轴承进行连接，实现在底座上的回转运动，回转轴承为外齿轮结构形式，通过齿轮减速机构实现转动，并通过齿轮实现任意角度锁定。

6.如权利要求1-3任一项所述的多自由度装配系统，其中，水平滑块装置和垂直滑块装置都利用设置在水平轨道和垂直轨道上的限位夹块进行限位锁定。

7.如权利要求1-3任一项所述的多自由度装配系统，其中，末端执行机构通过蜗轮 减速装置与小臂进行连接。

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