CN112498732A - 一种用于狭小空间装配的多自由度浮动平台及装配方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于狭小空间装配的多自由度浮动平台及装配方法，包含X向浮动平台、Y向旋转组件和Z向升降浮动装置，X向浮动平台的下端固定于Y向旋转组件的上端面，Y向旋转组件的两侧利用轴销形式与Z向升降浮动装置顶端相连。本申请将伺服控制技术和多自由度浮动技术相结合，实现Z向行程高度可控，其他多自由度随动，控制待安装产品对接时的姿态调整，简化狭小空间内产品与对接部件的安装流程，不需要人员干预，避免人工装配带来的安全隐患，该对接装置可用于不同截面、不同形状的产品对接，也可满足不同高度产品的安装要求。可推广至航空、航天制造中其它狭小空间装配制造领域。

Description

一种用于狭小空间装配的多自由度浮动平台及装配方法
技术领域
本发明涉及航空制造业中零、部件的装配制造领域，具体是一种用于狭小空间内装配的多自由度精确调姿对接装置及装配方法。
背景技术
飞机不仅外形复杂，而且内部空间紧凑，各种系统众多，协调关系难以控制，质量要求严格，造成装配和安装周期长，所以飞机装配技术是一项技术难度大、涉及多学科领域的综合性高技术，长期以来一直困扰着飞机制造业。此类装配是通过准确地操纵、定位等方法将多个零件组装成复杂的组件。目前，大多数装配工艺仍然由操作者手工完成，为提高装配精度、装配效率和产品的稳定性，同时将操作者从繁琐的装配工作中解脱出来，降低由于人为因素给产品质量带来的影响。
现阶段，还没有针对狭小空间装配多自由度浮动对接的专用对接装置。为满足狭小空间产品柔性对接的要求，避免刚性装配中易造成结构破环、人工装配安全性等要求，设计一种用于狭小空间装配的多自由度浮动对接装置。因此，本发明专利的目的在于避免人工装配带来的安全隐患，避免造成由于刚性装配过程中的结构损坏等一系列风险。
发明内容
本发明的目的在于提供一种针对狭小空间装配，对接精度高，人员无法干预装配的多自由度浮动对接装置，保证产品装配过程中沿X轴、Y轴偏移、Z轴升降、绕X轴、Y轴旋转、精确可靠，并提高对接装配的质量。
一种用于狭小空间装配的多自由度浮动平台，包含X向浮动平台、Y向旋转组件和Z向升降浮动装置，X向浮动平台的下端固定于Y向旋转组件的上端面，Y向旋转组件的两侧利用轴销形式与Z向升降浮动装置顶端相连。
所述的X向浮动平台是一个双层滑动结构，含有上层的产品放置板和下层的底部安装板，上层的产品放置板和下层的底部安装板之间设有X向第一滑动副，使产品放置板相对底部安装板可以做X向自由滑动，底部安装板与Y向旋转组件的上端面连接固定。
所述的Y向旋转组件是一个盒形组件，含有U型内框和长方体空心外框，U型内框位于长方体空心外框中间位置且开口向下，U型内框的顶部高出长方体空心外框的顶部，X向浮动平台固定在U型内框的顶部，Y转轴穿过U型内框与长方体空心外框中心位置，U型内框可绕Y转轴转动，在长方体空心外框的两侧设有X向的同轴孔，该同轴孔的轴心连线与Y转轴垂直，Y向旋转组件通过长方体空心外框两侧的同轴孔与Z向升降浮动装置顶端的X向横轴相连，使Y向旋转组件绕该X向横轴可浮动旋转。
所述的Z向升降浮动装置含有基座、伺服电机、移动叉耳支座和固定叉耳支座，所述的移动叉耳支座和固定叉耳支座通过Y向第二滑动副滑动连接在基座表面，伺服电机固定在固定叉耳支座上，伺服电机的输出端通过丝杆与设在移动叉耳支座上的丝母座连接，另有一个剪刀连杆结构将移动叉耳支座和固定叉耳支座连为一体，剪刀连杆结构的顶部设有X向的横向轴，该横向轴与Y向旋转组件连接，使Y向旋转组件绕该横向轴可浮动旋转，伺服电机通过丝杆带动移动叉耳支座相对固定叉耳支座沿第二滑动副移动，使剪刀连杆结构顶部的横向轴带动Y向旋转组件一起升降，同时，第二滑动副与X向浮动平台的第一滑动副的滑动方向相互垂直，使移动叉耳支座和固定叉耳支座连同关联的Y向旋转组件、X向浮动平台相对基座可以做Y向自由滑动。
