CN112719847A - 一种基于齿轮齿条驱动的自动柔性对接调整装置 - Google Patents

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郭永才
柳帅蒙
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Abstract

一种基于齿轮齿条驱动的自动柔性对接调整装置，其特征在于：所述调整装置包括由左至右依次安装在对接平台上的固定调整机构、以及结构相同的第一、二多自由度调整机构；多自由度调整机构包括两端通过滑块安装在对接平台上的横梁座，位于横梁座底面的齿轮齿条驱动机构，在横梁座的U形槽内通过对称设置在左右内壁上的滑块、导轨安装有在升降驱动机构作用下沿横梁座内壁作竖直方向升降运动的支撑座，在支撑座上方设置有在丝杠及伺服电机的驱动下通过滑块、导轨作横向移动的柔性调整机构，安装在柔性调整机构上的滚轮驱动机构；所述固定调整机构与多自由度调整机构不同之处在于支撑座上方通过连接件安装有固定支撑弧托；在对接平台的一侧设置激光检测机构。

Description

一种基于齿轮齿条驱动的自动柔性对接调整装置
技术领域
本发明涉及一种基于齿轮齿条驱动的自动柔性对接调整装置，特别适用于需要调整不同对接角度、不同对接高度及不同俯仰偏航等场合下的圆柱形产品对接。
背景技术
目前，在导弹的对接总装过程中，主要采用的装配方式是通过人工调整辅助工装来保证对接产品达到最佳的对接位置姿态，人工推动工装完成对接。这种对接方法对装配工人的技术水平要求较高，并且存在较大的安全隐患。同时，在整个产品的对接装配过程中，人工装配的劳动强度大、效率低、装配周期长、调整精度难以保证，直接影响产品的对接质量和安全以及生产效率。
针对当前总装过程中存在的问题，结合机器视觉测量技术、激光跟踪测量技术等相关技术的发展，设计一种利用数字化装配技术，实现总装对接过程中自动化柔性对接的装配***，用以提高产品的生产效率和质量，并减轻工人的劳动强度。
发明内容
本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种基于齿轮齿条驱动的自动柔性对接调整装置。
本发明的目的可通过下述技术措施来实现：
本发明的基于齿轮齿条驱动的自动柔性对接调整装置包括由左至右依次安装在对接平台上的固定调整机构、以及结构相同的第一、二多自由度调整机构；
a、所述多自由度调整机构包括两端通过滑块安装在对接平台上的横梁座，横梁座的底面与齿轮齿条驱动机构（也采用公知的液压驱动机构）连接，齿轮齿条驱动机构通过齿轮与安装在齿条座上的齿条相互啮合来实现轴向移动，齿条座固结在对接平台的下横梁上；所述横梁座呈U形结构，在横梁座的U形槽内通过对称设置在左右内壁上的滑块、导轨安装有在升降驱动机构作用下沿横梁座内壁作竖直方向升降运动的支撑座，所述升降驱动机构安装在横梁座，升降驱动机构的上端通过顶板、安装在顶板上的若干个升降膜片气缸与支撑座柔性接触；在支撑座的上方设置有在丝杠及伺服电机的驱动下通过滑块、导轨作横向移动的柔性调整机构，在柔性调整机构的上方通过球铰结构安装有滚轮驱动机构，且在柔性调整机构与滚轮驱动机构之间设置有若干个调姿膜片气缸；
