專利名稱：六自由度微調(diào)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于用于緊固、連接、拆卸或夾持的工具或臺式設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種六自由度微調(diào)裝置。
背景技術(shù)：
對一些體積或質(zhì)量較大的零部件進行柔順對接裝配時，一般采用較為簡便的吊裝裝配方式來解決，而對于一些不便吊裝或吊裝空間受到限制的體積或質(zhì)量較大的零部件來說，對接裝配往往采用一些位姿調(diào)節(jié)機構(gòu)。尤其是精密對接裝配，調(diào)節(jié)的自由度越多，位姿調(diào)節(jié)機構(gòu)越復(fù)雜。
名稱為《六自由度大行程、高精度柔性并聯(lián)機器人》的專利申請文件(專利申請?zhí)朇N200410013628.1)公開了一種并聯(lián)式高精度位置調(diào)整機器人，該發(fā)明通過剛性的驅(qū)動裝置和柔性的鉸鏈實現(xiàn)工作平臺在厘米級的位置和姿態(tài)的調(diào)整。但該發(fā)明不能滿足更大行程的位置調(diào)整及工件自適應(yīng)裝配的要求。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有技術(shù)中不能滿足更大行程的位置調(diào)整及工件自適應(yīng)裝配的要求及體積或質(zhì)量較大的產(chǎn)品在無法吊裝的情況下難以操作的不足，本發(fā)明提供一種六自由度微調(diào)裝置，裝置集支撐、夾持與柔順調(diào)姿功能于一體，可實現(xiàn)垂直方向、水平方向及一定角度范圍內(nèi)的柔順對接裝配。
本發(fā)明一種六自由度微調(diào)裝置，包括浮動機構(gòu)、工件夾緊機構(gòu)、浮動夾緊機構(gòu)和滑動平臺機構(gòu)。
浮動機構(gòu)含有支架、主彈簧、輔助彈簧、導(dǎo)向柱和剪式千斤頂，支架為筒狀結(jié)構(gòu)。
工件夾緊機構(gòu)含有三爪定心夾具和傳動桿，傳動桿為筒狀，傳動桿頂端為錐形面。
滑動平臺機構(gòu)含有滑動板、傳動球座和底座，底座的中央部位設(shè)置有圓形突臺，滑動板的中心設(shè)置有圓孔，滑動板中心圓孔直徑大于底座中的圓形突臺的直徑。
浮動夾緊機構(gòu)含有螺母和支架壓塊。
其連接關(guān)系是，浮動機構(gòu)的支架的頂端固定連接有托盤，主彈簧設(shè)置在位于支架中心的工件夾緊機構(gòu)中的傳動桿內(nèi)，數(shù)個輔助彈簧設(shè)置在支架的外圍，輔助彈簧之間的距離相等。支架底端設(shè)置有導(dǎo)向柱，導(dǎo)向柱的一端與輔助彈簧連接，另一端與支架底端固定連接，導(dǎo)向柱外設(shè)置有導(dǎo)向套，導(dǎo)向柱與導(dǎo)向套之間有一間隙；設(shè)置在傳動桿內(nèi)的主彈簧的上端設(shè)有萬向球鉸鏈，主彈簧下端依次設(shè)置有推桿和剪式千斤頂，主彈簧通過推桿與剪式千斤頂連接，剪式千斤頂與底座連接；工件夾緊機構(gòu)的三爪定心夾具設(shè)置在支架上端，傳動桿的上端通過螺紋與支架活動連接、其底部設(shè)有手柄，傳動桿頂端錐形面與三爪定心夾具活動連接；設(shè)置在支架上的數(shù)個浮動夾緊機構(gòu)的支架壓塊通過螺母將支架和底座固定成一體，設(shè)置在滑動板上的數(shù)個浮動夾緊機構(gòu)的壓塊通過螺母與滑動板和底座連接；滑動平臺機構(gòu)的滑動板通過傳動球座與底座活動連接，底座下部設(shè)置有萬向輪。
本發(fā)明的六自由度微調(diào)裝置中所述的設(shè)置在支架周圍的輔助彈簧的數(shù)量為3～5個，輔助彈簧之間距離相等。
所述的設(shè)置在支架上的浮動夾緊機構(gòu)的數(shù)量為3～5個，并等距設(shè)置在支架周圍。
所述的設(shè)置在滑動板上的浮動夾緊機構(gòu)的數(shù)量為3～5個，并等距設(shè)置在滑動板周圍。
