CN112475826A - 面向异形大质量结构件的自动翻转调姿设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于重载装配技术领域，特别涉及一种面向异形大质量结构件的自动翻转调姿设备。包括基础框架机构、升降机构、对接翻转机构及拉动机构，其中基础框架机构为龙门式结构，升降机构设置于基础框架机构上，具有沿轴移动的自由度；对接翻转机构设置于升降机构上，具有绕轴旋转的自由度；拉动机构为多组，且沿周向设置于对接翻转机构上，拉动机构用于拉动随行工装及安装在随行工装上的工件，且将随行工装定位在对接翻转机构上。本发明在对大型重质不规则结构件或结构装配总成的翻转调姿过程中，能够实现对于待装配件进行全自动高精度对接，并由此为基础通过大推拉力的作用实现大扭矩的翻转调姿动作要求。

Description

面向异形大质量结构件的自动翻转调姿设备

技术领域

本发明属于重载装配技术领域，特别涉及一种面向异形大质量结构件的自动翻转调姿设备。

技术背景

随着航天、航空、军工领域不断取得跨越式进步，进步一方面体现在技术的不断更新完善，另一方面体现在产量的不断提高，这对相关领域生产装配提出了更高的要求，同时也对现有装配手段提出了更高的要求，这其中对于大型重质外形不规则结构件或装配总成的整体翻转调姿历来是装配过程中的难点，被翻转件外形不规则、质心位置偏心、缺少工艺定位基准、质量巨大等诸多不利于其整体翻转的因素使得传动翻转动作始终是装配的难点和效率上的瓶颈。在对大型重质不规则结构件翻转过程存在的不易定位、劳动强度巨大、效率低下以及操作者操作过程存在安全隐患等一系列不足。

针对在对大型重质不规则结构件翻转过程存在的不易定位、劳动强度巨大、效率低下以及操作者操作过程存在安全隐患等一系列不足本发明可以提供一种集浮动精准定位、重载提升、大扭矩翻转于一体的全自动化设备，设备工作精度高，安全可靠。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种面向异形大质量结构件的自动翻转调姿设备，以解决现有技术在对大型重质不规则结构件翻转过程存在的不易定位、劳动强度巨大、效率低下以及操作者操作过程存在安全隐患等一系列不足的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种面向异形大质量结构件的自动翻转调姿设备，包括基础框架机构、升降机构、对接翻转机构及拉动机构，其中基础框架机构为龙门式结构，所述升降机构设置于基础框架机构上，具有沿Z轴移动的自由度；所述对接翻转机构设置于升降机构上，具有绕Y轴旋转的自由度；所述对接翻转机构上沿周向设有多组拉动机构，所述拉动机构用于拉动随行工装及安装在随行工装上的工件，且将随行工装定位在所述对接翻转机构上。

所述升降机构包括升降架及升降驱动机构，其中升降架与所述基础框架机构可沿竖直方向滑动地连接；所述升降驱动机构设置于所述基础框架机构上，并且输出端与所述升降架连接；所述对接翻转机构设置于所述升降架上。

所述升降架包括左升降臂、右升降臂及连接在左升降臂和右升降臂之间的升降连接框，所述左升降臂和右升降臂分别与所述基础框架机构两侧沿竖直方向设有的直线导轨滑动连接；所述升降驱动机构为两组，并且分别设置于所述基础框架机构的两侧；所述左升降臂和右升降臂分别与相对应的所述升降驱动机构连接。

所述升降机构包括升降伺服电机、伺服电机减速器、梯形丝杠及丝母，其中梯形丝杠沿竖直方向设置于所述基础框架机构上，且可转动；所述伺服电机减速器设置于所述基础框架机构上，且输入端与所述升降伺服电机连接，输出端通过联轴器与所述梯形丝杠连接；所述丝母与所述梯形丝杠连接形成旋转副；所述升降架与所述丝母连接。

所述对接翻转机构包括翻转推拉电缸、翻转盘、翻转支臂及翻转轴，其中翻转盘的两侧设有翻转支臂，所述翻转支臂通过翻转轴与所述升降架转动连接；所述翻转推拉电缸设置于所述升降架上，并且输出端与所述翻转盘铰接；所述翻转推拉电缸用于驱动所述翻转盘绕所述翻转轴转动。

