用于大型筒狀薄壁構(gòu)件自動(dòng)裝配的六自由度定位調(diào)姿裝備制造方法
【專(zhuān)利摘要】一種裝配對(duì)接【技術(shù)領(lǐng)域】的用于大型筒狀薄壁構(gòu)件自動(dòng)裝配的六自由度定位調(diào)姿裝備，包括：底座及設(shè)置于其上的六個(gè)PSS支鏈、與PSS支鏈的一端相連的帶有構(gòu)件托架的調(diào)整動(dòng)平臺(tái)，其中：待調(diào)姿的薄壁構(gòu)件與構(gòu)件托架固定連接。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了待裝大型筒狀薄壁構(gòu)件空間位姿的任意調(diào)整和沿其中心軸線方向的插銷(xiāo)對(duì)接，從而實(shí)現(xiàn)大型筒狀薄壁構(gòu)件的精確對(duì)接裝配。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于大型筒狀薄壁構(gòu)件自動(dòng)裝配的六自由度定位調(diào)姿裝備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種裝配對(duì)接【技術(shù)領(lǐng)域】的裝置，具體是一種用于大型筒狀薄壁構(gòu)件自動(dòng)裝配的六自由度定位調(diào)姿裝備。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，國(guó)內(nèi)飛機(jī)裝配中大部件對(duì)接主要是靠工裝和工藝補(bǔ)償來(lái)保證大部件之間的協(xié)調(diào)。特別地，兩個(gè)部件被分別放在托架或拖車(chē)平臺(tái)上，對(duì)接環(huán)面上通常有一圈孔和連接銷(xiāo)，推動(dòng)一部件緩慢靠近另一部件，觀察調(diào)整連接孔與銷(xiāo)，對(duì)準(zhǔn)后插入。這種方法使得對(duì)接面上孔銷(xiāo)配合精度低，易產(chǎn)生應(yīng)力，對(duì)疲勞強(qiáng)度影響大。針對(duì)此問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種適用于大型薄壁構(gòu)件對(duì)接裝配的調(diào)姿裝配設(shè)備，使對(duì)接精度提高，提高裝配質(zhì)量。
[0003]經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)號(hào)CN103303491A公開(kāi)(公告)日2013.09.18，公開(kāi)了一種筒形大部件對(duì)接的工藝裝備及其對(duì)接方法，能夠?qū)崿F(xiàn)待裝部件縱向、橫向、垂向、橫擺、俯仰調(diào)姿，通過(guò)固定對(duì)中裝置防止待裝配部件側(cè)滾，依靠目視判斷和手搖調(diào)姿。但是該技術(shù)缺少轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，前后托架調(diào)姿偏差可產(chǎn)生薄壁部件扭曲變形；調(diào)姿對(duì)于待裝配部件初定位要求過(guò)高；目視和手搖調(diào)姿精度差效率低，不能滿(mǎn)足現(xiàn)代化生產(chǎn)要求。
[0004]中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)號(hào)CN103592095A公開(kāi)(公告)日2014.02.19，公開(kāi)了一種兩轉(zhuǎn)動(dòng)兩移動(dòng)四自由度并聯(lián)激振平臺(tái)，其包括動(dòng)平臺(tái)、定平臺(tái)以及連接這兩個(gè)平臺(tái)的四條結(jié)構(gòu)相同的驅(qū)動(dòng)分支和一條中間約束分支。四條驅(qū)動(dòng)分支的結(jié)構(gòu)均為PSS結(jié)構(gòu)，每條驅(qū)動(dòng)分支中，線性模組(電動(dòng)驅(qū)動(dòng)式)固定在定平臺(tái)上，通過(guò)移動(dòng)副與滑塊連接，連桿的一端通過(guò)第一球副與滑塊連接，其另一端通過(guò)第二球副與動(dòng)平臺(tái)連接，中間約束分支為PPU結(jié)構(gòu)，該分支中的導(dǎo)軌固定在定平臺(tái)上，下連桿一端通過(guò)第一移動(dòng)副與上述導(dǎo)軌連接，其另一端通過(guò)第二移動(dòng)副與上連桿的一端連接，該上連桿的另一端通過(guò)萬(wàn)向鉸與動(dòng)平臺(tái)連接。該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)空間兩維的獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)自由度和兩維的獨(dú)立移動(dòng)自由度，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、易于安裝和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。但該技術(shù)只能實(shí)現(xiàn)空間四自由度的定位調(diào)姿功能，不能滿(mǎn)足復(fù)雜空間位姿部件的對(duì)接裝配，運(yùn)動(dòng)能力不足、適用范圍局限。