本申请还提供一种用于狭小空间多自由度的装配方法，其特征在于包括以下内容：1)使用上述用于狭小空间装配的多自由度浮动平台，2)将待安装产品放置于在多自由度浮动平台的产品放置板上进行固定；3)将待安装产品和多自由度浮动平台通过地轨接近对接部件处；4)利用伺服电机通过丝杆带动移动叉耳支座相对固定叉耳支座沿第二滑动副移动，控制Z向升降浮动装置在高度位置升降，使待安装产品达到安装高度；5)利用X向浮动平台的产品放置板沿X向偏移，利用Y向旋转组件绕横向轴浮动旋转，利用U型内框绕Y转轴浮动旋转及利用第二滑动副的Y向滑动偏移，使待安装产品与对接部件达到装配状态。
本申请的有益效果在于，本发明提出一种用于狭小空间内装配的多自由度浮动对接装置及装配方法，利用Z向行程高度可控，其他多自由度随动的原理，控制产品对接时的状态调整。将伺服控制技术和多自由度浮动技术相结合，对狭小空间内产品对接进行精确控制，简化狭小空间内产品与对接部件的安装流程，不需要人员干预，避免人工装配带来的安全隐患，该对接装置可用于不同截面、不同形状的产品对接，也可满足不同高度产品的安装要求。可推广至航空、航天制造中其它狭小空间装配制造领域。
以下结合实施例附图，对本申请做进一步详细说明。
附图说明
图1为本申请的多自由度浮动平台使用状态示意图。
图2为多自由度浮动平台结构示意图。
图3为X向浮动平台结构示意图。
图4为Y向旋转组件结构示意图。
图5为U型内框结构示意图。
图6为Z向升降浮动装置结构示意图。
图中编号说明：1对接部件、2待安装产品、3地轨、4多自由度浮动平台、5X向浮动平台、6Y向旋转组件、7Z向升降浮动装置、8产品放置板、9底部安装板、10第一滑动副、11U型内框、12长方体空心外框、13Y转轴、14同轴孔、15伺服电机、16固定叉耳支座、17移动叉耳支座、18基座、19第二滑动副、20丝杆、21丝母座、22剪刀连杆结构、23横向轴。
具体实施方式
参见附图，如图1所示，待安装产品2与对接部件1之间空间狭小，不适用其他调姿装置，本申请的多自由度浮动平台4适用于这种在狭小空间装配时对待安装产品2的多自由度浮动调姿。将待安装产品2放置于多自由度浮动平台4上，待安装产品2与多自由度浮动平台4沿地轨3进行移动，接近对接部件进行调姿装配。
本申请的多自由度浮动平台4包含X向浮动平台5、Y向旋转组件6和Z向升降浮动装置7，X向浮动平台5的下端固定于Y向旋转组件6的上端面，Y向旋转组件6的两侧利用轴销形式与Z向升降浮动装置7顶端相连。
具体结构是，所述的X向浮动平台5是一个双层滑动结构，含有上层的产品放置板8和下层的底部安装板9，上层的产品放置板8和下层的底部安装板9之间设有X向第一滑动副10，通过第一滑动副10，使产品放置板8相对底部安装板9可以做X向自由滑动，实现待安装产品2在沿X向自由滑动调姿，底部安装板9与Y向旋转组件6的上端面连接固定。
所述的Y向旋转组件6是一个盒形组件，含有U型内框11和长方体空心外框12，U型内框11位于长方体空心外框12中间位置且开口向下，U型内框11的顶部高出长方体空心外框12的顶部，X向浮动平台5的底部安装板9通过紧固件固定在U型内框11的顶部，Y转轴13穿过U型内框11与长方体空心外框12中心位置，U型内框11可绕Y转轴13转动，其转动幅度受U型内框11与长方体空心外框12的高度差限定，实现待安装产品2绕Y转轴13微调功能，在长方体空心外框12的两侧设有X向的同轴孔14，该同轴孔14的轴心连线与Y转轴13垂直，Y向旋转组件6通过长方体空心外框两侧的同轴孔14与Z向升降浮动装置7顶端的X向横轴23相连，使Y向旋转组件6绕该X向横轴23可浮动旋转，实现待安装产品2绕X向横轴23微调功能。
所述的Z向升降浮动装置7含有基座18、伺服电机15、移动叉耳支座17和固定叉耳支座16，所述的移动叉耳支座17和固定叉耳支座16通过Y向第二滑动副19滑动连接在基座18表面，伺服电机16固定在固定叉耳支座16上，伺服电机16的输出端通过丝杆20与设在移动叉耳支座17上的丝母座21连接，另有一个剪刀连杆结构22将移动叉耳支座17和固定叉耳支座16连为一体，剪刀连杆结构22的顶部设有X向的横向轴23，该横向轴23与Y向旋转组件6连接，使Y向旋转组件6绕该横向轴23可浮动旋转，实现待安装产品2绕X向横轴23微调功能。伺服电机15通过丝杆20带动移动叉耳支座17相对固定叉耳支座16沿第二滑动副19移动，使剪刀连杆结构22顶部的横向轴23带动Y向旋转组件6、X向浮动平台5和待安装产品2一起升降，实现待安装产品2的Z向调姿，达到所需的安装高度；同时，第二滑动副19与X向浮动平台5的第一滑动副10的滑动方向相互垂直，使移动叉耳支座17和固定叉耳支座16连同关联的Y向旋转组件6、X向浮动平台5和待安装产品2相对基座可以做Y向自由滑动，实现待安装产品Y向移动调姿。
