CN111571171A - 一种筒类舱段自动化柔顺装配装置及方法 - Google Patents

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许家忠
陈继元
暴丁
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Abstract

本发明提出了一种筒类舱段自动化柔顺装配装置及方法。本发明首先将筒类舱段放置于弹簧阻尼支臂上，通过弹簧阻尼减震器的自适应调节使舱段处于力平衡状态达到浮动效果，再通过激光轮廓仪测得两舱段相对位姿，然后横向移动机构根据所测相对位姿进行调整使两舱段轴线重合。最后驱动轴向进给机构，实现筒类舱段的柔顺装配，避免了筒类舱段在对接过程中产生的磕碰现象。

Description

一种筒类舱段自动化柔顺装配装置及方法
技术领域
本发明属于筒类舱段装配技术领域，具体是一种筒类舱段自动化柔顺装配装置及方法。
背景技术
在筒类舱段的总装过程中，需要进行舱段的对接和分离操作，舱段的对接是总装过程中的关键工序。目前，我国舱段对接技术主要采用人工垂直对接工艺方法，但随着舱段重量和高度的不断增大，导致其所需的垂直安装空间较大，实施较为困难，还存在人工进行高空高精度测量的危险系数高、操作精度无法统一保证等问题，无法满足筒类舱段对接的高精度、高自动化的现代化需求。
目前的对接装置有两种，第一种是采用POGO柱作为对接定位装置。这种定位装置具有姿态调整范围大、精度高、稳定、可靠、高效的优点，但其结构、控制相对复杂，成本高。并且无法消除因舱段轴线不重合而导致两舱段产生磕碰等现象。
第二种形式是采用多机器人系统，这种多机器人系统的定位装置承载能力大、适应性强，但控制技术难度大，相对并联机构精度较低。也无法消除因舱段轴线不重合而导致两舱段产生磕碰等现象。
针对上述问题，有必要提出进一步的解决方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能避免筒类舱段在装配过程中由于碰撞、挤压对舱段产生磕碰现象的自动化装配装置及方法，提高了筒类舱段对接的效率，又减少了筒类舱段因对接过程中碰撞产生的的损耗。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：首先将筒类舱段放置于弹簧阻尼支臂上，其次通过弹簧阻尼减震器的自适应调节使舱段处于力平衡状态达到浮动效果，激光跟踪仪测得舱段相对位姿后再通过对横向移动机构的调整，使两舱段轴线重合。最后让轴向进给机构运作，实现了筒类舱段的柔顺装配。其具体步骤为：
（1）将舱段放置于弹簧阻尼支臂上，弹簧阻尼减震器适应舱段重力，当每个弹簧阻尼支臂与舱段重力分给支臂上的力相同时，筒类舱段达到力的平衡点，舱段处于浮动状态。
（2）利用激光轮廓仪测得两筒类舱段轮廓信息，得到两筒类舱段轴线的相对位姿偏差。
（3）根据两筒类舱段轴线的相对位姿偏差，通过对横向移动机构的调整使两舱段轴线重合。
（4）轴向进给机构运动，使两筒类舱段法兰面重合，实现舱段的柔顺对接。
一种筒类舱段自动化柔顺装配装置及方法，它包括轴向进给机构、横向移动机构、弹簧阻尼支臂、控制单元、固定夹持机构、测量单元。
轴向进给机构包括轴向滑块、轴向导轨、铝型材底座、轴向伺服电机、轴向滚珠丝杠、轴向滚珠丝母、轴向进给底盘。轴向导轨与轴向伺服电机安装在铝型材底座上，轴向滚珠丝母与轴向滑块与轴向底盘相连，轴向滚珠丝杠通过轴向滚珠丝母与轴向底盘相连，轴向伺服电机与轴向滚珠丝杠连接，当伺服电机转动时，轴向底盘可以在轴向导轨上移动，实现了轴向底盘的轴向移动。
