CN111300081B - 一种实现多自由度运动的调姿装置及调姿方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种实现多自由度运动的调姿装置和调姿方法，利用螺旋升降机、十字滑台、拉伸弹簧及球头球窝结构，实现部件的六自由度运动。飞机部件的X/Y向平移运动及A/B/C三个方向的微量调整可手动快速调节；飞机部件的Z向升降运动及A向旋转运动依靠螺旋升降机的定量调节，实现实时定量控制，实现六自由度运动。该调姿装置的自由度高，装配时对接精准，可实现装配时的定量控制，以及灵活的手动快速调节，使飞机部件的装配精度大大的提高，节约了装配时间。可直接推广到其它行业的对接装配领域应用。

Description

一种实现多自由度运动的调姿装置及调姿方法

技术领域

本发明涉及航空制造业中飞机大部件对接安装领域，具体是一种用于飞机大部件快速精确对接安装的装置及使用方法。

背景技术

现阶段，应用于飞机大部件对接装配领域的调姿装置或装配试验装置其结构自由度不够灵活，操作由人工操作对接且装配困难，不仅耗费时间影响飞机大部件的装配精度，而且影响飞机及人员的安全。多自由度运动的调姿装置运行灵活，能够进行三维移动及三维转动，实现空间上的六自由度运动。

专利CN103434655A中公开了一种飞机前起落架装配试验车，该车是一种六自由度对接平台。其装配试验车是利用四个万向轮和五个伺服电动缸同步机构叠加在一起，实现六自由度的运动。在专利CN103434655A中描述了一种六自由度对接装配平台，该车利用四个万向轮来实现前起落架沿X轴、Y轴的移动和绕Z轴的转动；利用四个竖直伺服电动缸实现前起落架沿Z轴的移动和绕X轴、Y轴的转动；利用一个水平伺服电动缸实现前起落架的支柱沿轮轴的转动。上述技术采用运动叠加实现六自由度运动，X/Y/C轴可手动调节，但其自由度无法定量调节；Z/A/B轴虽然可以通过伺服控制实现定量控制，但缺乏柔性装配的要求，无法实现整个机构的搬运调姿的快速完成。同时，该结构在控制中难度较大，对***控制的依赖性非常大，四个电缸如果有一个出现问题，则无法正常使用，必须对其进行更换，且采购成本相对较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种针对飞机大部件进行高效率、高精度的对接安装调姿装置及调姿方法，保证飞机部件装配快速、精确可靠，提高零、部件对接装配的效率。将飞机部件装配在调姿装置上，利用螺旋升降机的同步运动实现Z方向上的移动和A方向上的转动；利用十字滑轨实现飞机部件在X和Y两个方向上的移动；利用滑动平台与调整承载平台之间的球头球窝配合结构以及位于两个平台之间的拉伸弹簧实现A/B两个方向上的旋转运动及C方向上绕球头的旋转运动。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：实现多自由度运动的调姿装置，包含底板、螺旋升降机、承载托盘、连接座、浮动平台、导向杆、导向套、十字滑轨、滑动平台、调整承载平台、球头、球窝、拉伸弹簧、限位杆、限位螺母、弹簧座。两组螺旋升降机固定在底板的两侧，承载托盘四个角上分别固定了四个连接座，连接座中心位置有圆通孔，螺旋升降机的丝杆穿过连接座的圆通孔；所述承载托盘四个角所连接的连接座下端装有导向杆，浮动平台四个角的外侧位置装有导向套与相配合，导向杆穿过导向套，将浮动平台固定在承载托盘的内腔中；浮动平台为槽型结构，所述十字滑轨固定在浮动平台的内腔中心，浮动平台四周设有挡板，滑动平台固定在十字滑轨上，滑动平台上设有弹簧通过孔，其下表面设有多个弹簧座，调整承载平台与滑动平台之间通过球头球窝结构连接。滑动平台的基座中心位置安装球窝，调整承载平台的中心位置安装球头，球头在球窝的圆槽内，对调整承载平台起到支撑作用，同时也可做旋转运动。滑动平台与调整承载平台之间有20mm的间隙。拉伸弹簧一端穿过平台用螺杆固定在弹簧座内，另一端用销固定在调整承载平台上；弹簧座用螺钉固定在滑动平台上。限位杆依靠限位螺母固定在调整承载平台上，限位杆的下螺纹端穿过滑动平台上的圆通孔，并用螺母调整限位杆的高度。