[0005]中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)號(hào)CN101973027A公開(kāi)(公告)日2011.02.16，公開(kāi)了一種并聯(lián)步行機(jī)器人的連接方法及其并聯(lián)步行機(jī)器人，主要包括兩個(gè)并聯(lián)機(jī)構(gòu)，每個(gè)并聯(lián)機(jī)構(gòu)又都包括上平臺(tái)、下平臺(tái)及連接上下臺(tái)架的三個(gè)或三個(gè)以上的多個(gè)支鏈，其特征是:1、兩個(gè)并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有特定的自由度組合，且自由度之和大于等于7，2、兩個(gè)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的上平臺(tái)固連在一起，兩個(gè)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的髖關(guān)節(jié)多邊形的中心在水平面上的投影之間的距離小于等于0.8(Ra+Rb)；3、兩個(gè)機(jī)構(gòu)的下平臺(tái)，分別由兩個(gè)互不干擾的互相獨(dú)立的足弓構(gòu)成。該機(jī)器人前進(jìn)過(guò)程中，重心不要作左右調(diào)整，就可以進(jìn)行穩(wěn)態(tài)步行，具有三腳趾站立，剛度大，承載能力強(qiáng)，轉(zhuǎn)向靈活，越障能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可用于勘探，救援、探險(xiǎn)等工作。也可以用于操作手。但該技術(shù)設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)相對(duì)對(duì)接裝配過(guò)程來(lái)說(shuō)過(guò)于復(fù)雜，相應(yīng)的控制方法也比較復(fù)雜；對(duì)筒狀薄壁構(gòu)件自動(dòng)裝配的大型化要求來(lái)說(shuō)，復(fù)雜的機(jī)構(gòu)和機(jī)器人的步行運(yùn)動(dòng)，都會(huì)造成成本的增加、響應(yīng)速度和精度的局限。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種用于大型筒狀薄壁構(gòu)件自動(dòng)裝配的六自由度定位調(diào)姿裝備，具有承載能力強(qiáng)、響應(yīng)速度快、運(yùn)動(dòng)范圍大、操作精度高的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)大型薄壁構(gòu)件的精確對(duì)接裝配。
[0007]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括:底座及設(shè)置于其上的六個(gè)移動(dòng)副-球副-球副(PSS)支鏈、與PSS支鏈的一端相連的帶有構(gòu)件托架的調(diào)整動(dòng)平臺(tái)，其中:待調(diào)姿的薄壁構(gòu)件與構(gòu)件托架固定連接。
[0008]所述的六個(gè)PPS支鏈的移動(dòng)副沿著互相平行的方向進(jìn)行:
[0009]I)同步運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)大型筒狀薄壁構(gòu)件沿其中心軸線方向的插銷(xiāo)對(duì)接過(guò)程；
[0010]2)非同步運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)大型筒狀薄壁構(gòu)件的六自由度的空間調(diào)姿，該六自由度包括三個(gè)方向的平動(dòng)和三個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0011]所述的設(shè)置采用固定設(shè)置于底座上的絲杠螺母機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，每一個(gè)絲杠螺母機(jī)構(gòu)與其對(duì)應(yīng)的PSS支鏈的另一端相連，六個(gè)PPS支鏈的絲杠螺母機(jī)構(gòu)相互平行設(shè)置于底座上以構(gòu)成PPS支鏈中的移動(dòng)副。
[0012]所述的絲杠螺母機(jī)構(gòu)與待調(diào)姿的薄壁構(gòu)件的中心軸線方向平行。
[0013]所述的PSS支鏈中的SS支鏈包括:支撐桿、球鉸、球鉸副支承座、絲杠機(jī)構(gòu)和導(dǎo)軌， 其中:支撐桿的兩端分別與兩個(gè)球鉸相連，球鉸與各自對(duì)應(yīng)的球鉸副支承座連接，
[0014]所述的球鉸副支承座為斜面帶有球窩的直角三角塊結(jié)構(gòu)，球窩用來(lái)安裝球鉸的球頭。
[0015]所述的絲杠螺母機(jī)構(gòu)中的螺母支座為底部設(shè)有凹槽且上部平整的矩形件結(jié)構(gòu)，螺母支座的上部與球鉸副支承座固定連接，球鉸副支承座和螺母支座在導(dǎo)軌上滑動(dòng)。