所述拉动机构包括直线驱动机构、拉杆、拉套、拉爪及拉爪旋转驱动结构，其中直线驱动机构设置于所述翻转盘上，所述拉杆的一端与所述直线驱动机构的输出端转动连接，另一端穿过拉套后与拉爪连接；所述拉套设置于所述翻转盘上；所述拉爪旋转驱动结构设置于所述拉套上，用于驱动所述拉杆和拉爪同步旋转。

所述拉爪旋转驱动结构包括旋转钉及沿轴向设置于所述拉杆外表面上的螺旋线槽，所述旋转钉设置于所述拉套上，并且端部容置于所述螺旋线槽内；所述拉杆沿轴向移动时，所述旋转钉在所述螺旋线槽内滑动，从而驱动所述拉杆旋转。

所述拉爪与所述随行工装接触的端面上设有重型万象球。

所述翻转盘的底部设有用于定位所述随行工装的限位C形槽和对接销轴。

所述翻转盘上设有高度判断机构，所述高度判断机构用于判断安装在所述随行工装上的工件的高度；

所述高度判断机构包括判断气缸、判断支架、判断轴及判断压头，其中判断支架设置于所述翻转盘上，所述判断气缸设置于所述判断支架上，且输出端与所述判断轴连接；所述判断压头设置于所述判断轴的末端，用于与所述随行工装接触。

本发明的优点及有益效果是：本发明在对大型重质不规则结构件或结构装配总成的翻转调姿过程中，能够实现对于待装配件进行全自动高精度对接，并由此为基础通过大推拉力的作用实现大扭矩的翻转调姿动作要求。

本发明面向大质量偏心结构件的自动翻转调姿设备的全部动作全自动化实现，无需人工辅助，对于大型重质不规则结构件或结构装配总成的翻转调姿正确、高效、安全。

本发明在满足工艺要求及机械性能的条件下，避免不必要的设计，机构集多种功能于一身，尽可能降低本发明成本需求；充分优化结构设计，结构简单，在实现所需功能的前提下无任何冗余结构；

本发明通过浮动拉动实现设备与被翻转调姿件的精确定位，并使被翻转调姿件与设备构成刚性的整体，便于翻转调姿；通过翻转升降机构对定位后的待翻转件进行位置高度调节，使翻转调姿过程被反转件最下端不与地面干涉，保证翻转调姿的顺利及逆行；

本发明经过理论计算得出翻转最佳轴线位置，从而调节大推力伺服电缸的作用位置，以最小推力获得最佳翻转调姿效果，实现大扭矩翻转调姿。

附图说明

图1为本发明面向异形大质量结构件的自动翻转调姿设备的主视图；

图2为图1的左视图；

图3为图1的俯视图；

图4为本发明面向异形大质量结构件的自动翻转调姿设备的轴测视图；

图5为本发明中基础框架机构部分的等轴测视图；

图6为本发明中翻转升降机构部分的等轴测视图；

图7为本发明中对接翻转机构部分的等轴测视图；

图中：1为基础框架机构，2为升降机构，3为对接翻转机构，4为拉动机构，5为左立柱，6为连接横梁，7为右立柱，8为升降伺服电机，9为伺服电机减速器，10为联轴器，11为梯形丝杠，12为丝母，13为安全丝母，14为直线导轨，15为位移传感器，16为升降接近开关，17为行程开关，18为重型液压缓冲器，19为左升降臂，20为右升降臂，21为升降连接框，22为翻转推拉电缸，23为轴承座，24为编码器组件，25为翻转接近开关，26为翻转盘，27为翻转支臂，28为翻转轴，29为螺旋线槽，30为高度判断机构，31为拉动电缸，32为拉动支架，33为拉杆，34为拉套，35为旋转钉，36为拉爪，37为重型万象球，38为限位C形槽，39为判断气缸，40为判断支架，41为判断轴，42为判断压头，43为对接销轴，A为随行工装，B为工件。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

如图1-4所示，本发明提供的一种面向异形大质量结构件的自动翻转调姿设备，包括基础框架机构1、升降机构2、对接翻转机构3及拉动机构4，其中基础框架机构1为龙门式结构，升降机构2设置于基础框架机构1上，具有沿Z轴移动的自由度；对接翻转机构3设置于升降机构2上，具有绕Y轴旋转的自由度；对接翻转机构3上沿周向设有多组拉动机构4，多组拉动机构4用于拉动随行工装A及安装在随行工装A上的工件B，且将随行工装A定位在对接翻转机构3上。