使用该装置进行调姿的方法包括如下步骤：

第一步：将飞机部件装配在该调姿装置的调整承载平台上。

第二步：通过螺旋升降机的同步升降，实现部件在Z方向上的升降功能。再通过螺旋升降机的单侧上升或下降，实现部件在A方向上的旋转运动。

第三步：通过人为推动飞机部件，滑动平台在浮动平台内腔内的滑动，实现部件在X/Y方向上的运动。

第四步：通过球头球窝与拉伸弹簧叠加的结构形式，使调整承载平台实现A/B两个方向上的旋转运动及C方向上的旋转运动。

有益效果：本发明提出的一种实现多自由度运动的调姿装置，利用螺旋升降机、十字滑台、拉伸弹簧及球头球窝结构，实现部件的六自由度运动。飞机部件的X/Y向平移运动及A/B/C三个方向的微量调整可手动快速调节；飞机部件的Z向升降运动及A向旋转运动依靠螺旋升降机的定量调节，实现实时定量控制，实现六自由度运动。该调姿装置的自由度高，装配时对接精准，可实现装配时的定量控制，以及灵活的手动快速调节，使飞机部件的装配精度大大的提高，节约了装配时间。可直接推广到其它行业的对接装配领域应用。

附图说明

图1是调姿装置总体布局示意

图2是十字滑台及承载托盘布置图

图3是微量翻转调整平台示意图

图4是微量翻转调整下层内部示意图

图中标号说明：1底板；2螺旋升降机；3承载托盘；4连接座；5导向杆；6导向套；7浮动平台；8十字滑轨；9滑动平台；10调整承载平台；11球头；12球窝；13拉伸弹簧；14限位杆；15限位螺母；16弹簧座；17弹簧固定杆。

以下结合实施例附图对本申请作进一步详细的描述。

具体实施方式

参看附图，本发明是实现飞机部件实现多自由度运动调姿的装置及快速精确安装使用方法。

从图1中看，底板1做为一个调姿装置的承载，上面安装着两组螺旋升降机2固定在底板的两侧。螺旋升降机2四个角上分别固定了四个连接座4，连接座4中心位置有圆通孔，螺旋升降机2的丝杆穿过连接座的圆通孔，连接座4中心开孔避开螺旋升降机2的丝杆传动。通过螺旋升降机2丝杆上的丝母承载着承载托盘3，承载托盘3沿螺旋升降机2的丝杆沿垂直方向上运动(Z方向)。

两组螺旋升降机2中的丝杠同步升降，带动螺旋升降机上丝母的传动，让承载托盘3完成Z向升降的功能。单组螺旋升降机2升降，相对一侧螺旋升降机静止，使承载托盘3在高度方向上有一定的高度差，达到沿X轴线方向旋转的功能(即A向旋转运动)。

承载托盘3四个角所连接的连接座4下端装有导向杆5，浮动平台7四个角的外侧位置装有导向套6与其配合，导向杆5穿过导向套6，将浮动平台7固定在承载托盘3的内腔中。

如图2所示，浮动平台7为槽型结构，所述十字滑轨8固定在浮动平台7的内腔中心，浮动平台7四周设有挡板，滑动平台9固定在十字滑轨8上。承载托盘3四周设有挡板，起限位作用。十字滑轨8在水平面上沿X与Y方向的相对滑动，使滑动平台9在承载托盘3所限制的范围内运动。

如图3所示，滑动平台9上设有弹簧通过孔，其下表面设有多个弹簧座16，调整承载平台10与滑动平台9之间通过球头11球窝12结构连接；安装球窝12位于滑动平台9的中心位置。调整承载平台10中心位置安装球头11。球头11在球窝12的圆槽内，对调整承载平台10起到支撑作用，同时也可做旋转运动。滑动平台9与调整承载平台10之间有20mm的间隙。

拉伸弹簧13一端穿过平台用螺杆固定在弹簧座16内，另一端用销固定在调整承载平台10上；拉伸弹簧13一端拉伸钩用螺杆固定在滑动平台9上，另一端拉伸环用销固定在调整承载平台10上，并按照拉伸弹簧设定的拉力值进行排布。