技術(shù)效果
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明將筒形大部件對(duì)接的工藝裝備及其對(duì)接方法和并聯(lián)機(jī)構(gòu)的定位調(diào)姿運(yùn)動(dòng)結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了大型筒狀薄壁構(gòu)件的自動(dòng)化裝配。設(shè)計(jì)六個(gè)互相平行導(dǎo)軌的PSS支鏈，簡(jiǎn)單的同步驅(qū)動(dòng)可以完成大型筒狀薄壁構(gòu)件沿其中心軸線方向的插銷(xiāo)對(duì)接過(guò)程；按照計(jì)算得到的一定的規(guī)律差動(dòng)驅(qū)動(dòng)時(shí)，可以完成大型筒狀薄壁構(gòu)件任意六自由度的空間調(diào)姿，其中包括三個(gè)方向的平動(dòng)自由度和三個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。不僅能完成構(gòu)件任意空間位姿的調(diào)姿定位，運(yùn)動(dòng)范圍大，操作精度高，還將對(duì)接裝配的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和大型筒狀薄壁構(gòu)件的對(duì)接工藝方法對(duì)應(yīng)，可以簡(jiǎn)單獨(dú)立完成構(gòu)件的調(diào)姿定位和插銷(xiāo)對(duì)接過(guò)程，響應(yīng)速度快，操作簡(jiǎn)單準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為實(shí)施例的正視圖；
[0019]圖3為實(shí)施例的左視圖；
[0020]圖4為實(shí)施例PSS支鏈?zhǔn)疽鈭D；
[0021]圖5為實(shí)施例PSS支鏈絲杠導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)示意圖；
[0022]圖中:1薄壁構(gòu)件、2構(gòu)件托架、3調(diào)整動(dòng)平臺(tái)、4、8球鉸副支承座、5、7球鉸、6支撐桿、9螺母支座、10絲杠、11導(dǎo)軌、12底板平臺(tái)、13對(duì)接薄壁構(gòu)件。

【具體實(shí)施方式】
[0023]下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
實(shí)施例1
[0024]如圖1至圖3所示，本實(shí)施例包括:帶有構(gòu)件托架2的調(diào)整動(dòng)平臺(tái)3、底板平臺(tái)12以及分別與之相連接的六個(gè)PSS支鏈，其中:筒狀薄壁構(gòu)件I和C型托架2通過(guò)圓弧型面接觸連接，構(gòu)件托架2對(duì)齊平放在動(dòng)平臺(tái)3上。
[0025]所述的調(diào)整動(dòng)平臺(tái)3采用平整加工的鋼板，用來(lái)支撐構(gòu)件托架2及薄壁構(gòu)件I。
[0026]本實(shí)施例中，六個(gè)PSS支鏈的布置形式如圖1至圖3所示，六個(gè)PSS支鏈除了支撐桿的長(zhǎng)度根據(jù)具體要求定制，其結(jié)構(gòu)基本一樣。
[0027]如圖4、5所示，所述的PSS支鏈包括:支撐桿6、球鉸5和7、球鉸副支承座4和8、螺母支座9、絲杠機(jī)構(gòu)10、導(dǎo)軌11，其中:支撐桿6上端通過(guò)球鉸5和球鉸副支承座4連接，下端通過(guò)球鉸7和球鉸副支承座8連接。球鉸副支承座4與動(dòng)平臺(tái)3連接。
[0028]本實(shí)施例中的球鉸副支承座8與底板平臺(tái)導(dǎo)軌11構(gòu)成移動(dòng)副，六個(gè)移動(dòng)副為六個(gè)驅(qū)動(dòng)輸入，均采用絲杠和螺母結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)單自由度傳遞運(yùn)動(dòng)，螺母支座9與球鉸副支承座8固定連接，在六個(gè)導(dǎo)軌11上滑動(dòng)，六個(gè)導(dǎo)軌11固定于底板平臺(tái)12上，其中，六個(gè)導(dǎo)軌的軸線相互平行，并且與對(duì)接裝配的主要軸線即大型筒狀薄壁構(gòu)件的中心軸線方向平行。
[0029]所述的底板平臺(tái)12采用平整加工的鋼板，底板平臺(tái)通過(guò)地腳安裝和經(jīng)平整修飾好的水泥地基固定。
[0030]所述的六個(gè)驅(qū)動(dòng)輸入均采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可直接利用伺服電機(jī)自帶的旋轉(zhuǎn)編碼器或光柵尺作為位移傳感器。
