CN112222796A - 一种基于正交3-prr并联机构的火箭筒段自动化对接装配系统 - Google Patents

Abstract

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，该系统由两条平行导轨、两台基于正交3‑PRR的四自由度混联对接装备、在线测量系统和闭环控制系统组成；四自由度混联对接装备采用正交3‑PRR并联机构串联整周转动的结构形式，实现垂直导轨平面内的三自由度运动和绕箭体轴线的转动，同时对接装备还可以沿导轨移动；每一台对接装备通过抱箍与筒段固联，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2个5自由度对接架车的配合，实现筒段空间六自由度位姿调整。

Description

一种基于正交3-PRR并联机构的火箭筒段自动化对接装配 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，特别是一种带有正交3-PRR构型自主调姿平台的柔顺装配系统。

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行车辅助、手动装配完成，装配装工作量大，且用行车对部段姿态的调整能力有限，存在安装效率低、装配可靠性不高等问题。因此研制自动化调姿装备不仅可以提高装配过程的准确性和装配效率，而且可以保证装配系统的可靠性，减小装配过程中火箭贮箱的损伤风险，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、侧架14，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；所述侧架14设置在所述车架底盘总成2，在侧架14上设置有1组PRR构型，在所述车架底盘总成2沿所述车架底盘总成即与轨道垂直方向，设置有2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，在所述车架底盘总成2上的2组PRR构型中的2支连杆平行设置，在侧架14上的1组PRR中的连杆与前述两只连杆在同一平面内且正交设置，；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。

本发明的正交3-PRR并联构型火箭柔顺装配系统的优点是：调姿平台采用正交3-PRR并联构型平台，相比于传统装配系统具有更多的自由度，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，包括两个垂直方向的平移运动和绕箭体轴线旋转所形成的运动。调姿平台、弧形托架、移动架车总成共5个自由度，相互配合更加方便装配过程中箭体姿态的调整。这种结构形式增加了系统的自由度，使得系统具备更强的柔顺性。这种柔顺性是主动柔顺性，更加有利于装配误差的减少。同时这种装配系统能够减少传统装配过程中火箭箭体的吊装次数，提高了装配的效率，高柔顺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是本发明的正交3-PRR并联构型火箭柔顺装配系统整机的轴测图。

图2是本发明的正交3-PRR并联构型调姿平台轴测图。

图3是本发明的正交3-PRR并联构型调姿平台主视图。

图4是正交3-PRR并联构型调姿平台的机构运动简图。

图5是两段火箭箭体通过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；14、侧架。

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、侧架14，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；所述侧架14设置在所述车架底盘总成2，在侧架14上设置有1组PRR构型，在所述车架底盘总成2沿所述车架底盘总成即与轨道垂直方向，设置有2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，在所述车架底盘总成2上的2组PRR构型中的2支连杆平行设置，在侧架14上的1组PRR中的连杆与前述两只连杆在同一平面内且正交设置；正交3-PRR并联调姿平台的3条支链构成平面机构，其中一条支链的推杆与另外两条支链的推杆方向构成垂直正交关系。另外两条支链的推杆方向相互平行。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。例如，滚转电机安装在火箭箭体弧形托架上。滚转电机带动回转滚轮运动驱动抱箍切于滚轮的回转，从而带动火箭箭体绕其轴线回转运动。

根据本发明的实施例，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。

通过推杆的伸缩实现调姿平台位置及姿态的调整；滚转驱动电机驱动回转滚轮回转带动火箭箭体在装配车上的大角度滚转；车架总成能够沿轨道往复运动，实现火箭箭体部段的对接，例如，移动车架总成放置于平行的轨道上，能够沿轨道方向往复移动。两个火箭部段分别置于2套相同的柔顺装配系统上，沿导轨相向运动并配合位姿调整机构的运动完成火箭箭体的装配。

3prr构件具有3个自由度，其自由度分别为在垂直于箭体部段的横截面内两个垂直方向的平移运动和绕箭体轴线的旋转运动。该系统构成5自由度系统，自主完成火箭箭体的柔顺装配。2台基于正交3-PRR并联机构的自动对接架车配合可实现火箭贮箱的空间六自由度自动对接装配。

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，通过车轮实现沿轨道1的运动。车架总成2作为调姿平台的基座，安装有驱动电机3。两条平行支链的驱动电机3均安装在车架总成2上，另一条正交支链的驱动电机安装在侧架14的外侧。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套正交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，该系统由两条平行导轨、两台基于正交3-PRR(P-移动副、R-转动副)的四自由度混联对接装备、在线测量系统和闭环控制系统组成。四自由度混联对接装备采用正交3-PRR并联机构串联整周转动的结构形式，可实现垂直导轨平面内的三自由度运动和绕箭体轴线的转动，同时对接装备还可以沿导轨移动。每一台对接装备通过抱箍与筒段固联，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2个5自由度对接架车的配合，实现筒段空间六自由度位姿调整。一种基于正交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功能，将筒段调姿、装配和多余物检查三个工序在同一工位实现，可大幅提高筒段对接装配效率，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)、侧架(14)，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；所述侧架(14)设置在所述车架底盘总成(2)，在侧架(14)上设置有1组PRR构型，在所述车架底盘总成(2)沿所述车架底盘总成即与轨道垂直方向，设置有2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，在所述车架底盘总成(2)上的2组PRR构型中的2支连杆平行设置，在侧架(14)上的1组PRR中的连杆与前述两只连杆在同一平面内且正交设置；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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