如图5所示，本发明的实施例中，基础框架机构1包括左立柱5、右立柱7及连接横梁6，其中连接横梁6连接在左立柱5和右立柱7顶部，形成龙门式框架，左立柱5和右立柱7上沿竖直方向均设有直线导轨14。

如图5所示，本发明的实施例中，升降机构2包括升降架及升降驱动机构，其中升降架的两端分别与左立柱5和右立柱7上的直线导轨14滑动连接，对接翻转机构3设置于升降架上。升降驱动机构设置于基础框架机构1上，并且输出端与升降架连接。本实施例中，升降驱动机构为两组，并且分别设置于基础框架机构1两侧的左立柱5和右立柱7上。

具体地，如图6所示，升降架包括左升降臂19、右升降臂20及连接在左升降臂19和右升降臂20之间的升降连接框21，左升降臂19和右升降臂20分别与左立柱5和右立柱7上的直线导轨14滑动连接；左升降臂19和右升降臂20分别与相对应的升降驱动机构连接。

本实施例中，升降机构2包括升降伺服电机8、伺服电机减速器9、梯形丝杠11及丝母12，其中梯形丝杠11沿竖直方向设置于基础框架机构1上，且可转动；伺服电机减速器9设置于基础框架机构1上，且输入端与升降伺服电机8连接，输出端通过联轴器10与梯形丝杠11连接；丝母12与梯形丝杠11连接形成旋转副；升降架中的左升降臂19和右升降臂20分别与相对应的丝母12连接。丝母12的下方设有安全丝母13。

如图5所示，在上述实施例的基础上，左立柱5和右立柱7上还设有位移传感器15、升降接近开关16、行程开关17及重型液压缓冲器18，其中升降接近开关16、行程开关17设置在左立柱5和右立柱7的对应侧壁上；重型液压缓冲器18设置于左立柱5和右立柱7的上端极限位置处。

如图6-7所示，本发明的实施例中，对接翻转机构3包括翻转推拉电缸22、翻转盘26、翻转支臂27及翻转轴28，其中翻转盘26的两侧设有翻转支臂27，两个翻转支臂27通过翻转轴28分别与升降架中的左升降臂19和右升降臂20转动连接。具体地，左升降臂19和右升降臂20上设有同轴线的轴承座23，轴承座23的端部设有编码器组件24，翻转轴28可转动地设置于轴承座23内。翻转推拉电缸22的尾部铰接在升降架中的升降连接框21上，并且输出端与翻转盘26铰接；翻转推拉电缸22用于驱动翻转盘26绕翻转轴28转动。

进一步地，在左升降臂19和右升降臂20上还设有翻转接近开关25，翻转接近开关25用于检测工件B是否被翻转到位。

如图7所示，本发明的实施例中，拉动机构4包括直线驱动机构、拉杆33、拉套34、拉爪36及拉爪旋转驱动结构，其中直线驱动机构设置于翻转盘26上，拉杆33的一端与直线驱动机构的输出端转动连接，另一端穿过拉套34后与拉爪36连接；拉套34设置于翻转盘26上；拉爪旋转驱动结构设置于拉套34上，用于驱动拉杆33和拉爪36同步旋转。

本实施例中，拉爪旋转驱动结构包括旋转钉35及沿轴向设置于拉杆33外表面上的螺旋线槽29，旋转钉35设置于拉套34上，并且端部容置于螺旋线槽29内；拉杆33沿轴向移动时，旋转钉35在螺旋线槽29内滑动，从而驱动拉杆33旋转。

进一步地，拉爪36与随行工装A接触的端面上设有重型万象球37。

进一步地，翻转盘26的底部设有用于定位随行工装A的限位C形槽38和对接销轴43，对接销轴43用于与随行工装A上的定位孔进行定位，限位C形槽38用于与随行工装A上的十字形臂进行定位连接，防止随行工装A及工件B周向转动。

如图1所示，在上述实施例的基础上，翻转盘26上还设有高度判断机构30，高度判断机构30用于判断安装在随行工装A上的工件B的高度。本实施例中，如图7所示，高度判断机构30包括判断气缸39、判断支架40、判断轴41及判断压头42，其中判断支架40设置于翻转盘26上，判断气缸39设置于判断支架40上，且输出端与判断轴41连接；判断压头42设置于判断轴41的末端，用于与随行工装A接触。

