CN112756959B - 一种柔性多自由度对接调姿机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性多自由度对接调姿机构，包括直线导向机构和两个位姿调整机构，位姿调整机构安装在直线导向机构上；其中，位姿调整机构包括进行滚转调整的滚转托架、Y向平动调整的导槽和Z向升降调整的升降底座，滚动托架安装于导槽，导槽安装于升降底座；升降底座与直线导向机构连接，在直线导向机构上X向平移。本发明可实现舱段类产品姿态自动调整，具有自动化程度高、对接精度高和装配效率高的优点，能够降低对接人工操作强度，减少人力资源。

Description

一种柔性多自由度对接调姿机构

技术领域

本发明涉及自动装配技术领域，具体涉及一种柔性多自由度对接调姿机构。

背景技术

航天技术领域中产品结构复杂，通常由多个舱段组成，所有的舱段生产完成后，需要将其对接组装起来形成最后的产品。目前大部分舱段对接设备都是依靠人工进行操作，通常需要4名操作工人，工作量大，效率低下。目前快速总装集成技术成为热点方向，生产任务日益繁重，因此需要一种能实现舱段自动对接的机械设备，提高生产效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柔性多自由度对接调姿机构，实现自动化对接，减少操作人员，提升对接效率。

实现本发明目的的技术方案为：一种柔性多自由度对接调姿机构，包括直线导向机构和两个位姿调整机构，位姿调整机构安装在直线导向机构上；其中，位姿调整机构包括进行滚转调整的滚转托架、Y向平动调整的导槽和Z向升降调整的升降底座，滚动托架安装于导槽，导槽安装于升降底座；升降底座与直线导向机构连接，在直线导向机构上X向平移。

进一步的，所述滚转托架包括滚转箱体；滚转箱体内部一侧安装圆弧齿轮轴，圆弧齿轮轴两端延伸到滚转箱体的外部，圆弧齿轮轴上安装有滚转驱动的圆弧齿轮，圆弧齿轮轴一端与第一减速机的输出端连接，第一减速机的输入端与滚转驱动的第一伺服电机连接，滚转箱体上方安装有弧形托架，一侧安装有光栅尺读数头，弧形托架上安装与光栅尺读数头连接的第二光栅尺，弧形齿条装在弧形托架一侧上，弧形导轨副包括弧形导轨和滑块，弧形托架中间安装弧形导轨，弧形导轨通过滑块与滚转箱体连接，弧形托架上方安装有用于放置不同直径舱段的快换支撑弧架；

所述导槽包括槽体，第二减速机安装在槽体一侧外部，滚珠丝杠和直线导轨位于槽体内，直线导轨两端固定于槽体的两端，滚珠丝杠两端分别延伸至槽体两端的外部，第二减速机的输入端安装第二伺服电机，第二减速机的输出端与导滚珠丝杠的一端通过联轴器连接，滚珠丝杠上的螺母通过螺母固定块与滚转箱体连接，同时滚转箱体与安装在槽体内的直线导轨通过滑块固定连接，滚珠丝杠的螺母运动可驱动滚转箱体沿直线导轨移动；

所述升降底座包括车架；车架上安装有第一丝杠升降机、第二丝杠升降机和T型减速机，T型减速机在第一丝杠升降机和第二丝杠升降机之间，T型减速机的输入端与第三伺服电机连接，T型减速机的一输出端通过联轴器与第一丝杠升降机连接，另一输出端通过联轴器-过渡轴-联轴器与第二丝杠升降机连接，车架底部两侧均设有与直线导向机构连接的滚轮，在车架的一侧设有推进电机安装支架，推进减速机安装在推进电机安装支架上，推进减速器的输出端安装推进齿轮，输入端安装推进伺服电机。

