CN104229158B - 用于大型筒状薄壁构件自动装配的六自由度定位调姿装备 - Google Patents

Abstract

一种装配对接技术领域的用于大型筒状薄壁构件自动装配的六自由度定位调姿装备，包括：底座及设置于其上的六个PSS支链、与PSS支链的一端相连的带有构件托架的调整动平台，其中：待调姿的薄壁构件与构件托架固定连接。本发明实现了待装大型筒状薄壁构件空间位姿的任意调整和沿其中心轴线方向的插销对接，从而实现大型筒状薄壁构件的精确对接装配。

Description

用于大型筒状薄壁构件自动装配的六自由度定位调姿装备

技术领域

本发明涉及的是一种装配对接技术领域的装置，具体是一种用于大型筒状薄壁构件自动装配的六自由度定位调姿装备。

背景技术

目前，国内飞机装配中大部件对接主要是靠工装和工艺补偿来保证大部件之间的协调。特别地，两个部件被分别放在托架或拖车平台上，对接环面上通常有一圈孔和连接销，推动一部件缓慢靠近另一部件，观察调整连接孔与销，对准后***。这种方法使得对接面上孔销配合精度低，易产生应力，对疲劳强度影响大。针对此问题，设计一种适用于大型薄壁构件对接装配的调姿装配设备，使对接精度提高，提高装配质量。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN103303491A公开(公告)日2013.09.18，公开了一种筒形大部件对接的工艺装备及其对接方法，能够实现待装部件纵向、横向、垂向、横摆、俯仰调姿，通过固定对中装置防止待装配部件侧滚，依靠目视判断和手摇调姿。但是该技术缺少转动关节，前后托架调姿偏差可产生薄壁部件扭曲变形；调姿对于待装配部件初定位要求过高；目视和手摇调姿精度差效率低，不能满足现代化生产要求。

中国专利文献号CN103592095A公开(公告)日2014.02.19，公开了一种两转动两移动四自由度并联激振平台，其包括动平台、定平台以及连接这两个平台的四条结构相同的驱动分支和一条中间约束分支。四条驱动分支的结构均为PSS结构，每条驱动分支中，线性模组(电动驱动式)固定在定平台上，通过移动副与滑块连接，连杆的一端通过第一球副与滑块连接，其另一端通过第二球副与动平台连接，中间约束分支为PPU结构，该分支中的导轨固定在定平台上，下连杆一端通过第一移动副与上述导轨连接，其另一端通过第二移动副与上连杆的一端连接，该上连杆的另一端通过万向铰与动平台连接。该技术能够实现空间两维的独立转动自由度和两维的独立移动自由度，具有结构简单、紧凑、动态响应快、易于安装和维护等优点。但该技术只能实现空间四自由度的定位调姿功能，不能满足复杂空间位姿部件的对接装配，运动能力不足、适用范围局限。

中国专利文献号CN101973027A公开(公告)日2011.02.16，公开了一种并联步行机器人的连接方法及其并联步行机器人，主要包括两个并联机构，每个并联机构又都包括上平台、下平台及连接上下台架的三个或三个以上的多个支链，其特征是：1、两个并联机构具有特定的自由度组合，且自由度之和大于等于7，2、两个并联机构的上平台固连在一起，两个并联机构的髋关节多边形的中心在水平面上的投影之间的距离小于等于0.8(Ra+Rb)；3、两个机构的下平台，分别由两个互不干扰的互相独立的足弓构成。该机器人前进过程中，重心不要作左右调整，就可以进行稳态步行，具有三脚趾站立，刚度大，承载能力强，转向灵活，越障能力强等优点，可用于勘探，救援、探险等工作。也可以用于操作手。但该技术设计的机构相对对接装配过程来说过于复杂，相应的控制方法也比较复杂；对筒状薄壁构件自动装配的大型化要求来说，复杂的机构和机器人的步行运动，都会造成成本的增加、响应速度和精度的局限。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种用于大型筒状薄壁构件自动装配的六自由度定位调姿装备，具有承载能力强、响应速度快、运动范围大、操作精度高的特点，可实现大型薄壁构件的精确对接装配。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：底座及设置于其上的六个移动副‐球副‐球副(PSS)支链、与PSS支链的一端相连的带有构件托架的调整动平台，其中：待调姿的薄壁构件与构件托架固定连接。

所述的六个PPS支链的移动副沿着互相平行的方向进行：

1)同步运动，进而实现大型筒状薄壁构件沿其中心轴线方向的插销对接过程；

2)非同步运动，进而实现大型筒状薄壁构件的六自由度的空间调姿，该六自由度包括三个方向的平动和三个方向的转动。

所述的设置采用固定设置于底座上的丝杠螺母机构实现，每一个丝杠螺母机构与其对应的PSS支链的另一端相连，六个PPS支链的丝杠螺母机构相互平行设置于底座上以构成PPS支链中的移动副。