横向移动机构包括横向滑块、横向导轨、横向伺服电机、横向滚珠丝杠、横向滚珠丝母、横向移动平台、横向底盘。横向导轨沿垂直于铝型材底座方向安装在横向底盘上，横向滑块、横向滚珠丝杠与横向移动平台相连，横向滚珠丝杠通过横向滚珠丝母与横向移动平台相连，横向伺服电机与横向滚珠丝杠连接，当横向伺服电机转动时，横向移动平台可以在横向轨道上移动。
弹簧阻尼支臂包括支臂、滚轮、步进电机、弹簧阻尼减震器、支撑座、铰链。铰链一端固定在横向移动平台上，铰链另一端与支臂相连，弹簧阻尼减震器安装在支臂上与支撑座相连接，当舱段放置于弹簧阻尼支臂上时，通过弹簧阻尼减震器的自适应调节功能实现了对舱段的支撑与浮动效果，滚轮与步进电机安装在支臂上，通过控制步进电机使滚轮转动，实现了舱段的滚转角旋转。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.本发明所述的筒型舱段自动化柔顺装配装置及方法代替了人工操作的工作方式，提高了筒型舱段装配的工作效率及对接质量，降低了生产成本；
2.本发明所述的筒型舱段自动化柔顺装配装置及方法采用了弹簧阻尼支臂的支撑方式，解决了筒类舱段对接过程中由于姿态不正确导致的挤压现象，避免了筒型舱段在对接过程中发生磕碰影响筒类舱段质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为筒类舱段自动化柔顺装配装置及方法示意图。
图2为弹簧阻尼支臂与横向移动机构结构示意图。
图3轴向进给机构结构示意图。
图中：(1)控制单元、(2)弹簧阻尼支臂、(3)横向移动机构、(4)轴向进给机构(5)固定夹持单元、(6)激光轮廓仪、(1-1)控制柜主体、(1-2)显示器、(1-3)键盘、(2-1)支臂、(2-2)滚轮、(2-3)步进电机、(2-4)铰链、(2-5)弹簧阻尼减震器、(2-6)、支撑座、(3-1)横向移动平台、(3-2)横向导轨、(3-3)横向伺服电机、(3-4)电机固定座、(3-5)横向丝杠、(3-6)横向滚珠丝母、(3-7)横向滑块、(3-8)横向底盘、(4-1)轴向导轨、(4-2)轴向滑块、(4-3)轴向底盘、(4-4)轴向滚珠丝母、(4-5)轴向滚珠丝杠、(4-6)轴向伺服电机、(4-7)铝型材底座、(5-1)夹持机构、(5-2)固定底盘、(5-3)铝型材底座。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参见图1、图2和图3说明本实施方式，本实施方式所述的筒类舱段自动化柔顺装配装置及方法，它包括控制单元(1)、弹簧阻尼支臂(2)、横向移动机构(3)、轴向进给机构(4)、固定夹持单元(5)、测量单元（6）。
轴向进给机构(4)与固定夹持单元(5)通过铝型材底座连接，保持在同一轴线上。
弹簧阻尼支臂(2)与横向移动机构(3)通过铰链连接，弹簧阻尼支臂安装在横向移动机构上端。
两组弹簧阻尼支臂(2)与横向移动机构(3)为一组，安放在轴向进给机构(4)凹槽处。
控制单元(1)包括控制柜主体(1-1)、显示器(1-2)和键盘(1-3)。
弹簧阻尼包括(2-1)支臂、(2-2)滚轮、(2-3)步进电机、(2-4)铰链、(2-5)弹簧阻尼减震器、(2-6)支撑座。铰链(2-4)一端固定在横向移动平台上，铰链(2-4)另一端与支臂相连，弹簧阻尼减震器(2-5)安装在支臂(2-1)与支撑座(2-6)连接，通过弹簧阻尼减震器(2-5)自适应功能实现了对舱段的支撑与浮动效果，滚轮(2-2)与步进电机(2-3)安装在支臂上，通过控制步进电机(2-3)使滚轮转动，实现了管道的滚转角旋转。