进一步的，所述直线导向机构包括第一直线滚轮导轨、第二直线滚轮导轨、齿条、第一导轨支架、第二导轨支架、齿条安装基座和若干个调平垫铁，调整垫铁放在地面上，通过安装化学螺栓将调整垫铁固定在安装位置处的水泥地面上，第一导轨支架和第二导轨支架通过螺母与化学螺栓固定连接，第一直线滚轮导轨和第二直线滚轮导轨分别置于第一导轨支架和第二导轨支架上，车架底部两侧的滚轮分别置于第一直线滚轮导轨和第二直线滚轮导轨内，齿条安装基座通过螺母与化学螺栓固定连接，齿条安装基座位于第一直线滚轮导轨和第二直线滚轮导轨之间的中间位置，齿条安装在齿条安装基座上，齿条通过螺栓与升降底座底部的推进齿轮连接。

进一步的，所述调平垫铁为9个，分别置于第一导轨支架、第二导轨支架和齿条安装基座底部的两端和中间。

进一步的，所述齿条安装基座上还安装用于测量移动距离的测量磁带。

进一步的，所述滚转托架还包括第一手轮，导槽包括第二手轮和第一光栅尺，第一手轮与滚转托架上的圆弧齿轮轴的另一端连接，第二手轮与滚珠丝杠的另一端连接，第一光栅尺安装于槽体一侧。

进一步的，所述滚转托架的滚转箱体内部，快换支撑弧架下部与弧形托架之间安装有检测压力的力传感器，所述车架上，与推进电机安装支架相对的一侧设有磁栅测量头。

进一步的，所述车架的两侧设置安装有防倾覆的随动直线滚轮。

进一步的，所述车架底部两侧分别设有3个滚轮，随动直线滚轮有9个。

进一步的，所述滚转托架调整的滚转角度范围为-3°～3°，所述导槽Y向平移位移范围-50mm～50mm，所述升降底座Z向升降高度范围为-20mm～20mm。

本发明与现有技术相比，其显著效果为：本发明采用滚轮导轨形式作为沿轴线运动的导向机构，能够方便地将对接机构分离，并且利于不同导轨之间的衔接，同时采用双位姿调整机构协同配合实现对接俯仰、偏航角度调整，实现舱段自动化对接，降低了舱段对接时间，将舱段的对接时间降低至5分钟左右；本发明降低了操作工人劳动量，将原来人工对接需要4名操作人员，减少为2人，极大地减少人力资源，能够降低对接人工操作强度，提高舱段对接效率、质量。

附图说明

图1为本发明多自由度对接调姿机构结构示意图。

图2为本发明位姿调整机构结构示意图。

图3为本发明滚转托架仰视图。

图4为本发明导槽结构示意图。

图5(a)为本发明升降底座正向示意图，图5(b)为本发明升降底座后视图。

图6为本发明直线导向机构结构示意图。

图中：位姿调整机构1，直线导向机构2，滚转托架3，导槽4，升降底座5，快换支撑弧架6，弧形导轨副7，弧形齿条8，第一减速机9，第一伺服电机10，第一手轮11，力传感器12，槽体14，滚珠丝杠15，直线导轨16，第二减速机17，第二伺服电机18，第一光栅尺19，第二手轮20，第一丝杠升降机22-1，第二丝杠升降机22-2，车架25，T型减速机26，第三伺服电机27，随动直线滚轮28，磁栅测量头29，推进齿轮30，推进减速机31，推进伺服电机32，第一直线滚轮导轨33，第二直线滚轮导轨34，齿条35，测量磁带36，第一导轨支架37-1，第二导轨支架37-2，调平垫铁38，圆弧齿轮39，圆弧齿轮轴40，滚转箱体41，光栅尺读数头42，第二光栅尺43，推进电机安装支架45，齿条安装基座46。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

舱段对正偏差为6自由度姿态偏差，因此对接调整过程需要有6个调整运动自由度，包含3个方向的移动自由度及3个姿态的转动自由度。主要包括X向进给机构、Y向调整机构、Z向调整机构、俯仰调整机构(需前后位姿调整机构协同配合实现)、偏航调整机构(需前后位姿调整机构协同配合实现)、中心滚转调整机构。

