CN106041513B - 多自由度舱段位姿调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及舱段对接装置，具体的说是一种多自由度舱段位姿调节装置。包括底座、升降基座、俯仰偏航基座、转板、支撑轮座、转轴、平动微调装置、升降微调装置、俯仰微调装置、偏航微调装置及滚转微调装置，其中升降基座通过平动微调装置安装在底座上，升降微调装置安装在升降基座上、并且与俯仰偏航基座连接，转板通过转轴与俯仰偏航基座连接，俯仰微调装置安装在俯仰偏航基座上、并与转板连接，支撑轮座放置于转板上、并且可相对转动，偏航微调装置安装在支撑轮座的底部、并且与转板连接，滚转微调装置安装在支撑轮座上。本发明结构合理紧凑、性能稳定、成本低、能满足对舱段位姿更多自由度的调节，用于在舱段对接或者检测时手工微调。

Description

多自由度舱段位姿调节装置

技术领域

本发明涉及舱段对接装置，具体的说是一种多自由度舱段位姿调节装置。

背景技术

工装系统的作用即加持紧固需要装配工件，并调整工件位姿 以便实现工件后续的装配及检测。由于在工件初步对接定位后必须进行多自由度手动微调以保证舱段快速准确对接装配，因此设计多自由度舱段位姿调节装置以实现手动微调具有重要意义。在舱段对接和检测的过程中，通常利用机器人或人工搬运的方式对舱段的位姿进行调整，但是机器人成本高，人工搬运不仅增大劳动强度，还存在一定危险。

中国发明专利201410018398.1的专利文件公开了一种置于圆柱舱段对接装置内的手工微调机构。手工微调机构置于圆柱舱段对接装置内，分别有平动手动微调机构、升降手动微调机构和开合手动微调机构。所述平动手动微调机构由换挡器、滑块和滑轨组成，利用换挡器实现自动控制对接定位和手动微调切换，通过人工施加水平推力实现所载圆柱舱段沿水平滑轨方向的手动微调。升降手动微调机构和开合手动微调机构主要由截锥螺旋弹簧及弹簧套筒构成，利用截锥螺旋弹簧刚度特性，通过人工施加推力实现所载圆柱舱段沿铅垂方向和开合方向的手动微调。此发明有效降低工人劳动强度，提高空间利用率，提高工作效率。但是可实现自由度较少，不能实现俯仰调节、偏航调节以及舱段滚转的调节。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种多自由度舱段位姿调节装置。该装置结构合理紧凑、性能稳定、成本低、能满足对舱段位姿更多自由度的调节，用于在舱段对接或者检测时手工微调。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种多自由度舱段位姿调节装置，包括底座、升降基座、俯仰偏航基座、转板、支撑轮座、转轴、平动微调装置、升降微调装置、俯仰微调装置、偏航微调装置及滚转微调装置，其中升降基座通过平动微调装置安装在底座上，所述升降微调装置安装在升降基座上、并且与俯仰偏航基座连接，所述转板通过转轴与俯仰偏航基座连接，所述俯仰微调装置安装在俯仰偏航基座上、并与转板连接，所述支撑轮座安装在转板上、并且可相对转动，所述偏航微调装置安装在支撑轮座的底部、并且与转板连接，所述滚转微调装置安装在支撑轮座上。

所述平动微调装置包括旋转手轮I、丝杠I、丝母I、丝母座I、导轨 I及滑块I，其中导轨I沿水平方向安装在底座上，所述俯仰偏航基座通过滑块I与导轨I连接，所述丝杠I可转动地安装在底座上的轴承座I上、并且与导轨I平行，所述丝母I安装在丝母座I上、并且与所述丝杠I螺纹连接，所述丝母座I与所述俯仰偏航基座固连，所述旋转手轮I设置于丝杠I的端部。

所述升降微调装置包括升降机构、丝杠II、旋转手轮II、导轨II、滑块 II及导轨弯板，其中丝杠II沿水平方可转动地安装在升降基座上，所述丝杠 II上设有两段反向螺纹，所述升降机构为两个、并且分别与丝杠II上两段反向螺纹连接，各升降机构的一端固定在升降基座上，另一端固定在俯仰偏航基座上；所述导轨弯板与俯仰偏航基座的底部连接，所述导轨II沿竖直方向安装在导轨弯板上，所述滑块II与升降基座连接、并与导轨II滑动连接，所述旋转手轮II安装在丝杠II的端部。