所述的丝杠螺母机构与待调姿的薄壁构件的中心轴线方向平行。

所述的PSS支链中的SS支链包括：支撑杆、球铰、球铰副支承座、丝杠机构和导轨，

其中：支撑杆的两端分别与两个球铰相连，球铰与各自对应的球铰副支承座连接，

所述的球铰副支承座为斜面带有球窝的直角三角块结构，球窝用来安装球铰的球头。

所述的丝杠螺母机构中的螺母支座为底部设有凹槽且上部平整的矩形件结构，螺母支座的上部与球铰副支承座固定连接，球铰副支承座和螺母支座在导轨上滑动。

技术效果

与现有技术相比，本发明将筒形大部件对接的工艺装备及其对接方法和并联机构的定位调姿运动结合起来，实现了大型筒状薄壁构件的自动化装配。设计六个互相平行导轨的PSS支链，简单的同步驱动可以完成大型筒状薄壁构件沿其中心轴线方向的插销对接过程；按照计算得到的一定的规律差动驱动时，可以完成大型筒状薄壁构件任意六自由度的空间调姿，其中包括三个方向的平动自由度和三个方向的转动自由度。不仅能完成构件任意空间位姿的调姿定位，运动范围大，操作精度高，还将对接装配的运动规划和大型筒状薄壁构件的对接工艺方法对应，可以简单独立完成构件的调姿定位和插销对接过程，响应速度快，操作简单准确等优点。

附图说明

图1为实施例1的结构示意图；

图2为实施例的正视图；

图3为实施例的左视图；

图4为实施例PSS支链示意图；

图5为实施例PSS支链丝杠导轨机构示意图；

图中：1薄壁构件、2构件托架、3调整动平台、4、8球铰副支承座、5、7球铰、6支撑杆、9螺母支座、10丝杠、11导轨、12底板平台、13对接薄壁构件。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1至图3所示，本实施例包括：带有构件托架2的调整动平台3、底板平台12以及分别与之相连接的六个PSS支链，其中：筒状薄壁构件1和C型托架2通过圆弧型面接触连接，构件托架2对齐平放在动平台3上。

所述的调整动平台3采用平整加工的钢板，用来支撑构件托架2及薄壁构件1。

本实施例中，六个PSS支链的布置形式如图1至图3所示，六个PSS支链除了支撑杆的长度根据具体要求定制，其结构基本一样。

如图4、5所示，所述的PSS支链包括：支撑杆6、球铰5和7、球铰副支承座4和8、螺母支座9、丝杠机构10、导轨11，其中：支撑杆6上端通过球铰5和球铰副支承座4连接，下端通过球铰7和球铰副支承座8连接。球铰副支承座4与动平台3连接。

本实施例中的球铰副支承座8与底板平台导轨11构成移动副，六个移动副为六个驱动输入，均采用丝杠和螺母结构来实现单自由度传递运动，螺母支座9与球铰副支承座8固定连接，在六个导轨11上滑动，六个导轨11固定于底板平台12上，其中，六个导轨的轴线相互平行，并且与对接装配的主要轴线即大型筒状薄壁构件的中心轴线方向平行。

所述的底板平台12采用平整加工的钢板，底板平台通过地脚安装和经平整修饰好的水泥地基固定。

所述的六个驱动输入均采用伺服电机驱动，可直接利用伺服电机自带的旋转编码器或光栅尺作为位移传感器。

本装置工作过程如下：根据调姿要求生成控制方法，利用伺服电机驱动六个移动副(球铰副支承座9与导轨11)，大型筒状薄壁构件就可以随着调整动平台得到空间六自由度的运动。给定薄壁构件的当前位姿和装配的目标位姿之后，就可以根据机构的运动学逆解求出调姿装配过程所需要的驱动输入量，使薄壁构件从当前姿态调整到目标姿态，完成装配过程。其中，当六个移动副沿着互相平行的导轨轴线同步驱动时，大型筒状薄壁构件可以完成沿其中心轴线方向的插销对接过程；当六个移动副沿着互相平行的导轨轴线按照计算得到的一定的规律差动驱动时，大型筒状薄壁构件可以完成任意六自由度的空间调姿，其中包括三个方向的平动和三个方向的转动。不仅能完成构件任意空间位姿的调姿定位，运动范围大，操作精度高，还将对接装配的运动规划和大型筒状薄壁构件的对接工艺方法对应，可以简单独立完成构件的调姿定位和插销对接过程，响应速度快，操作简单准确等优点。

Claims (3)

1.一种用于大型筒状薄壁构件自动装配的六自由度定位调姿装备，其特征在于，包括：底座及设置于其上的六个PSS支链、与PSS支链的一端相连的带有构件托架的调整动平台，其中：待调姿的薄壁构件与构件托架固定连接；

所述的设置采用固定设置于底座上的丝杠螺母机构实现，每一个丝杠螺母机构与其对应的PSS支链的另一端相连，六个PSS支链的丝杠螺母机构相互平行设置于底座上以构成PSS支链中的移动副；

所述的六个PSS支链的移动副沿着互相平行的方向进行：

1)同步运动，进而实现大型筒状薄壁构件沿其中心轴线方向的插销对接过程；

2)非同步运动，进而实现大型筒状薄壁构件的六自由度的空间调姿，该六自由度包括三个方向的平动和三个方向的转动；

所述的丝杠螺母机构与待调姿的薄壁构件的中心轴线方向平行；

所述的PSS支链中的SS支链包括：支撑杆、球铰、球铰副支承座、丝杠机构和导轨，其中：支撑杆的两端分别与两个球铰相连，球铰与各自对应的球铰副支承座连接；

所述的球铰副支承座为斜面带有球窝的直角三角块结构，球窝用来安装球铰的球头。

2.根据权利要求1所述的装备，其特征是，所述的丝杠螺母机构中的螺母支座为底部设有凹槽且上部平整的矩形件结构，螺母支座的上部与球铰副支承座固定连接，球铰副支承座和螺母支座在导轨上滑动。

3.根据权利要求1所述的装备，其特征是，所述的丝杠螺母机构通过带有旋转编码器或光栅尺的伺服电机驱动。