结合图1和图2，一种柔性多自由度对接调姿机构，其特征在于，包括直线导向机构2和两个位姿调整机构1，两个位姿调整机构1安装在直线导向机构2上；直线导向机构2和两个位姿调整机构1相互配合实现实现X向平动、Y向平动、Z向升降、俯仰、偏航、滚转共6个自由度调整；涵盖了X向进给机构、Y向调整机构、Z向调整机构、俯仰调整机构、偏航调整机构和滚转调整机构，其中俯仰调整机构、偏航调整机构通过前后两个位姿调整机构协同配合实现；其中，位姿调整机构1包括滚转托架3、导槽4和升降底座5，滚动托架3安装于导槽4，导槽4安装于升降底座5，滚转托架3用于放置舱段，滚转托架3在导槽内水平移动，随着升降底座上下移动；直线导向机构2作为舱段对接时位姿调整机构1的导向机构和支撑机构，同时齿条与齿轮组成轴线方向对接动力机构；

如图2、图3所示，滚转托架3的主要作用是支撑舱段，并提供舱段滚转±3°的要求，包括滚转箱体41、弧形托架、快换支撑弧架6、弧形导轨副7、弧形齿条8、第一减速机9、第一伺服电机10、第一手轮11、力传感器12、滚转驱动的圆弧齿轮39、圆弧齿轮轴40和角度传感器，角度传感器包括光栅尺读数头42和第二光栅尺43；滚转箱体41内部一侧安装圆弧齿轮轴40，圆弧齿轮轴40两端延伸到滚转箱体41的外部，圆弧齿轮轴40上安装有滚转驱动的圆弧齿轮39，圆弧齿轮轴40一端安装有用于手动驱动的第一手轮11，另一端与第一减速机9的输出端连接，第一减速机9的输入端与滚转驱动的第一伺服电机10连接，滚转箱体41上方安装有弧形托架，一侧安装有光栅尺读数头42，弧形托架上安装与光栅尺读数头42连接的第二光栅尺43，光栅尺读数头42和第二光栅尺43可检测弧形托架滚转的角度，当弧形托架滚转后就可以检测滚转的角度，弧形齿条8安装在弧形托架一侧上，弧形导轨副7包括弧形导轨和滑块，弧形托架中间安装弧形导轨，弧形导轨通过滑块与滚转箱体41连接，这样弧形托架与滚转箱体之间能够产生相对运动，弧形托架上方安装有快换支撑弧架6，快换支撑弧架6主要的作用在于能够适配不同直径的舱段，在滚转箱体的内部，快换支撑弧架6下部与弧形托架之间安装有力传感器12，力传感器12主要用来监测对接过程中产生的力的大小；

结合图4，导槽4主要提供舱段Y向平移的动力和导向，平移位移±50mm，包括槽体14、滚珠丝杠15、直线导轨16、第二减速机17、第二伺服电机18、第一光栅尺19和第二手轮20，滚珠丝杠15和直线导轨16位于槽体14内，直线导轨16两端固定于槽体14的两端，滚珠丝杠15两端分别延伸至槽体两端的外部，第二减速机17的输入端安装第二伺服电机18，第二减速机17的输出端与导滚珠丝杠15的一端通过联轴器连接，滚珠丝杠15上的螺母通过螺母固定块与滚转箱体41连接，同时滚转箱体41与安装在槽体14内的直线导轨16通过滑块固定连接，滚珠丝杠15的螺母运动驱动滚转箱体41沿直线导轨16移动，第一光栅尺19安装于槽体14一侧，测量Y向位移。

结合图5(a)和图5(b)，升降底座5为装置升降机构和主推进机构的载体，升降高度±20mm，高度位移通过位移传感器进行反馈，包括第一丝杠升降机22-1、第二丝杠升降机22-2、车架25、T型减速机26、第三伺服电机27、直线滚轮28、磁栅测量头29、推进齿轮30、推进减速机31和推进伺服电机32。