所述升降机构包括第一铰座、丝母座II、丝母II、连杆及第二铰座，其中丝母II安装在丝母座II上、并且与丝杠II螺纹连接，所述连杆为两个、并且一端均与丝母座II铰接，另一端分别与第一铰座和第二铰座铰接，所述第一铰座和第二铰座分别固联在俯仰偏航基座和升降基座上。

所述俯仰微调装置包括旋转手轮III、丝杠III、驱动座、导轨III、滑块III、丝母座III、丝母III、轴承座、销座及销，其中驱动座安装在俯仰偏航基座上，所述导轨III和轴承座安装在驱动座上，所述丝杠III的两端分别可转动地安装在驱动座和轴承座上，所述丝母III安装在丝母座III上、并且与丝杠III形成螺纹副，所述丝母座III的下端通过滑块III与导轨III滑动连接，上端通过销与销座可相对转动地连接，所述销座与转板连接，所述旋转手轮III安装在丝杠III 的端部。

所述销与丝杠III垂直设置。

所述偏航微调装置包括旋转手轮IV、丝杠IV、轴承座IV、丝母座IV、丝母IV、销轴、转轴座、基板、驱动基板及轴承压盖，其中驱动基板通过俯仰限位座与转板连接，所述基板安装在驱动基板上、并可相对转动，所述轴承座IV固定在基板上，所述丝杠IV可转动地安装在轴承座IV上、并且端部与旋转手轮IV连接，所述丝母IV安装在丝母座IV上、并且与丝杠IV形成螺纹副，所述丝母座IV和转轴座通过销轴可相对转动地连接，所述转轴座与支撑轮座连接。

所述销轴与丝杠IV垂直，所述轴承座IV上安装轴承与轴承压盖，所述轴承压盖与转轴座之间留有间隙。

所述滚转调节装置包括滚轮、旋转手轮V、环形辅助工装及环形工装，其中滚轮为多个、并且依次安装在支撑轮座上，所述环形辅助工装安装在支撑轮座上，所述环形工装安装在环形辅助工装上，用于夹持舱段，所述旋转手轮V与其中一个滚轮连接，通过旋转手轮V使与其连接的滚轮转动，从而带动环形辅助工装在多个滚轮上滚动。

所述俯仰偏航基座的中间设有凸台，所述凸台内通过关节轴承与转轴连接，所述转板的底部连接有分别位于所述凸台两侧并与所述凸台面接触的两个俯仰限位座，所述偏航微调装置与其中一个俯仰限位座连接。

本发明的优点及有益效果是：

1.本发明中各调节机构的扭矩输入均通过手轮进行扭矩输入，节省空间，并且降低本装置的重量以及制作成本。

2.本发明可调节范围是：在Y向移动量小于60mm，Z向移动量小于60mm，俯仰调节小于15°，偏航微调装置可实现-10°到10°连续可调，滚转调节装置克实现0-90°连续可调。

3.本发明的整套装置不仅可以在更多的自由度上调节舱段的位姿，而且调节方便，省时省力。

4.利用两套本发明的装置，还可以实现更长的舱段的姿态的调节，只不过一个作为主动件，另外一个作为从动件。

5.本发明的整个装置调节速度快，精度高，操作灵活，结构刚性强，调节稳定，调节范围大，造价低。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的整体剖面图；