横向移动机构包括(3-1)横向移动平台、(3-2)横向导轨、(3-3)横向伺服电机、(3-4)电机固定座、(3-5)横向滚珠丝杠、(3-6)横向滚珠丝母、(3-7)横向滑块、(3-8)横向底盘。横向导轨(3-2)沿垂直于铝型材底座方向安装在横向底盘(3-8)上，横向滑块(3-7)、横向滚珠丝杠(3-5)与横向移动平台(3-1)相连，横向滚珠丝杠(3-5)通过横向滚珠丝母(3-6)与横向移动平台(3-1)相连，横向伺服电机(3-3)与横向滚珠丝杠(3-5)连接，当横向伺服电机(3-3)转动时，横向移动平台(3-1)可以在横向轨道(3-2)上移动。
轴向进给机构包括(4-1)轴向导轨、(4-2)轴向滑块、(4-3)轴向底盘、(4-4)轴向滚珠丝母、(4-5)轴向滚珠丝杠、(4-6)轴向伺服电机、(4-7)铝型材底座。轴向导轨(4-1)、轴向伺服电机(4-6)安装在铝型材底座(4-7)上，轴向滚珠丝母(4-4)与轴向滑块(4-2)与轴向底盘(4-3)相连，轴向滚珠丝杠(4-5)通过轴向滚珠丝母(4-4)与轴向底盘(4-3)相连，轴向伺服电机(4-6)与轴向滚珠丝杠(4-5)连接，当轴向伺服电机(4-6)转动时，轴向底盘(4-3)可以在轴向导轨(4-1)上移动，实现了轴向底盘(4-3)的轴向移动。
固定夹持单元(5)包括(5-1)夹持机构、(5-2)固定底盘、(5-3)铝型材底座。固定底盘(5-2)安装在铝型材底座(5-3)上端，夹持机构(5-1)安装在底盘上端。
本申请的操作过程如下，其具体步骤为：
（1）弹簧阻尼减震器平衡舱段的重力，当四个弹簧阻尼支臂支撑筒型舱段向上的力与筒类舱段向下的重力达到平衡时，筒类舱段达到力的平衡点，舱段处于浮动状态。
（2）利用激光轮廓仪（6）测得两筒型舱段轮廓信息，得到两筒型舱段轴线的相对位姿偏差。
（3）根据两筒型舱段轴线的相对位姿偏差，通过横向移动机构的调整使两舱段轴线重合。四组横向移动机构(3)同向同位移运动，就完成了管道的Y轴位移调整，前后四组横向移动机构(3)反向移动或同向不同位移运动，就完成了管道的偏航角调整，通过调整左右两组横向移动机构(3)的运动配合，可以实现管道的Z轴位移调整与俯仰角调整，并且可以对不同直径的管道进行装夹。
（4）轴向伺服电机工作，带动轴向进给机构向前移动，弹簧阻尼支臂上端的滚轮转动，调整筒型舱段滚转角使，使两类型舱段法兰面重合，实现了筒类舱段的柔顺对接。

Claims (2)

1.一种筒类舱段自动化柔顺装配装置及方法，其特征在于，它包括轴向进给机构、横向移动机构、弹簧阻尼支臂、控制单元、固定夹持机构、测量单元；轴向进给机构与横向移动机构通过伺服电机带动丝杠转动实现机构的移动；通过弹簧阻尼支撑臂的自适应效果使舱段达到力平衡，使筒类舱段处于上下力的平衡点，达到浮动效果。
2.根据权利要求1所述的筒类舱段自动化柔顺装配装置及方法其特征在于，包括以下步骤：
（1）将舱段放置于弹簧阻尼支臂上，弹簧阻尼减震器适应舱段重力，当每个弹簧阻尼支臂与舱段重力分给支臂上的力相同时，筒类舱段达到力的平衡点，舱段处于浮动状态；
（2）利用激光轮廓仪测得两筒类舱段轮廓信息，得到两筒类舱段轴线的相对位姿偏差；
（3）根据两筒类舱段轴线的相对位姿偏差，通过对横向移动机构的调整使两舱段轴线重合；
（4）轴向进给机构运动，使两筒类舱段法兰面重合，实现舱段的柔顺对接。
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