车架25上安装有第一丝杠升降机22-1、第二丝杠升降机22-2和T型减速机26，在第一丝杠升降机22-1和第二丝杠升降机22-2之间安装T型减速机26，T型减速机26的输入端与第三伺服电机27连接，T型减速机26的一输出端通过联轴器与第一丝杠升降机22-1连接，另一输出端通过联轴器-过渡轴-联轴器与第二丝杠升降机22-2连接，这样可以保证第一丝杠升降机22-1和第二丝杠升降机22-2能够同步运动。在车架底部两侧的位置分别设置3个滚轮，作用在于与直线导向机构的导轨配合。同时在车架25的两侧设置安装有9个防倾覆的随动直线滚轮28。在车架25的前进方向侧设有推进电机安装支架45，推进减速机31安装在推进电机安装支架45上，推进减速器的输出端安装推进齿轮30，输入端与推进伺服电机32安装。在车架25上，与推进电机安装支架45相对的一侧设有磁栅测量头29，作用在于实时测量推进的长度为控制系统提供反馈。

如图6所示，直线导向机构2包括第一直线滚轮导轨33、第二直线滚轮导轨34、齿条35、测量磁带36、第一导轨支架37-1、第二导轨支架37-2、齿条安装基座46和9个调平垫铁38，调整垫铁38放在地面上，通过安装化学螺栓将调整垫铁38固定在安装位置处的水泥地面上，第一导轨支架37-1和第二导轨支架37-2的两端、中间分别通过螺母与化学螺栓固定连接，齿条安装基座的两端、中间分别通过螺母与化学螺栓固定连接，第一直线滚轮导轨33和第二直线滚轮导轨34分别置于第一导轨支架37-1和第二导轨支架37-2上，车架25底部两侧的滚轮分别置于第一直线滚轮导轨33和第二直线滚轮导轨34内，齿条安装基座位于第一直线滚轮导轨33和第二直线滚轮导轨34之间的中间位置，齿条35安装在齿条安装基座46上。此外，在齿条安装基座上安装还有测量磁带36，用于测量推进的距离。齿条通过螺栓与升降底座5底部的推进齿轮30连接，当位姿调整机构1对移动舱段的位姿调整完成后，由现有的外部控制柜驱动推进齿轮30运动，使舱段移动，从而完成对接。

本发明中的自由度调整范围以中心点为基准，包括调整的两个方向，负值表示坐标系的负方向。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种柔性多自由度对接调姿机构，其特征在于，包括直线导向机构(2)和两个位姿调整机构(1)，位姿调整机构(1)安装在直线导向机构(2)上；其中，位姿调整机构(1)包括进行滚转调整的滚转托架(3)、Y向平动调整的导槽(4)和Z向升降调整的升降底座(5)，滚转托架(3)安装于导槽(4)，导槽(4)安装于升降底座(5)；升降底座(5)与直线导向机构(2)连接，在直线导向机构(2)上X向平移；

所述滚转托架(3)包括滚转箱体(41)；滚转箱体(41)内部一侧安装圆弧齿轮轴(40)，圆弧齿轮轴(40)两端延伸到滚转箱体(41)的外部，圆弧齿轮轴(40)上安装有滚转驱动的圆弧齿轮(39)，圆弧齿轮轴(40)一端与第一减速机(9)的输出端连接，第一减速机(9)的输入端与滚转驱动的第一伺服电机(10)连接，滚转箱体(41)上方安装有弧形托架，一侧安装有光栅尺读数头(42)，弧形托架上安装与光栅尺读数头(42)连接的第二光栅尺(43)，弧形齿条(8)安装在弧形托架一侧上，弧形导轨副(7)包括弧形导轨和滑块，弧形托架中间安装弧形导轨，弧形导轨通过滑块与滚转箱体(41)连接，弧形托架上方安装有用于放置不同直径舱段的快换支撑弧架(6)；

所述导槽(4)包括槽体(14)，第二减速机(17)安装在槽体(14)一侧外部，滚珠丝杠(15)和直线导轨(16)位于槽体(14)内，直线导轨(16)两端固定于槽体(14)的两端，滚珠丝杠(15)两端分别延伸至槽体两端的外部，第二减速机(17)的输入端安装第二伺服电机(18)，第二减速机(17)的输出端与导滚珠丝杠(15)的一端通过联轴器连接，滚珠丝杠(15)上的螺母通过螺母固定块与滚转箱体(41)连接，同时滚转箱体(41)与安装在槽体(14)内的直线导轨(16)通过滑块固定连接，滚珠丝杠(15)的螺母运动可驱动滚转箱体(41)沿直线导轨(16)移动；