图3是本发明中升降机构的结构示意图；

图4是本发明中俯仰微调装置的结构示意图；

图5是本发明中偏航微调装置的结构示意图；

图6是本发明中偏航微调装置的丝母座、销轴与轴承压盖的配合示意图。

图中：1为侧向定位柱，2为底座，3为升降基座，4为升降机构，5为旋转手轮I，6为丝杠I，7为导轨II，8为滑块II，9为导轨弯板，10为俯仰微调装置，101为旋转手轮III，102为丝杠III，103为驱动座，104为导轨III， 105为滑块III，106为丝母座III，107为丝母III，108为轴承座，109为销座， 110为销，11为俯仰偏航基座，12为俯仰限位座，13为转板，14为支撑轮座， 15为环形辅助工装，16为环形工装，17为旋转手轮V，18为转轴，19为偏航微调装置，191为旋转手轮IV，192为丝杠IV，193为轴承座IV，194为丝母座IV，195为丝母IV，196为销轴，197为转轴座，198为基板，199为驱动基板，1910为轴承压盖，20为丝杠II，21为旋转手轮II，22为导轨I，23 为滑块I，24为轴，25为关节轴承内圈，26关节轴承外圈，27为压盖，28 为轴承座I，29为保护环，30为丝母I，31为丝母座I，32为滚轮，41为第一铰座，42为第一销轴，43为丝母座II，44为丝母II，45为连杆，46为第二铰座，47为第二销轴。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

如图1、图2所示，本发明提供的一种多自由度舱段位姿调节装置，包括底座2、升降基座3、俯仰偏航基座11、转板13、支撑轮座14、转轴18、平动微调装置、升降微调装置、俯仰微调装置10、偏航微调装置19及滚转微调装置17，其中升降基座3通过平动微调装置安装在底座2上，所述升降微调装置安装在升降基座3上、并且与俯仰偏航基座11连接，所述转板13通过转轴18与俯仰偏航基座11连接，所述俯仰微调装置10安装在俯仰偏航基座 11上、并与转板13连接，所述支撑轮座14安装在转板13上、并可相对转动。所述偏航微调装置19安装在支撑轮座14的底部、并且与转板13连接，所述滚转微调装置安装在支撑轮座14上。在底座2上安装有侧向定位柱1，侧向定位柱1起到定位作用。

所述平动微调装置包括旋转手轮I5、丝杠I6、丝母I30、丝母座I31、导轨I22及滑块I23，其中导轨I22沿水平方向安装在底座2的上端面，所述俯仰偏航基座11通过滑块I23与导轨I22连接，滑块I23与导轨I22配合水平滑动。底座2两侧安装轴承座28，丝杠I6安装在两侧轴承座I28上，所述丝杠I6与导轨I22平行。所述丝母I30安装在丝母座I31上、并且与所述丝杠I6螺纹连接，所述丝母座I31与所述俯仰偏航基座11固连，所述旋转手轮I5设置于丝杠I6的端部。

所述平动微调装置的工作原理是：

通过旋转手轮I5带动丝杠I6旋转，丝杠I6与丝母I30配合，带动固联在升降基座3上的丝母座I31运动，从而使升降基座3水平运动，实现平动微调。

所述升降微调装置包括升降机构4、丝杠II20、旋转手轮II21、导轨II7、滑块II8及导轨弯板9，其中丝杠II20沿水平方可转动地安装在升降基座3上，所述丝杠II20上设有两段反向螺纹，所述升降机构4为两个、并且分别与丝杠II20上两段反向螺纹连接，各升降机构4的一端固定在升降基座3上，另一端固定在俯仰偏航基座11上；所述导轨弯板9与俯仰偏航基座11的底部连接，所述导轨II7沿竖直方向安装在导轨弯板9上，所述滑块II8与升降基座3连接、并与导轨II7滑动连接，所述旋转手轮II21安装在丝杠II20的端部。

所述升降基座3上通过固联的滑块II8，与固联在导轨弯板9上的导轨II 7配合滑动，导轨弯板9固联在俯仰偏航基座11下表面，通过旋转手轮II21 带动丝杠II20旋转，可以使升降机构4运动，升降机构4两端分别固联在升降基座3和俯仰偏航基座11上，可以使俯仰偏航基座11的升降运动，即实现整个装置的升降微调。

如图3所示，所述升降机构4包括第一铰座41、丝母座II43、丝母II44、连杆45及第二铰座46，其中丝母II44安装在丝母座II43上、并且与丝杠II 20螺纹连接，所述连杆45为两个、并且一端均与丝母座II43铰接，另一端分别与第一铰座41和第二铰座46铰接，所述第一铰座41和第二铰座46分别固联在俯仰偏航基座11和升降基座3上。

