CN112222795A - 一种基于平面3-prr并联构型火箭筒段自动化装配系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供基于平面3‑PRR并联构型火箭筒段自动化装配系统，车架底盘总成与轨道垂直放置，车架底盘总成的两端设置有滑轮，置于轨道上，沿轨道滑动；车架底盘总成上，沿车架底盘总成即与轨道垂直方向，设置有组PRR构型，PRR构型包括：支链驱动电机由控制柜控制，驱动小齿轮转动，带动与小齿轮啮合的大齿轮转动，大齿轮带动推杆在竖直方向上下移动，连杆的一端与推杆转动连接，另一端与箭体弧形托架底部连接，连杆在推杆的带动下，实现箭体弧形托架的转动；箭体弧形托架内侧面设置有箭体抱箍，箭体抱箍用于环抱箭体；其中，3组PRR构型中的三支连杆，两只平行设置，另一只与平行方向轴对称设置；每两组车架底盘总成2分别用于支撑火箭筒段的两端。

Description

一种基于平面3-PRR并联构型火箭筒段自动化装配系统

技术领域

本发明专利涉及一种火箭装配制造领域的机械设备，特别是一种带有平面3-PRR构型的自动调姿装配系统。

背景技术

运载火箭箭体是由多段拼接而成，在部段装配过程中需要调整好前后两个对接部段的位姿才能保证装配的完成。现有的火箭装配系统装配部段的姿态基本是通过手动装配和行车配合调整共同完成，装配工作量大、姿态调整能力有限，装配质量依赖于装配技工的经验，存在装配效率低、装配质量可靠性不高等问题。因此通过研制运载火箭自动化调姿装配系统，减少吊装次数、避免强制装配，提高运载火箭总装对接的效率和质量可靠性，对促进我国航空航天事业的发展具有重要的现实意义和良好应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于平面3-PRR并联构型火箭筒段自动化装配系统，其特征在于，包括：轨道1、车架底盘总成2、控制柜8、箭体弧形托架6、箭体抱箍13，其中，所述车架底盘总成2与轨道垂直放置，所述车架底盘总成的两端设置有滑轮，置于轨道上，沿轨道滑动；所述车架底盘总成2上，沿所述车架底盘总成即与轨道垂直方向，设置有3组PRR构型，其中，PRR构型包括：小齿轮4、大齿轮5、支链驱动电机3、推杆10、连杆11，所述支链驱动电机3由控制柜8控制，驱动小齿轮转动，带动与小齿轮啮合的大齿轮转动，大齿轮带动推杆10在竖直方向上下移动，连杆11的一端与推杆10转动连接，另一端与箭体弧形托架6底部连接，所述连杆在推杆的带动下，实现箭体弧形托架6的转动；所述箭体弧形托架6内侧面设置有箭体抱箍13，所述箭体抱箍13用于环抱箭体；其中，3组PRR构型中的三支连杆，两只平行设置，另一只与平行方向轴对称设置；每两组车架底盘总成2分别用于支撑火箭筒段的两端。

优选地，还包括滚转驱动电机7、回转滚轮12，所述滚转驱动电机7由控制柜8控制，滚转驱动电机7驱动回转滚轮回转，回转滚轮12通过回转副安装在箭体弧形托架6上，带动火箭箭体实现整周运动。

优选地，所述滚转驱动电机7设置在箭体弧形托架6上。

优选地，所述控制柜8安装于箭体弧形托架6的外侧面或者安装在车架底盘总成2。

优选地，所述车架底盘总成2设置有偶数个，用于承载多段箭体筒段，每段箭体筒段由两组车架底盘总成2支撑。

优选地，所述箭体抱箍13与火箭箭体9同轴装配，箭体抱箍13固定火箭箭体后，通过吊装放置于箭体弧形托架6上，箭体抱箍13与回转滚轮12形成外相切接触装配。

本发明的平面3-PRR并联构型火箭装配系统的优点是：调姿平台采用平面3-PRR并联构型平台，能够实现在垂直于箭体部段的横截面内的三个自由度的运动。每一个调姿架车与平行导轨和滚动抱箍配合，可以实现空间5自由度运动。每一个火箭箭体位于2台调姿架车上，通过两台调姿架车的配合可以使火箭箭体具备空间6维运动能力。这种基于平面3-PRR并联构型火箭筒段自动化装配系统可实现筒段整周旋转、位姿调整和自动对接等多功能集成，将筒段调姿、装配和多余物检查三个工序在同一工位实现，可避免强制装配，提高装配效率和装配质量可靠性，对促进我国火箭装备以及航空航天事业的发展具有现实意义和良好应用前景。