b、所述固定调整机构包括两端通过滑块安装在对接平台上的呈U形结构横梁座，横梁座的底面与齿轮齿条驱动机构连接，齿轮齿条驱动机构通过齿轮与安装在齿条座上的齿条相互啮合来实现轴向移动，齿条座固结在对接平台的下横梁上；在横梁座的U形槽内通过对称设置在左右内壁上的滑块、导轨安装有在升降驱动机构作用下沿横梁座内壁作竖直方向升降运动的支撑座，在支撑座上方通过连接件安装有固定支撑弧托；在对接平台的一侧设置有齿条座，在齿条座上通过齿轮齿条驱动机构安装有激光检测机构（激光检测机构通过齿轮齿条驱动机构实现沿对接平台纵向的双向移动）。
进一步说，所述对接平台由不同规格的方钢焊接而成，中间焊接辅助支撑柱，加强平台整体的刚度及稳定性。
所述齿轮齿条驱动机构由伺服电机+减速机+联轴器组合形式驱动的齿轮齿条传动装置构成。
所述升降驱动机构由螺旋升降机、顶板、以及四个升降膜片气缸构成。
所述升降驱动机构也可采用伺服电动推杆。
在柔性调整机构与滚轮驱动机构之间设置有四个调姿膜片气缸，或弹簧振子机构。
本发明中所述激光检测机构包括由齿轮齿条驱动机构驱动的安装立柱、位于安装立柱顶部的刚性支座、以及与刚性支座相结合的传感器安装架。
本发明提出了基于齿轮齿条驱动、整体螺旋升降、对接角度利用多自由度调整机构与固定调整机构在不同方向上调整的组合方式来实现。本发明中的多自由度调整机构、固定调整机构与对接平台通过共同的两根导轨连接，保证了两种调整机构在对接移动的过程中自身的轴线性，消除了对接平台本身所带来的累计误差。升降驱动机构与调整机构的横梁座下端面固结，可充分提升对接调整装置的空间利用率，避免机构的干涉重叠。同时，该升降机构的底板固结四个升降膜片气缸，可实现在升降调整过程中的柔性接触，起到一定的缓冲保护作用。支撑座通过固结在横梁座上的四根滑块导轨定向移动，在升降驱动机构的作用下，可保证支撑座自身移动时的直线度。支撑座与滚轮驱动机构以球铰结构连接，可实现对接产品在机构上时的自适应调整，保证滚轮与对接产品之间的紧密贴合。同时，滚轮采用柔性材料包覆钢制滚轮内芯，既对对接产品的外表面进行保护，又可对对接产品自身的姿态进行适应性调整。另外，在支撑座与滚轮驱动机构之间固结四个调姿膜片气缸，在对接产品的姿态调整过程中，滚轮驱动机构与对接产品之间出现间隙时，膜片气缸自身的气囊可根据与滚轮驱动机构之间的间隙进行自适应调整内腔压力大小，保证滚轮与对接产品的外表面完全贴合以及对接产品自身调整后的姿态保持。此外，在滚轮驱动机构四周安装有限位支撑，防止对接过程中发生侧翻。同时，为了避免或者消除由于电机的安装方位所产生的倾覆影响，滚轮驱动机构上增加有配重块，保证滚轮驱动机构整体的稳定性和安全性。对接平台的侧边设置激光位置检测装置，可实时检测对接目标产品的姿态位置信息，并将待调整的姿态位移信息传递给控制***，多自由度调整机构、固定调整机构根据接收到的调整参数进行相应的目标产品姿态调整，保证目标产品在整个对接过程中的可靠性及安全性。
本发明的工作原理以及有益效果如下：
本发明中采用齿轮齿条啮合驱动方式，首先将多自由度调整机构、固定调整机构自身的对接位置调整至最佳状态，将对接目标产品吊放至固定调整机构的支撑弧托上，激光检测装置在齿轮齿条的驱动力作用下，对对接目标产品的外表面进行移动检测，根据检测所得的数据对对接产品的姿态进行调整，保证固定调整机构上的对接产品轴线处于最佳的对接状态。然后将待对接的目标产品吊放至多自由度调整机构上，激光检测装置对其进行外表面检测，根据测得的数据分析对比后，给出相应的调整参数，保证待对接产品与固定调整机构上的对接产品的轴线重合，保证对接时的可靠性。最后，沿径向对对接产品施加一定的作用力，利用滚轮与对接产品之间的摩擦力作为对接时的轴向推力，至此完成两个对接产品之间的装配。