本申请能使待安装产品2利用X向浮动平台的产品放置板8沿X向偏移，利用Y向旋转组件6绕横向轴23浮动旋转，利用U型内框12绕Y转轴13浮动旋转及利用整个对接装置在Z向升降和在基座上Y向滑动偏移，使待安装产品2与对接框内部的连接部件1达到装配状态。
使用时，将本申请的多自由度浮动平台的基座沿地轨导入对接部件附近，将待安装的产品定位在X向浮动平台上层的产品放置板上，通过伺服电机和丝杆带动移动叉耳支座相对固定叉耳支座沿第二滑动副移动，使剪刀连杆结构顶部的横向轴带动Y向旋转组件、X向浮动平台和待安装的产品一起升降，同时，根据装配空间和对接产品的位置，使待安装产品在装配过程中，实现姿态在X轴、Y轴浮动偏移、沿Z轴升降、并绕X轴、Y轴旋转，实现精确可靠的浮动调姿，提高对接装配的质量。

Claims (5)

1.一种用于狭小空间装配的多自由度浮动平台，其特征在于，所述的多自由度浮动平台包含X向浮动平台、Y向旋转组件和Z向升降浮动装置，X向浮动平台的下端固定于Y向旋转组件的上端面，Y向旋转组件的两侧利用轴销形式与Z向升降浮动装置顶端相连。
2.如权利要求1所述的用于狭小空间装配的多自由度浮动平台，其特征在于，所述的X向浮动平台是一个双层滑动结构，含有上层的产品放置板和下层的底部安装板，上层的产品放置板和下层的底部安装板之间设有X向第一滑动副，使产品放置板相对底部安装板可以做X向自由滑动，底部安装板与Y向旋转组件的上端面连接固定。
3.如权利要求1所述的用于狭小空间装配的多自由度浮动平台，其特征在于，所述的Y向旋转组件是一个盒形组件，含有U型内框和长方体空心外框，U型内框位于长方体空心外框中间位置且开口向下，U型内框的顶部高出长方体空心外框的顶部，X向浮动平台固定在U型内框的顶部，Y转轴穿过U型内框与长方体空心外框中心位置，U型内框可绕Y转轴转动，在长方体空心外框的两侧设有X向的同轴孔，该同轴孔的轴心连线与Y转轴垂直，Y向旋转组件通过长方体空心外框两侧的同轴孔与Z向升降浮动装置顶端的X向横轴相连，使Y向旋转组件绕该X向横轴可浮动旋转。
4.如权利要求1或2或3所述的用于狭小空间装配的多自由度浮动平台，其特征在于，所述的Z向升降浮动装置含有基座、伺服电机、移动叉耳支座和固定叉耳支座，所述的移动叉耳支座和固定叉耳支座通过Y向第二滑动副滑动连接在基座表面，伺服电机固定在固定叉耳支座上，伺服电机的输出端通过丝杆与设在移动叉耳支座上的丝母座连接，另有一个剪刀连杆结构将移动叉耳支座和固定叉耳支座连为一体，剪刀连杆结构的顶部设有X向的横向轴，该横向轴与Y向旋转组件连接，使Y向旋转组件绕该横向轴可浮动旋转，伺服电机通过丝杆带动移动叉耳支座相对固定叉耳支座沿第二滑动副移动，使剪刀连杆结构顶部的横向轴带动Y向旋转组件一起升降，同时，第二滑动副与X向浮动平台的第一滑动副的滑动方向相互垂直，使移动叉耳支座和固定叉耳支座连同关联的Y向旋转组件、X向浮动平台相对基座可以做Y向自由滑动。
5.一种用于狭小空间多自由度的装配方法，其特征在于包括以下内容：1)使用如权利要求4所述的用于狭小空间装配的多自由度浮动平台；2)将待安装产品放置于在多自由度浮动平台的产品放置板上进行固定；3)将待安装产品和多自由度浮动平台通过地轨接近对接部件处；4)利用伺服电机通过丝杆带动移动叉耳支座相对固定叉耳支座沿第二滑动副移动，控制Z向升降浮动装置在高度位置升降，使待安装产品达到安装高度；5)利用X向浮动平台的产品放置板沿X向偏移，利用Y向旋转组件绕横向轴浮动旋转，利用U型内框绕Y转轴浮动旋转及利用第二滑动副的Y向滑动偏移，使待安装产品与对接部件达到装配状态。
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