CN112776957A - 具有摆角顺应性的船舶总段对接协同装配架车 - Google Patents

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唐楚禹
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Abstract

一种具有摆角顺应性的船舶总段对接协同装配架车，包括：二自由度协同装配架车以及三维活动设置于其上的摆角顺应机构，该摆角顺应机构包括：定平台、动平台和三个辅助分支，三个辅助分支的两端分别与动平台和定平台转动连接，动平台一端与定平台转动连接并实现两转一移三自由度的运动。本发明具有操作精度高，自动化程度高，运动范围大，每台架车都具有顺应能力、可装配部件及可适应装配环境广等优点，本发明中的架车单独每个架车均具有姿态顺应能力，可以根据船段的形状与尺寸规划不同的架车阵列，并协同控制所有架车，从而实现不同形状与尺寸船段的装配。

Description

具有摆角顺应性的船舶总段对接协同装配架车
技术领域
本发明涉及的是一种船舶制造领域的技术，具体是一种具有摆角顺应性的船舶总段对接协同装配架车。
背景技术
目前，国内大型船段装配对接大多数仍依靠目视和手摇实现。通常两部件被分别放在托架或拖车平台上，两部件对接环面上有一圈对应的孔销配合结构。推动一部件缓慢靠近另一部件，观察并手动调整对应孔销姿态，对准后插入。这种方法使得对接面孔销配合精度低，装配应力大，影响疲劳强度，效率低。且在实际工作中，装配设备柔顺性较差，易对装配部件造成一定的伤害。针对此问题，具有三自由度的可自动化控制的协同装配架车应运而生，然而，大型船段通常是曲面结构，且架车与部件的接触点需要是一个面而不是一个点或是一条线，因此，大型船段的曲面弧度与倾角无法得到顺应，导致装配过程中，架车与大型船段接触点的应力过大，既影响装配精度，也影响装配应力，不能满足大型船段的装配要求。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种具有摆角顺应性的船舶总段对接协同装配架车，具有操作精度高，自动化程度高，运动范围大，每台架车都具有顺应能力、可装配部件及可适应装配环境广等优点，本发明中的架车单独每个架车均具有姿态顺应能力，可以根据船段的形状与尺寸规划不同的架车阵列，并协同控制所有架车，从而实现不同形状与尺寸船段的装配。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括：二自由度协同装配架车以及三维活动设置于其上的摆角顺应机构，该摆角顺应机构包括：定平台、动平台和三个辅助分支，其中：三个辅助分支的两端分别与动平台和定平台转动连接，动平台一端与定平台转动连接并实现两转一移三自由度的运动。
所述的辅助分支与动平台之间通过球面副实现转动连接。
所述的辅助分支与定平台之间通过转动副实现转动连接。
所述的动平台与定平台之间通过转动副实现转动连接。
所述的三维活动设置，通过二自由度协同装配架车上的三维轴向运动机构实现，该三维轴向运动机构分别与摆角顺应机构和二自由度协同装配架车的车架相连。
所述的二自由度协同装配架车进一步包括：车架和设置于车架上的前车轮主轴、皮带传动装置、轨道轮、后车轮主轴、车壳。
在协同装配过程中，由多个装配架车共同托举一节船段，装配架车的五个自由度中的三个平动自由度用于调整船段姿态，两个转动自由度用于顺应船段自身的倾角与弧度。然后同时控制多组船段下方的装配架车的运动，使多个船段协同装配。
技术效果
本发明整体解决大型船段装配过程中接触应力过大导致的变形的问题，该问题会严重影响装配精度，同时目前装配方式依靠目视和手摇实现。通常两部件被分别放在托架或拖车平台上，两部件对接环面上有一圈对应的孔销配合结构。推动一部件缓慢靠近另一部件，观察并手动调整对应孔销姿态，对准后插入。这种方法使得对接面孔销配合精度低，装配应力大，影响疲劳强度，效率低。
与现有技术相比，本发明将摆角顺应机构与二自由度协同装配架车相结合，提出了多台架车同时控制同一船段然后多个船段协同装配的方法，每台架车均具有了很好的顺应性，减小了装配时的接触应力。相较于传统装配方式，本发明的摆角顺应机构可以减小与船段的接触应力，从而减小船段在装配过程中的变形，提高装配精度。另一方面，摆角顺应机构使得架车不必在固定位置托举船段，可以实现自由组合不同阵列的架车，去装配不同形状与大小的船段。同时，多台架车自动化协作装配，采用激光跟踪仪或IGPS测量部件位姿，自动化高精度的装配取代了现有目视手摇调资，精度更高，效率更高，安全性与可靠性更高。
附图说明
图1为本发明总体示意图；
图2为二自由度协同装配架车结构图；
图3为摆角顺应机构结构图；
图4为协同装配示意图；
图5为协同装配示意图主视图；
图6为协同装配示意图底视图；
图中：摆角顺应机构1、转接板2、二自由度协同装配架车3、皮带传动装置4、Y轴运动电机5、X轴直线模组6、辅助固定支座7、车架8、轨道轮9、X轴运动电机10、前轮主轴11、末端移动平台12、被动球副13、驱动电缸14、被动U副15、被动支撑移动副16、船段17。
具体实施方式
如图1所示，为本实施例涉及一种具有摆角顺应性的船舶总段对接协同装配架车，包括：摆角顺应机构1、转接板2和二自由度协同装配架车3，其中：摆角顺应机构1与二自由度协同装配架车3通过转接板2连接。
如图2所示，所述的二自由度协同装配架车包括：皮带传动装置4、Y轴运动电机5、X轴直线模组6、辅助固定支座7、车架8、轨道轮9、X轴运动电机10和前轮主轴11，其中：Y轴运动电机固定在车架8上，Y轴驱动电机5通过皮带传动装置4驱动前轮主轴11，使二自由度协同装配架车3产生Y轴方向运动，X轴电机固定在车架上用于固定X轴驱动电机10，X轴驱动电机驱动X轴直线模组运动，使二自由度协同装配架车3产生X轴方向运动。
如图3所示，所述的摆角顺应机构1包括：末端移动平台12、被动球副13、驱动电缸14、被动U副15和被动支撑移动副16，其中：驱动电缸14底部通过被动U副15与转接板2相连，可驱动电缸14顶部通过被动球副13与末端移动平台12相连。被动支撑移动副16底部被动U副15与转接板2相连，被动支撑移动副16顶部与末端移动平台12固连。通过三个驱动电缸14可以驱动末端移动平台12实现两转一移三自由度的运动。
如图4所示，本实施例中具体的船舶总段对接协同装配架车包括：具有摆角顺应性的船舶总段对接协同装配架车和船段17，每8个装配架车共同托举一个船段，其姿态装配架车共同调整，装配架车的五个自由度中的3个平动自由度用于调整船段姿态，两个转动自由度用于顺应船段自身的倾角与弧度。然后同时控制两组船段下方的装配架车的运动，使两节船段协同装配。
如图5和图6所示，装配架车的具体分布形式每个船段下面8个架车，一共两排，每排4辆。
经过现场测试，船段装配总共只需15分钟，且对于单个特征点来说，精度可以达到±1MM。对于船段装配来说，一般装配精度要求为±2MM，原有技术需要一天时间调姿到该精度允许范围内，基于本发明协同装配只需要15分钟即可完成精度要求。同时对于单个特征点来说，精度可以达到±1MM。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (6)