所述升降微调装置的工作原理是：

通过旋转手轮II21带动丝杠II20旋转，由于丝杠II20与丝母II44配合，当丝杠II20旋转，两个升降机构4中的丝母座II43之间的距离会变化，从而使连杆45与丝母座II43之间的角度发生变化，第一铰座41和第二铰座46之间距离发生变化，由于第一铰座41和第二铰座46分别固联在俯仰偏航基座 11和升降基座3上，且导轨弯板9上的导轨II7与固联在升降基座3上的滑块II8配合滑动，故可以实现俯仰偏航基座11相对于升降基座3做升降运动。

如图4所示，所述俯仰微调装置10包括旋转手轮III101、丝杠III102、驱动座103、导轨III104、滑块III105、丝母座III106、丝母III107、轴承座108、销座109及销110，其中驱动座103安装在俯仰偏航基座11上，所述导轨III 104和轴承座108安装在驱动座103上，所述丝杠III102的两端分别可转动地安装在驱动座103和轴承座108上，所述丝母III107安装在丝母座III106上、并且与丝杠III102形成螺纹副，所述丝母座III106的下端通过滑块III105与导轨III104滑动连接，上端通过销110与销座109可相对转动地连接，所述销 110与丝杠III102垂直设置。所述销座109与转板13连接，所述旋转手轮III 101安装在丝杠III102的端部。

滑块III105固联在丝母座III106上，并与导轨III104配合滑动。丝母座III 106以销110为轴，可以与销座109实现相对转动。

所述俯仰微调装置10的工作原理是：

通过旋转手轮III101带动丝杠III102旋转，丝母III107在丝杠III102上运动，带动滑块III105在导轨III104上滑动，从而使丝母座III106和销座109以销110为中心相对转动。由于销座109安装在转板13上，驱动座103安装在俯仰偏航基座11上，所以此时转板13相对于俯仰偏航基座11做俯仰运动，俯仰的角度变化范围约在-15°到+15°之间。

如图5所示，所述偏航微调装置19包括旋转手轮IV191、丝杠IV192、轴承座IV193、丝母座IV194、丝母IV195、销轴196、转轴座197、基板198、驱动基板199及轴承压盖1910，其中驱动基板199通过俯仰限位座12与转板 13连接，所述基板198安装在驱动基板199上，可相对转动。所述轴承座IV 193固定在基板198上，所述丝杠IV192可转动地安装在轴承座IV193上、并且端部与旋转手轮IV191连接。所述丝母IV195安装在丝母座IV194上、并且与丝杠IV192形成螺纹副，所述丝母座IV194和转轴座197通过销轴196可相对转动地连接，所述转轴座197与支撑轮座14连接。

所述销轴196与丝杠IV192垂直，所述轴承座IV193上安装轴承与轴承压盖1910，所述轴承压盖1910与转轴座197之间留有间隙，轴承压盖1910可以在销轴196上在一定范围内滑动。

所述偏航微调装置19的工作原理是：

通过旋转手轮IV191带动丝杠IV192旋转，使丝母IV195在丝杠IV192上运动。此时，基板198相对于驱动基板199以驱动基板199上圆凸台为中心相对转动，同时，丝母座IV194与轴承压盖1910一起，在销轴196上小范围滑动。由于驱动基板199固联在右侧的俯仰限位座12上，转轴座197固联在支撑轮座14上，故支撑轮座14可以以转轴18为中心，相对于转板13做偏航运动。

所述滚转调节装置包括滚轮32、旋转手轮V17、环形辅助工装15及环形工装16，其中滚轮32为多个、并且依次安装在支撑轮座14上，所述环形辅助工装15安装在支撑轮座14上，所述环形工装16安装在环形辅助工装15 上，用于夹持舱段，所述旋转手轮V17与其中一个滚轮32连接，通过旋转手轮V17使与其连接的滚轮32转动，从而带动环形辅助工装15在多个滚轮32 上滚动。