整个对接调整装置采用齿轮、齿条的啮合驱动形式实现产品对接时的轴向移动，兼顾导轨的精度、导向及定位功能，可保证传动精确可靠，整个机械***刚性好、可靠性高。
通过以上过程，达到了采用常规齿轮齿条驱动方式实现了产品自动化柔性对接装配的功能，有效地解决了需要调整不同对接角度、不同对接高度及不同俯仰偏航等场合下的圆柱形产品对接难题，在航天、航空、民用等领域均可以应用。
附图说明
图1为自动柔性对接调整装置的主视图。
图2为自动柔性对接调整装置中固定调整机构的A-A剖视图。
图3为自动柔性对接调整装置中多自由度调整机构的B-B剖视图。
图4为自动柔性对接调整装置的C-C局部俯视剖视图。
图5为自动柔性对接调整装置中激光检测机构的主视图。
图中序号：1.多自由度调整机构， 2.固定调整机构，3.对接平台，4.横梁座，5. 齿轮齿条驱动机构，6.齿条座，7.支撑座，8.升降驱动机构，9.升降膜片气缸，10.底板，11.柔性调整机构，12.滚轮驱动机构，13.球铰机构，14.调姿膜片气缸，15.固定支撑弧托，16.激光检测机构，17.安装立柱，18.刚性支座，19.传感器安装架，20.齿轮齿条驱动机构。
具体实施方式
本发明以下将结合实施例（附图）作进一步描述。
如图1、4所示，本发明的基于齿轮齿条驱动的自动柔性对接调整装置包括由左至右依次安装在对接平台3上的固定调整机构2、以及结构相同的第一、二多自由度调整机构1、1-1。
如图3所示，所述多自由度调整机构包括两端通过滑块安装在对接平台3上的横梁座4，横梁座的底面与齿轮齿条驱动机构5（也采用公知的液压驱动机构）连接，齿轮齿条驱动机构5通过齿轮与安装在齿条座6上的齿条相互啮合来实现轴向移动，齿条座6固结在对接平台3的下横梁上；所述横梁座4呈U形结构，在横梁座4的U形槽内通过对称设置在左右内壁上的滑块、导轨安装有在升降驱动机构8作用下沿横梁座4内壁作竖直方向升降运动的支撑座7，所述升降驱动机构8安装在横梁座4，升降驱动机构的上端通过顶板10、安装在顶板10上的若干个升降膜片气缸9与支撑座7柔性接触；在支撑座7的上方设置有在丝杠及伺服电机的驱动下通过滑块、导轨作横向移动的柔性调整机构11，在柔性调整机构11的上方通过球铰结构13安装有滚轮驱动机构12，且在柔性调整机构与滚轮驱动机构之间设置有若干个调姿膜片气缸14。
进一步说，所述对接平台3由不同规格的方钢焊接而成，中间焊接辅助支撑柱，加强平台整体的刚度及稳定性。
所述齿轮齿条驱动机构5由伺服电机+减速机+联轴器组合形式驱动的齿轮齿条传动装置构成。
所述升降驱动机构8由螺旋升降机、顶板、以及四个升降膜片气缸构成。
所述升降驱动机构8也可采用伺服电动推杆。
在柔性调整机构11与滚轮驱动机构之间设置有四个调姿膜片气缸14，或弹簧振子机构。
如图2所示，所述固定调整机构2与多自由度调整机构的具体结构基本相同，具体说：所述固定调整机构2包括两端通过滑块安装在对接平台上的呈U形结构横梁座，横梁座的底面与齿轮齿条驱动机构连接，齿轮齿条驱动机构通过齿轮与安装在齿条座上的齿条相互啮合来实现轴向移动，齿条座固结在对接平台的下横梁上；在横梁座的U形槽内通过对称设置在左右内壁上的滑块、导轨安装有在升降驱动机构8作用下沿横梁座内壁作竖直方向升降运动的支撑座，在支撑座上方通过连接件安装有固定支撑弧托15。