所述升降底座(5)包括车架(25)；车架(25)上安装有第一丝杠升降机(22-1)、第二丝杠升降机(22-2)和T型减速机(26)，T型减速机(26)在第一丝杠升降机(22-1)和第二丝杠升降机(22-2)之间，T型减速机(26)的输入端与第三伺服电机(27)连接，T型减速机(26)的一输出端通过联轴器与第一丝杠升降机(22-1)连接，另一输出端通过联轴器-过渡轴-联轴器与第二丝杠升降机(22-2)连接，车架(25)底部两侧均设有与直线导向机构连接的滚轮，在车架(25)的一侧设有推进电机安装支架(45)，推进减速机(31)安装在推进电机安装支架(45)上，推进减速器的输出端安装推进齿轮(30)，输入端安装推进伺服电机(32)。

2.根据权利要求1所述的柔性多自由度对接调姿机构，其特征在于，所述直线导向机构(2)包括第一直线滚轮导轨(33)、第二直线滚轮导轨(34)、齿条(35)、第一导轨支架(37-1)、第二导轨支架(37-2)、齿条安装基座(46)和若干个调平垫铁(38)，调平垫铁(38)放在地面上，通过安装化学螺栓将调平垫铁(38)固定在安装位置处的水泥地面上，第一导轨支架(37-1)和第二导轨支架(37-2)通过螺母与化学螺栓固定连接，第一直线滚轮导轨(33)和第二直线滚轮导轨(34)分别置于第一导轨支架(37-1)和第二导轨支架(37-2)上，车架(25)底部两侧的滚轮分别置于第一直线滚轮导轨(33)和第二直线滚轮导轨(34)内，齿条安装基座通过螺母与化学螺栓固定连接，齿条安装基座位于第一直线滚轮导轨(33)和第二直线滚轮导轨(34)之间的中间位置，齿条(35)安装在齿条安装基座(46)上，齿条通过螺栓与升降底座(5)底部的推进齿轮(30)连接。

3.根据权利要求2所述的柔性多自由度对接调姿机构，其特征在于，所述调平垫铁(38)为9个，分别置于第一导轨支架(37-1)、第二导轨支架(37-2)和齿条安装基座(46)底部的两端和中间。

4.根据权利要求2所述的柔性多自由度对接调姿机构，其特征在于，所述齿条安装基座(46)上还安装用于测量移动距离的测量磁带(36)。

5.根据权利要求1所述的柔性多自由度对接调姿机构，其特征在于，所述滚转托架(3)还包括第一手轮(11)，导槽(4)包括第二手轮(20)和第一光栅尺(19)，第一手轮(11)与滚转托架(3)上的圆弧齿轮轴(40)的另一端连接，第二手轮(20)与滚珠丝杠(15)的另一端连接，第一光栅尺(19)安装于槽体(14)一侧。

6.根据权利要求1所述的柔性多自由度对接调姿机构，其特征在于，所述滚转托架(3)的滚转箱体(41)内部，快换支撑弧架(6)下部与弧形托架之间安装有检测压力的力传感器(12)，所述车架(25)上与推进电机安装支架(45)相对的一侧设有磁栅测量头(29)。

7.根据权利要求1所述的柔性多自由度对接调姿机构，其特征在于，所述车架(25)的两侧设置安装有防倾覆的随动直线滚轮(28)。

8.根据权利要求2所述的柔性多自由度对接调姿机构，其特征在于，所述车架(25)底部两侧分别设有3个滚轮，随动直线滚轮(28)有9个。

9.根据权利要求1所述的柔性多自由度对接调姿机构，其特征在于，所述滚转托架(3)调整的滚转角度范围为-3°～3°，所述导槽(4)Y向平移位移范围-50mm～50mm，所述升降底座(5)Z向升降高度范围为-20mm～20mm。

Images