所述俯仰偏航基座11的中间设有凸台，所述凸台与转轴18的一端连接。所述转轴18包括关节轴承、轴24及压盖27，其中关节轴承通过关节轴承内圈25与轴24连接，通过关节轴承外圈26与所述凸台连接，关节轴承内圈25 下端安装有压盖27。转轴18的另一端固联在转板13上，并且与支撑轮座14 上的孔配合，可以实现支撑轮座14与转板13以转轴18为中心相对转动。

所述转板13的底部连接有分别位于所述凸台两侧并与所述凸台面接触的两个俯仰限位座12，所述偏航微调装置19的驱动基板199与其中一个俯仰限位座12连接。所述凸台两侧的俯仰限位座12，可以限制转板13相对于俯仰偏航基座11只做俯仰运动。

右侧俯仰限位座12与支撑轮座14之间安装有偏航微调装置19，所述转板13与俯仰偏航基座11之间安装有俯仰微调装置10。

支撑轮座14安装于转板13上，可以以转轴18为中心相对于转板13转动，实现偏航运动，偏航微调装置19可以调节偏航角度。

本实施例中，所述支撑轮座14上安装有四个滚轮32，其中一个滚轮32 上安装旋转手轮V17，通过旋转手轮V17可以带动滚轮32转动，从而带动环形辅助工装15在滚轮32上滚动，环形工装16安装在环形辅助工装上，可以实现被夹持的舱段作滚转运动。

本发明为了解决现有舱段姿态调整装置的可实现自由度少，调节不方便的问题。通过旋转相对应手轮，可以实现舱段姿态的调整，可以实现的动作有平动、升降、俯仰、偏航和滚转。在Y向移动量小于60mm，Z向移动量小于60mm，俯仰调节小于15°，偏航微调装置可实现-10°到10°连续可调，滚转调节装置克实现0-90°连续可调。

本发明的优点是：可实现多自由度舱段位姿的调节、调节精度高、性能稳定、结构合理紧凑、成本低廉，并且可与另外一个相同的调节机构协作，一个作为主动，另外一个为从动，这样不仅可适用于较短的舱段，也可适用于整个舱段的位姿调节。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种多自由度舱段位姿调节装置，其特征在于，包括底座(2)、升降基座(3)、俯仰偏航基座(11)、转板(13)、支撑轮座(14)、转轴(18)、平动微调装置、升降微调装置、俯仰微调装置(10)、偏航微调装置(19)及滚转微调装置，其中升降基座(3)通过平动微调装置安装在底座(2)上，所述升降微调装置安装在升降基座(3)上、并且与俯仰偏航基座(11)连接，所述转板(13)通过转轴(18)与俯仰偏航基座(11)连接，所述俯仰微调装置(10)安装在俯仰偏航基座(11)上、并与转板(13)连接，所述支撑轮座(14)安装在转板(13)上、并且可相对转动，所述偏航微调装置(19)安装在支撑轮座(14)的底部、并且与转板(13)连接，所述滚转微调装置安装在支撑轮座(14)上。

2.根据权利要求1所述的多自由度舱段位姿调节装置，其特征在于，所述平动微调装置包括旋转手轮I(5)、丝杠I(6)、丝母I(30)、丝母座I(31)、导轨I(22)及滑块I(23)，其中导轨I(22)沿水平方向安装在底座(2)上，所述俯仰偏航基座(11)通过滑块I(23)与导轨I(22)连接，所述丝杠I(6)可转动地安装在底座(2)上的轴承座I(28)上、并且与导轨I(22)平行，所述丝母I(30)安装在丝母座I(31)上、并且与所述丝杠I(6)螺纹连接，所述丝母座I(31)与所述俯仰偏航基座(11)固连，所述旋转手轮I(5)设置于丝杠I(6)的端部。

3.据权利要求1所述的多自由度舱段位姿调节装置，其特征在于，所述升降微调装置包括升降机构(4)、丝杠II(20)、旋转手轮II(21)、导轨II(7)、滑块II(8)及导轨弯板(9)，其中丝杠II(20)沿水平方可转动地安装在升降基座(3)上，所述丝杠II(20)上设有两段反向螺纹，所述升降机构(4)为两个、并且分别与丝杠II(20)上两段反向螺纹连接，各升降机构(4)的一端固定在升降基座(3)上，另一端固定在俯仰偏航基座(11)上；所述导轨弯板(9)与俯仰偏航基座(11)的底部连接，所述导轨II(7)沿竖直方向安装在导轨弯板(9)上，所述滑块II(8)与升降基座(3)连接、并与导轨II(7)滑动连接，所述旋转手轮II(21)安装在丝杠II(20)的端部。