1.一种具有摆角顺应性的船舶总段对接协同装配架车，其特征在于，包括：二自由度协同装配架车以及三维活动设置于其上的摆角顺应机构，该摆角顺应机构包括：定平台、动平台和三个辅助分支，其中：三个辅助分支的两端分别与动平台和定平台转动连接，动平台一端与定平台转动连接并实现两转一移三自由度的运动；
所述的二自由度协同装配架车包括：皮带传动装置、Y轴运动电机、X轴直线模组、辅助固定支座、车架、轨道轮、X轴运动电机和前轮主轴，其中：Y轴运动电机固定在车架上，Y轴驱动电机通过皮带传动装置驱动前轮主轴，使二自由度协同装配架车产生Y轴方向运动，X轴电机固定在车架上用于固定X轴驱动电机，X轴驱动电机驱动X轴直线模组运动，使二自由度协同装配架车产生X轴方向运动；在协同装配过程中，由多个装配架车共同托举一节船段，装配架车的五个自由度中的三个平动自由度用于调整船段姿态，两个转动自由度用于顺应船段自身的倾角与弧度，然后同时控制多组船段下方的装配架车的运动，使多个船段协同装配。
2.根据权利要求1所述的具有摆角顺应性的船舶总段对接协同装配架车，其特征是，所述的辅助分支与动平台之间通过球面副实现转动连接，辅助分支与定平台之间通过转动副实现转动连接，动平台与定平台之间通过转动副实现转动连接。
3.根据权利要求1所述的具有摆角顺应性的船舶总段对接协同装配架车，其特征是，所述的三维活动设置，通过二自由度协同装配架车上的三维轴向运动机构实现，该三维轴向运动机构分别与摆角顺应机构和二自由度协同装配架车的车架相连。
4.根据权利要求1～3中任一所述的具有摆角顺应性的船舶总段对接协同装配架车，其特征是，所述的摆角顺应机构具体包括：末端移动平台、被动球副、驱动电缸、被动U副和被动支撑移动副，其中：驱动电缸底部通过被动U副与转接板相连，可驱动电缸顶部通过被动球副与末端移动平台相连，被动支撑移动副底部被动U副与转接板相连，被动支撑移动副顶部与末端移动平台固连，通过三个驱动电缸可以驱动末端移动平台实现两转一移三自由度的运动。
5.根据权利要求1所述的具有摆角顺应性的船舶总段对接协同装配架车，其特征是，所述的二自由度协同装配架车具体为：每个船段下面8个架车，一共两排，每排4辆。
6.根据权利要求1或5所述的具有摆角顺应性的船舶总段对接协同装配架车，其特征是，所述的二自由度协同装配架车进一步包括：车架和设置于车架上的前车轮主轴、皮带传动装置、轨道轮、后车轮主轴、车壳。
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