如图4、5所示，在对接平台3的一侧设置有齿条座，在齿条座上通过齿轮齿条驱动机构安装有激光检测机构16，激光检测机构通过齿轮齿条驱动机构实现沿对接平台3纵向的双向移动。
参见图5，本发明中所述激光检测机构16包括由齿轮齿条驱动机构20驱动的安装立柱17、位于安装立柱顶部的刚性支座18、以及与刚性支座相结合的传感器安装架19。

Claims (7)

1.一种基于齿轮齿条驱动的自动柔性对接调整装置，其特征在于：所述调整装置包括由左至右依次安装在对接平台上的固定调整机构、以及结构相同的第一、二多自由度调整机构；
a、所述多自由度调整机构包括两端通过滑块安装在对接平台上的横梁座，横梁座的底面与齿轮齿条驱动机构连接，齿轮齿条驱动机构通过齿轮与安装在齿条座上的齿条相互啮合来实现轴向移动，齿条座固结在对接平台的下横梁上；所述横梁座呈U形结构，在横梁座的U形槽内通过对称设置在左右内壁上的滑块、导轨安装有在升降驱动机构作用下沿横梁座内壁作竖直方向升降运动的支撑座，所述升降驱动机构安装在横梁座，升降驱动机构的上端通过顶板、安装在顶板上的若干个升降膜片气缸与支撑座柔性接触；在支撑座的上方设置有在丝杠及伺服电机的驱动下通过滑块、导轨作横向移动的柔性调整机构，在柔性调整机构的上方通过球铰结构安装有滚轮驱动机构，且在柔性调整机构与滚轮驱动机构之间设置有若干个调姿膜片气缸；
b、所述固定调整机构包括两端通过滑块安装在对接平台上的呈U形结构横梁座，横梁座的底面与齿轮齿条驱动机构连接，齿轮齿条驱动机构通过齿轮与安装在齿条座上的齿条相互啮合来实现轴向移动，齿条座固结在对接平台的下横梁上；在横梁座的U形槽内通过对称设置在左右内壁上的滑块、导轨安装有在升降驱动机构作用下沿横梁座内壁作竖直方向升降运动的支撑座，在支撑座上方通过连接件安装有固定支撑弧托；
c、在对接平台的一侧设置有齿条座，在齿条座上通过齿轮齿条驱动机构安装有激光检测机构。
2.根据权利要求1所述的基于齿轮齿条驱动的自动柔性对接调整装置，其特征在于：所述对接平台由不同规格的方钢焊接而成，中间焊接辅助支撑柱，加强平台整体的刚度及稳定性。
3.根据权利要求1所述的基于齿轮齿条驱动的自动柔性对接调整装置，其特征在于：所述齿轮齿条驱动机构由伺服电机+减速机+联轴器组合形式驱动的齿轮齿条传动装置构成。
4.根据权利要求1所述的基于齿轮齿条驱动的自动柔性对接调整装置，其特征在于：所述升降驱动机构由螺旋升降机、顶板、以及四个升降膜片气缸构成。
5.根据权利要求1所述的基于齿轮齿条驱动的自动柔性对接调整装置，其特征在于：所述升降驱动机构为伺服电动推杆。
6.根据权利要求1所述的基于齿轮齿条驱动的自动柔性对接调整装置，其特征在于：在柔性调整机构与滚轮驱动机构之间设置有四个调姿膜片气缸14，或弹簧振子机构。
7.根据权利要求1所述的基于齿轮齿条驱动的自动柔性对接调整装置，其特征在于：所述激光检测机构包括由齿轮齿条驱动机构驱动的安装立柱、位于安装立柱顶部的刚性支座、以及与刚性支座相结合的传感器安装架。
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