[0031]本裝置工作過(guò)程如下:根據(jù)調(diào)姿要求生成控制方法，利用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)六個(gè)移動(dòng)副(球鉸副支承座9與導(dǎo)軌11)，大型筒狀薄壁構(gòu)件就可以隨著調(diào)整動(dòng)平臺(tái)得到空間六自由度的運(yùn)動(dòng)。給定薄壁構(gòu)件的當(dāng)前位姿和裝配的目標(biāo)位姿之后，就可以根據(jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解求出調(diào)姿裝配過(guò)程所需要的驅(qū)動(dòng)輸入量，使薄壁構(gòu)件從當(dāng)前姿態(tài)調(diào)整到目標(biāo)姿態(tài)，完成裝配過(guò)程。其中，當(dāng)六個(gè)移動(dòng)副沿著互相平行的導(dǎo)軌軸線同步驅(qū)動(dòng)時(shí)，大型筒狀薄壁構(gòu)件可以完成沿其中心軸線方向的插銷(xiāo)對(duì)接過(guò)程；當(dāng)六個(gè)移動(dòng)副沿著互相平行的導(dǎo)軌軸線按照計(jì)算得到的一定的規(guī)律差動(dòng)驅(qū)動(dòng)時(shí)，大型筒狀薄壁構(gòu)件可以完成任意六自由度的空間調(diào)姿，其中包括三個(gè)方向的平動(dòng)和三個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。不僅能完成構(gòu)件任意空間位姿的調(diào)姿定位，運(yùn)動(dòng)范圍大，操作精度高，還將對(duì)接裝配的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和大型筒狀薄壁構(gòu)件的對(duì)接工藝方法對(duì)應(yīng)，可以簡(jiǎn)單獨(dú)立完成構(gòu)件的調(diào)姿定位和插銷(xiāo)對(duì)接過(guò)程，響應(yīng)速度快，操作簡(jiǎn)單準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于大型筒狀薄壁構(gòu)件自動(dòng)裝配的六自由度定位調(diào)姿裝備，其特征在于，包括:底座及設(shè)置于其上的六個(gè)PSS支鏈、與PSS支鏈的一端相連的帶有構(gòu)件托架的調(diào)整動(dòng)平臺(tái)，其中:待調(diào)姿的薄壁構(gòu)件與構(gòu)件托架固定連接； 所述的設(shè)置采用固定設(shè)置于底座上的絲杠螺母機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，每一個(gè)絲杠螺母機(jī)構(gòu)與其對(duì)應(yīng)的PSS支鏈的另一端相連，六個(gè)PPS支鏈的絲杠螺母機(jī)構(gòu)相互平行設(shè)置于底座上以構(gòu)成PPS支鏈中的移動(dòng)副； 所述的六個(gè)PPS支鏈的移動(dòng)副沿著互相平行的方向進(jìn)行: 1)同步運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)大型筒狀薄壁構(gòu)件沿其中心軸線方向的插銷(xiāo)對(duì)接過(guò)程； 2)非同步運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)大型筒狀薄壁構(gòu)件的六自由度的空間調(diào)姿，該六自由度包括三個(gè)方向的平動(dòng)和三個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝備，其特征是，所述的絲杠螺母機(jī)構(gòu)與待調(diào)姿的薄壁構(gòu)件的中心軸線方向平行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝備，其特征是，所述的PSS支鏈中的SS支鏈包括:支撐桿、球鉸、球鉸副支承座、絲杠機(jī)構(gòu)和導(dǎo)軌，其中:支撐桿的兩端分別與兩個(gè)球鉸相連，球鉸與各自對(duì)應(yīng)的球鉸副支承座連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝備，其特征是，所述的球鉸副支承座為斜面帶有球窩的直角三角塊結(jié)構(gòu)，球窩用來(lái)安裝球鉸的球頭。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝備，其特征是，所述的絲杠螺母機(jī)構(gòu)中的螺母支座為底部設(shè)有凹槽且上部平整的矩形件結(jié)構(gòu)，螺母支座的上部與球鉸副支承座固定連接，球鉸副支承座和螺母支座在導(dǎo)軌上滑動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝備，其特征是，所述的絲杠螺母機(jī)構(gòu)通過(guò)帶有旋轉(zhuǎn)編碼器或光柵尺的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
【文檔編號(hào)】B64F5/00GK104229158SQ201410443937
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月3日
【發(fā)明者】王皓, 趙勇, 黃順舟, 陳根良, 孔令雨, 徐勛 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)