4.根据权利要求3所述的多自由度舱段位姿调节装置，其特征在于，所述升降机构(4)包括第一铰座(41)、丝母座II(43)、丝母II(44)、连杆(45)及第二铰座(46)，其中丝母II(44)安装在丝母座II(43)上、并且与丝杠II(20)螺纹连接，所述连杆(45)为两个、并且一端均与丝母座II(43)铰接，另一端分别与第一铰座(41)和第二铰座(46)铰接，所述第一铰座(41)和第二铰座(46)分别固联在俯仰偏航基座(11)和升降基座(3)上。

5.根据权利1所述的多自由度舱段位姿调节装置，其特征在于：所述俯仰微调装置(10)包括旋转手轮III(101)、丝杠III(102)、驱动座(103)、导轨III(104)、滑块III(105)、丝母座III(106)、丝母III(107)、轴承座(108)、销座(109)及销(110)，其中驱动座(103)安装在俯仰偏航基座(11)上，所述导轨III(104)和轴承座(108)安装在驱动座(103)上，所述丝杠III(102)的两端分别可转动地安装在驱动座(103)和轴承座(108)上，所述丝母III(107)安装在丝母座III(106)上、并且与丝杠III(102)形成螺纹副，所述丝母座III(106)的下端通过滑块III(105)与导轨III(104)滑动连接，上端通过销(110)与销座(109)可相对转动地连接，所述销座(109)与转板(13)连接，所述旋转手轮III(101)安装在丝杠III(102)的端部。

6.根据权利5所述的多自由度舱段位姿调节装置，其特征在于：所述销(110)与丝杠III(102)垂直设置。

7.根据权利1所述的多自由度舱段位姿调节装置，其特征在于：所述偏航微调装置(19)包括旋转手轮IV(191)、丝杠IV(192)、轴承座IV(193)、丝母座IV(194)、丝母IV(195)、销轴(196)、转轴座(197)、基板(198)、驱动基板(199)及轴承压盖(1910)，其中驱动基板(199)通过俯仰限位座(12)与转板(13)连接，所述基板(198)安装在驱动基板(199)上、并可相对转动，所述轴承座IV(193)固定在基板(198)上，所述丝杠IV(192)可转动地安装在轴承座IV(193)上、并且端部与旋转手轮IV(191)连接，所述丝母IV(195)安装在丝母座IV(194)上、并且与丝杠IV(192)形成螺纹副，所述丝母座IV(194)和转轴座(197)通过销轴(196)可相对转动地连接，所述转轴座(197)与支撑轮座(14)连接。

8.根据权利7所述的多自由度舱段位姿调节装置，其特征在于：所述销轴(196)与丝杠IV(192)垂直，所述轴承座IV(193)上安装轴承与轴承压盖(1910)，所述轴承压盖(1910)与转轴座(197)之间留有间隙。

9.根据权利1所述的多自由度舱段位姿调节装置，其特征在于：所述滚转调节装置包括滚轮(32)、旋转手轮V(17)、环形辅助工装(15)及环形工装(16)，其中滚轮(32)为多个、并且依次安装在支撑轮座(14)上，所述环形辅助工装(15)安装在支撑轮座(14)上，所述环形工装(16)安装在环形辅助工装(15)上，用于夹持舱段，所述旋转手轮V(17)与其中一个滚轮(32)连接，通过旋转手轮V(17)使与其连接的滚轮(32)转动，从而带动环形辅助工装(15)在多个滚轮(32)上滚动。

10.根据权利1所述的多自由度舱段位姿调节装置，其特征在于：所述俯仰偏航基座(11)的中间设有凸台，所述凸台内通过关节轴承与转轴(18)连接，所述转板(13)的底部连接有分别位于所述凸台两侧并与所述凸台面接触的两个俯仰限位座(12)，所述偏航微调装置(19)与其中一个俯仰限位座(12)连接。