本发明提供的一种面向异形大质量结构件的自动翻转调姿设备的动作过程如下：

待翻转调姿的工件B连接在随行工装A上，且移动至设备下方，并初步定位于放置位置；

在升降伺服电机8和伺服电机减速器9的驱动下，通过联轴器10带动梯形丝杠11转动，升降机构2以及对接翻转机构3通过丝母12沿着直线导轨14向下移动；

当高度判断机构30的判断压头42触碰到随行工装A的上面并受力压缩判断轴41向后移动，使得判断气缸39伸出轴压缩；当判断压头42被压缩至预定位置时，触发判断气缸39上的磁性开关，给出到位信号。高度判断机构30对工件高度进行判断，消除不同工件的高度差异，使得各机构相对工件高度差一致；

拉动机构4开始工作，在拉动电缸31的带动下，拉杆33向上移动，旋转钉35固定于拉套34上并头部深入拉杆33上的螺旋线槽29中，由于旋转套34与旋转钉35位置相对固定，拉杆33可沿轴线旋转。在拉杆33向上移动过程中，旋转钉35通过深入拉杆33上的螺旋线槽29内，使拉杆33导向旋转，并旋转至拉爪36可以拉到随行工装A对应接触位置下方，拉杆33继续向上移动，使得拉爪36内的重型万象球37与随行工装A对应接触位置下方接触，以此拉动随行工装A下待翻转的工件B；

继续拉动随行工装A，因随行工装A为十字结构，随行工装A的每个十字臂进入限位C形槽38内，避免拉动过程中待翻转的工件B产生过大位移；

继续拉动，使得对接销轴43进入翻转盘26对应定位孔中，直至拉动机构4将待翻转的工件B紧密拉紧；

在升降伺服电机8和伺服电机减速器9的驱动下，通过联轴器10带动梯形丝杠11转动，升降机构2以及对接翻转机构3通过丝母12沿着直线导轨14向上移动至翻转位置；

对接翻转机构3开始工作，翻转推拉电缸22推动翻转支臂27，使对接翻转机构3沿着轴承座23内翻转轴28旋转进行翻转调姿，直至翻转调姿到需要角度位置；

在升降伺服电机8和伺服电机减速器9的驱动下，通过联轴器10带动梯形丝杠11转动，升降机构2以及对接翻转机构3通过丝母12沿着直线导轨14向下移动至卸载位置；

拉动机构4放松，在拉动电缸31的带动下，拉杆33向放松方向移动，使得拉爪36放松被翻转调姿的工件B；

被翻转调姿的工件B被移出本设备，完成目标动作；

设备各机构部分回到原始位置。

本发明经过理论计算得出翻转最佳轴线位置，从而调节大推力伺服电缸的作用位置，以最小推力获得最佳翻转调姿效果，实现大扭矩翻转调姿。本发明通过浮动拉动实现设备与被翻转调姿件的精确定位，并使被翻转调姿件与设备构成刚性的整体，便于翻转调姿；通过翻转升降机构对定位后的待翻转件进行位置高度调节，使翻转调姿过程被反转件最下端不与地面干涉，保证翻转调姿的顺利及逆行。

本发明公开的一种面向异形大质量结构件的自动翻转调姿设备，用于实现质量巨大、外形不规则、质心偏心的大型结构件或结构装配总成的自动翻转调姿动作，实现精准对接、升降、翻转调姿等动作，自动化程度高，翻转调姿精准、工作效率高、工作可靠性高。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种面向异形大质量结构件的自动翻转调姿设备，其特征在于，包括基础框架机构(1)、升降机构(2)、对接翻转机构(3)及拉动机构(4)，其中基础框架机构(1)为龙门式结构，所述升降机构(2)设置于基础框架机构(1)上，具有沿Z轴移动的自由度；所述对接翻转机构(3)设置于升降机构(2)上，具有绕Y轴旋转的自由度；所述对接翻转机构(3)上沿周向设有多组拉动机构(4)，所述拉动机构(4)用于拉动随行工装(A)及安装在随行工装(A)上的工件(B)，且将随行工装(A)定位在所述对接翻转机构(3)上。