附图说明

本发明的具体结构由以下实例及附图给出。

图1是本发明的基于平面3-PRR并联构型的火箭柔顺装配系统轴测图。

图2是本发明的平面3-PRR并联构型调姿机构轴测图。

图3是本发明的平面3-PRR并联构型调姿机构主视图。

图4是本发明的平面3-PRR并联构型调姿机构的机构运动简图。

图5是两段火箭箭体通过自动化装配系统完成对接装配的示意图。

下面结合图1、图2、图3、图4、图5对本发明进行详细说明。

图中：1、轨道；2、车架底盘总成；3、支链驱动电机；4、小齿轮；5、大齿轮；6、箭体弧形托架；7、滚转驱动电机；8、控制柜；9、火箭箭体；10、推杆；11、连杆；12、回转滚轮；13、箭体抱箍。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明的目的在于提供一种基于平面3-PRR并联构型火箭筒段自动化装配系统，其特征在于，包括：轨道1、车架底盘总成2、控制柜8、箭体弧形托架6、箭体抱箍13，其中，所述车架底盘总成2与轨道垂直放置，所述车架底盘总成的两端设置有滑轮，置于轨道上，沿轨道滑动；所述车架底盘总成2上，沿所述车架底盘总成即与轨道垂直方向，设置有3组PRR构型，其中，PRR构型包括：小齿轮4、大齿轮5、支链驱动电机3、推杆10、连杆11，所述支链驱动电机3由控制柜8控制，驱动小齿轮转动，带动与小齿轮啮合的大齿轮转动，大齿轮带动推杆10在竖直方向上下移动，连杆11的一端与推杆10转动连接，另一端与箭体弧形托架6底部连接，所述连杆在推杆的带动下，实现箭体弧形托架6的转动；所述箭体弧形托架6内侧面设置有箭体抱箍13，所述箭体抱箍13用于环抱箭体；其中，3组PRR构型中的三支连杆，两只平行设置，另一只与平行方向轴对称设置；每两组车架底盘总成2分别用于支撑火箭筒段的两端。

根据本发明的一个实施例，还包括滚转驱动电机7、回转滚轮12，所述滚转驱动电机7由控制柜8控制，滚转驱动电机7驱动回转滚轮回转，回转滚轮12通过回转副安装在箭体弧形托架6上，带动火箭箭体实现整周运动。根据本发明的一个实施例，所述滚转驱动电机7设置在箭体弧形托架6上。

根据本发明的一个实施例，

所述控制柜8安装于箭体弧形托架6的外侧面或者安装在车架底盘总成2。

根据本发明的一个实施例，所述车架底盘总成2设置有偶数个，用于承载多段箭体筒段，每段箭体筒段由两组车架底盘总成2支撑。

根据本发明的一个实施例，所述箭体抱箍13与火箭箭体9同轴装配，箭体抱箍13固定火箭箭体后，通过吊装放置于箭体弧形托架6上，箭体抱箍13与回转滚轮12形成外相切接触装配。3-PRR并联调姿机构可实现平面内的2移动1转动运动；动平台为弧形结构，用于支撑箭体，箭体通过抱箍定位放置于托架上；托架上的滚转电机驱动滚轮实现抱箍的整周旋转，带动箭体整周旋转；调姿架车在平行导轨上可平行移动；控制系统用于控制调姿平台每条支链驱动电机以及托架上箭体滚转电机的运动。这种基于平面3-PRR构型的自动调姿架车具有空间5个自由度的运动，通过两台调姿架车的配合，可实现火箭贮箱的空间6维位置和姿态调整。这种基于平面3-PRR并联构型的火箭筒段自动化装配系统能够自主补偿对接装配中的箭体的装配姿态误差，可提高了装配效率和质量可靠性，降低了装配过程对箭体的损伤风险，对促进我国火箭装备以及航空航天事业的发展具有重要的现实意义和良好应用前景。

本发明目的的实现：通过设计一种新型的基于平面3-PRR并联调姿机构的自动对接装配系统，提高了运载火箭装配效率和质量的可靠性。该新型火箭自动装配系统采用平面3-PRR并联构型，每条PRR支链由1个移动副、2个转动副和连杆组成，3个PRR运动支链位于同一平面且联接相同的机架和动平台(箭体托架)，每条PRR支链均通过电机驱动移动副(P)的上下移动。

支链驱动电机配置在移动架车机架上。驱动电机的输出轴同轴安装一个小齿轮。支链推杆下方同轴安装一个大齿轮。小齿轮与大齿轮形成啮合，实现输出的减速。电机带动齿轮的旋转，实现推杆的上下往复平移运动，并实现输出力的增益。

推杆通过R型运动副与连杆一端连接在一起。连杆的另一端同样通过R副与箭体托架连接在一起。通过连杆的连接，将调姿平台推杆的运动传递给箭体托架。

调姿平台的三条支链均为PRR构型，3个PRR运动支链位于同一平面或相互平行的平面中且联接相同的机架和动平台(箭体托架)，在3-PRR并联构型的运动约束条件下，共同形成在垂直于平行导轨横截面内的三个平面自由度运动。