限位杆14依靠限位螺母15固定在调整承载平台上，限位杆14的下螺纹端穿过滑动平台9上的圆通孔，并用限位螺母15调整限位杆14的高度。限位杆14是依靠限位螺母15固定在调整承载平台10上。限位螺母15固定后，与滑动平台9之间有6～8mm的间隙。而限位杆14的下螺纹端则是与滑动平台下的限位螺母15相连并固定。此时，限位螺母15与滑动平台9之间有5mm左右的间隙。调整承载平台上端作为飞机部件承载的载体，依靠球头11做主要支撑，球头11在球窝12内既可旋转，亦可向任意一个方向倾倒。倾倒后位置的变化依靠拉伸弹簧13的拉伸量进行控制，实际位移量则是通过限位螺母15与调整承载平台10之间的间隙以及限位螺母15与滑动平台9之间的间隙进行控制。

如图4所示，拉伸弹簧13的拉伸环固定在弹簧固定杆17上，弹簧固定杆17与弹簧座16相连，而弹簧座16用螺钉固定在滑动平台9上。

该装置的使用方法包括如下步骤：

第一步：将飞机部件装配在该调姿装置的调整承载平台10上。

第二步：通过螺旋升降机2的同步升降，实现部件在Z方向上的升降功能。再通过螺旋升降机2的单侧上升或下降，实现部件在A方向上的旋转运动。

第三步：通过人为推动飞机部件，滑动平台9在浮动平台7内腔内的滑动，实现部件在X/Y方向上的运动。

第四步：通过球头球窝与拉伸弹簧13叠加的结构形式，使调整承载平台10实现A/B两个方向上的旋转运动及C方向上的旋转运动。

本专利运用螺旋升降机同步升降功能及单组升降功能实现Z/A两个方向的调整；十字滑轨实现在水平面内X/Y方向上的任意位置的运动；微量翻转调整技术补充了A/B方向上小角度的偏摆调整要求，可在这两个自由度方向上做±1°的微量旋转运动。因此，采用同步升降技术、双自由度运动技术及微量翻转调整技术，满足六由度运动灵活调整的安装要求。

Claims (5)

1.一种实现多自由度运动的调姿装置，包含底板、螺旋升降机、承载托盘、连接座、浮动平台、导向杆、导向套、十字滑轨、滑动平台、调整承载平台、球头、球窝、拉伸弹簧、限位杆、限位螺母、弹簧座，其特征在于两组螺旋升降机固定在底板的两侧，承载托盘四个角上分别固定了四个连接座，连接座中心位置有圆通孔，螺旋升降机的丝杆穿过连接座的圆通孔；所述承载托盘四个角所连接的连接座下端装有导向杆，浮动平台四个角的外侧位置装有导向套，导向杆穿过导向套，将浮动平台固定在承载托盘的内腔中；浮动平台为槽型结构，所述十字滑轨固定在浮动平台的内腔中心，浮动平台四周设有挡板，滑动平台固定在十字滑轨上，滑动平台上设有弹簧通过孔，其下表面设有多个弹簧座，调整承载平台与滑动平台之间通过球头球窝结构连接；拉伸弹簧一端穿过滑动平台用螺杆固定在弹簧座内，另一端用销固定在调整承载平台上；所述限位杆依靠限位螺母固定在调整承载平台上，限位杆的下螺纹端穿过滑动平台上的圆通孔，并用螺母调整限位杆的高度。

2.根据权利要求1所述的一种实现多自由度运动的调姿装置，其特征在于所述的滑动平台的基座中心位置安装球窝，调整承载平台的中心位置安装球头，球头在球窝的圆槽内，对调整承载平台起到支撑作用，同时也可做旋转运动。

3.根据权利要求1所述的一种实现多自由度运动的调姿装置，其特征在于所述的滑动平台与调整承载平台之间有20mm的间隙。

4.根据权利要求1所述的一种实现多自由度运动的调姿装置，其特征在于所述的弹簧座用螺钉固定在滑动平台上。

5.使用权利要求1所述的一种实现多自由度运动的调姿装置实现多自由度运动的调姿方法，其特征在于包括如下步骤：

第一步：将飞机部件装配在调姿装置的调整承载平台上；

第二步：通过螺旋升降机的同步升降，实现部件在Z方向上的升降功能，再通过螺旋升降机的单侧上升或下降，实现部件在A方向上的旋转运动；

第三步：通过人为推动飞机部件，滑动平台在浮动平台内腔内的滑动，实现部件在X/Y方向上的运动；

第四步：通过球头球窝与拉伸弹簧叠加的结构形式，使调整承载平台实现A/B两个方向上的旋转运动及C方向上的旋转运动。

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