2.根据权利要求1所述的面向异形大质量结构件的自动翻转调姿设备，其特征在于，所述升降机构(2)包括升降架及升降驱动机构，其中升降架与所述基础框架机构(1)可沿竖直方向滑动地连接；所述升降驱动机构设置于所述基础框架机构(1)上，并且输出端与所述升降架连接；所述对接翻转机构(3)设置于所述升降架上。

3.根据权利要求2所述的面向异形大质量结构件的自动翻转调姿设备，其特征在于，所述升降架包括左升降臂(19)、右升降臂(20)及连接在左升降臂(19)和右升降臂(20)之间的升降连接框(21)，所述左升降臂(19)和右升降臂(20)分别与所述基础框架机构(1)两侧沿竖直方向设有的直线导轨(14)滑动连接；所述升降驱动机构为两组，并且分别设置于所述基础框架机构(1)的两侧；所述左升降臂(19)和右升降臂(20)分别与相对应的所述升降驱动机构连接。

4.根据权利要求2所述的面向异形大质量结构件的自动翻转调姿设备，其特征在于，所述升降机构(2)包括升降伺服电机(8)、伺服电机减速器(9)、梯形丝杠(11)及丝母(12)，其中梯形丝杠(11)沿竖直方向设置于所述基础框架机构(1)上，且可转动；所述伺服电机减速器(9)设置于所述基础框架机构(1)上，且输入端与所述升降伺服电机(8)连接，输出端通过联轴器(10)与所述梯形丝杠(11)连接；所述丝母(12)与所述梯形丝杠(11)连接形成旋转副；所述升降架与所述丝母(12)连接。

5.根据权利要求2所述的面向异形大质量结构件的自动翻转调姿设备，其特征在于，所述对接翻转机构(3)包括翻转推拉电缸(22)、翻转盘(26)、翻转支臂(27)及翻转轴(28)，其中翻转盘(26)的两侧设有翻转支臂(27)，所述翻转支臂(27)通过翻转轴(28)与所述升降架转动连接；所述翻转推拉电缸(22)设置于所述升降架上，并且输出端与所述翻转盘(26)铰接；所述翻转推拉电缸(22)用于驱动所述翻转盘(26)绕所述翻转轴(28)转动。

6.根据权利要求5所述的面向异形大质量结构件的自动翻转调姿设备，其特征在于，所述拉动机构(4)包括直线驱动机构、拉杆(33)、拉套(34)、拉爪(36)及拉爪旋转驱动结构，其中直线驱动机构设置于所述翻转盘(26)上，所述拉杆(33)的一端与所述直线驱动机构的输出端转动连接，另一端穿过拉套(34)后与拉爪(36)连接；所述拉套(34)设置于所述翻转盘(26)上；所述拉爪旋转驱动结构设置于所述拉套(34)上，用于驱动所述拉杆(33)和拉爪(36)同步旋转。

7.根据权利要求6所述的面向异形大质量结构件的自动翻转调姿设备，其特征在于，所述拉爪旋转驱动结构包括旋转钉(35)及沿轴向设置于所述拉杆(33)外表面上的螺旋线槽(29)，所述旋转钉(35)设置于所述拉套(34)上，并且端部容置于所述螺旋线槽(29)内；所述拉杆(33)沿轴向移动时，所述旋转钉(35)在所述螺旋线槽(29)内滑动，从而驱动所述拉杆(33)旋转。

8.根据权利要求6所述的面向异形大质量结构件的自动翻转调姿设备，其特征在于，所述拉爪(36)与所述随行工装(A)接触的端面上设有重型万象球(37)。

9.根据权利要求5所述的面向异形大质量结构件的自动翻转调姿设备，其特征在于，所述翻转盘(26)的底部设有用于定位所述随行工装(A)的限位C形槽(38)和对接销轴(43)。

10.根据权利要求5所述的面向异形大质量结构件的自动翻转调姿设备，其特征在于，所述翻转盘(26)上设有高度判断机构(30)，所述高度判断机构(30)用于判断安装在所述随行工装(A)上的工件(B)的高度；

所述高度判断机构(30)包括判断气缸(39)、判断支架(40)、判断轴(41)及判断压头(42)，其中判断支架(40)设置于所述翻转盘(26)上，所述判断气缸(39)设置于所述判断支架(40)上，且输出端与所述判断轴(41)连接；所述判断压头(42)设置于所述判断轴(41)的末端，用于与所述随行工装(A)接触。

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