箭体弧形托架上安装箭体滚转驱动电机。在箭体弧形托架的内部安装有滚轮，通过滚转驱动电机带动滚动的运动完成火箭箭体在调姿架车上沿其轴线的滚转运动。

调姿架车放置在平行的轨道上，能够在轨道上往复移动。不同的对接部段放置在不同的移动架车上，在装配过程中相向运动，完成箭体对接装配。

上述调姿架车与滚转托架相互配合，共同完成火箭箭体的调姿、装配和整周旋转等功能。

如图1所示：轨道1放置在水平面上，作为整机系统运动的基础。车架底盘总成2放置与平行轨道1上，通过车轮完成沿轨道1的运动。同时车架总成2作为调姿平台的基座，安装有驱动电机3。三个支链的驱动电机3均安装在车架总成2上。小齿轮4同轴安装在支链驱动电机上。大齿轮5安装在车架总成2上，与小齿轮4形成外啮合。移动推杆10安装在车架总成2上方，构成移动副连接。每条支链的连杆11均通过回转副在其两端分别与移动推杆10和火箭箭体托架6相连接。3条PRR支链与车架和托架相连接，构成调姿平台。托架6右上部安装有滚转驱动电机7。回转滚轮12则通过回转副安装在托架上。箭体抱箍13与火箭箭体9同轴装配，抱箍固定好火箭箭体后，通过吊装放置于托架6上，此时抱箍13与回转滚轮12形成外相切接触装配。控制柜8则安装在移动车架总成2右上部。

如图1所示：装配系统中有2套3-PRR调姿平台，2套移动车架，2套托架，2个抱箍。

如图2所示：为1套调姿平台、移动车架、托架组成的装配车的结构示意图，作为图1的补充。

如图3所示：为装配车系统的正视图。

如图4所示：为调姿系统的机构运动简图。通过图4能够清楚的看出调姿系统的工作原理以及运动情况。

如图5所示：为两段火箭箭体通过柔顺装配系统完成对接装配的示意图，用以说明整机的对接安装运动情况。

本发明提供一种可实现火箭筒段整周旋转、位姿调整和自动对接的自动化装配系统，该装配系统由两条平行导轨、两台基于3-PRR(P-移动副、R-转动副)的四自由度并联调姿架车、抱箍以及控制系统组成。并联调姿架车置于平行导轨之上，采用3-PRR并联机构串联整周转动的结构形式。3-PRR并联机构由车架、三条位于同一平面的PRR运动支链和动平台(箭体托架)组成，可以实现平面内的三个自由度的运动。每一台调姿架车通过抱箍与火箭筒段固联，控制系统从测量系统获得筒段装配特征点位姿信息，经运动解算后传输给对接装备，通过两台5自由度调姿架车的配合，实现筒段空间6维位姿调整。一种基于平面3-PRR并联机构的火箭筒段自动化对接装配系统，可实现筒段整周旋转、位姿调整和自动对接的多功能集成，可大幅提高筒段对接装配效率，提高装配可靠性，对促进我国航天事业的发展具有重要的现实意义和良好应用前景。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种基于平面3-PRR并联构型火箭筒段自动化装配系统，其特征在于，包括：轨道(1)、车架底盘总成(2)、控制柜(8)、箭体弧形托架(6)、箭体抱箍(13)，其中，所述车架底盘总成(2)与轨道垂直放置，所述车架底盘总成的两端设置有滑轮，置于轨道上，沿轨道滑动；所述车架底盘总成(2)上，沿所述车架底盘总成即与轨道垂直方向，设置有3组PRR构型，其中，PRR构型包括：小齿轮(4)、大齿轮(5)、支链驱动电机(3)、推杆(10)、连杆(11)，所述支链驱动电机(3)由控制柜(8)控制，驱动小齿轮转动，带动与小齿轮啮合的大齿轮转动，大齿轮带动推杆(10)在竖直方向上下移动，连杆(11)的一端与推杆(10)转动连接，另一端与箭体弧形托架(6)底部连接，所述连杆在推杆的带动下，实现箭体弧形托架(6)的转动；所述箭体弧形托架(6)内侧面设置有箭体抱箍(13)，所述箭体抱箍(13)用于环抱箭体；其中，3组PRR构型中的三支连杆，两只平行设置，另一只与平行方向轴对称设置；每两组车架底盘总成(2)分别用于支撑火箭筒段的两端。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括滚转驱动电机(7)、回转滚轮(12)，所述滚转驱动电机(7)由控制柜(8)控制，滚转驱动电机(7)驱动回转滚轮回转，回转滚轮(12)通过回转副安装在箭体弧形托架(6)上，带动火箭箭体实现整周运动。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述滚转驱动电机(7)设置在箭体弧形托架(6)上。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述控制柜(8)安装于箭体弧形托架(6)的外侧面或者安装在车架底盘总成(2)。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述车架底盘总成(2)设置有偶数个，用于承载多段箭体筒段，每段箭体筒段由两组车架底盘总成(2)支撑。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述箭体抱箍(13)与火箭箭体(9)同轴装配，箭体抱箍(13)固定火箭箭体后，通过吊装放置于箭体弧形托架(6)上，箭体抱箍(13)与回转滚轮(12)形成外相切接触装配。

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