本發(fā)明的基本原理是，本發(fā)明的六自由度微調(diào)姿裝置的浮動機構(gòu)的主彈簧處于支架的中心，輔助彈簧均勻分布在支架的四周，主彈簧用于支撐整個支架及產(chǎn)品的大部分重量(可在0～G范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)，G為產(chǎn)品重量)，輔助彈簧除了分擔(dān)一小部分重量之外，主要作用是實現(xiàn)支架的浮動。主彈簧的彈力可隨推桿上下移動而變化，實現(xiàn)裝置的浮動與非浮動狀態(tài)的切換。支架的上下運動以及彈簧的左右擺動都被限制在一定范圍之內(nèi)，使本發(fā)明的六自由度微調(diào)姿裝置可實現(xiàn)六個自由度的微幅浮動，其運動方程為∑FiFi+∑f彈i＝mai 其中mρ2為浮動裝配臺的轉(zhuǎn)動慣量；∑f彈i、Fi分別為彈簧力和操作外力在x、y、z三個方向上的分量；∑M彈i、∑M外力i分別為彈簧力和操作外力繞x、y、z軸的力矩； 分別為浮動臺繞x、y、z軸的轉(zhuǎn)角。
由于主彈簧的作用力是通過浮動臺的質(zhì)心，所以作用在浮動臺的彈簧合力矩為∑M彈i＝K1li(δ1+δ2+δ3+δ4)其中δ1、δ2、δ3、δ4為四個輔助的變形量，li為每個彈簧力矩距坐標(biāo)軸的力臂，K1為輔助的剛度，li、K1均為定值。
由以上公式可知，整個浮動裝配臺的擺動靈活性主要取決于支架四周設(shè)置的輔助變形量。故通過推桿的上下移動，從而改變輔助的變形量，實現(xiàn)浮動裝配臺擺動靈活性的調(diào)節(jié)；同時，通過改變浮動支架的上下運動行程，可實現(xiàn)彈簧浮動幅度的調(diào)節(jié)。
本發(fā)明的六自由度微調(diào)裝置可實現(xiàn)產(chǎn)品的六個自由度微幅浮動調(diào)姿功能，并且調(diào)姿幅度可以控制調(diào)節(jié)；可滿足較大行程的位置調(diào)整和工件自適應(yīng)裝配的需要，調(diào)姿力的大小，可實現(xiàn)“四兩撥千斤”的目的；在人工輔助下，可方便地實現(xiàn)工件的柔順調(diào)姿；本發(fā)明的六自由度微調(diào)裝置體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，安全可靠，同時具有較好的機動性。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的六自由度微調(diào)裝置作具體描述


圖1為本發(fā)明的六自由度微調(diào)裝置的工作狀態(tài)示意圖
圖2為本發(fā)明的六自由度微調(diào)裝置的原理示意3為本發(fā)明的六自由度微調(diào)裝置的實施例的結(jié)構(gòu)示意4為本發(fā)明的六自由度微調(diào)裝置的實施例的滑動平臺機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意中，1.支架 2.主彈簧 3.輔助彈簧 4.推桿 5.工件 6.導(dǎo)向柱7.導(dǎo)向套 8.滑動板 9.傳動球座 11.傳動桿 12.手柄 13.萬向球鉸鏈14.剪式千斤頂 15.萬向輪 螺母(16、26) 17.支架壓塊 18.三爪定心夾具19.托盤 20.底座具體實施方式
實施例圖1為本發(fā)明的六自由度微調(diào)裝置的工作狀態(tài)示意圖，圖1a表示兩個工件在平行方向上對接，圖1b表示兩個工件在垂直方向上對接，圖1c表示兩個工件在有一定角度方向上的對接。
圖2為本發(fā)明的六自由度微調(diào)裝置的原理示意圖，圖中，本發(fā)明的六自由度微調(diào)裝置的浮動機構(gòu)的主彈簧2位于支架1的中心，輔助彈簧3均勻分布在支架1的四周，主彈簧2用于支撐整個支架1及工件5的大部分重量之外，主要作用是實現(xiàn)支架1的浮動。主彈簧2的彈力可隨推桿4上下移動而變化，實現(xiàn)裝置的浮動與非浮動狀態(tài)的切換。支架1的上下運動以及彈簧的左右擺動都被限制在一定范圍之內(nèi)，使本發(fā)明的六自由度微調(diào)裝置可實現(xiàn)六個自由度的微幅浮動。
在圖3～圖4中，本發(fā)明的六自由度微調(diào)裝置，包括浮動機構(gòu)、工件夾緊機構(gòu)、浮動夾緊機構(gòu)和滑動平臺機構(gòu)。
浮動機構(gòu)含有支架1、主彈簧2、輔助彈簧3、導(dǎo)向柱6和剪式千斤頂14，支架1為筒狀結(jié)構(gòu)。
工件夾緊機構(gòu)含有三爪定心夾具18和傳動桿11，傳動桿11為筒狀，傳動桿11頂端為錐形面。
滑動平臺機構(gòu)含有滑動板8、傳動球座9和底座20，底座20的中央部位設(shè)置有圓形突臺，滑動板8的中心設(shè)置有圓孔，滑動板8的中心圓孔直徑大于底座中的圓形突臺的直徑。
浮動夾緊機構(gòu)含有螺母(16、26)和支架壓塊17。
本發(fā)明的六自由度微調(diào)裝置中，浮動機構(gòu)的支架1的頂端固定連接有托盤19，主彈簧2設(shè)置在位于支架1中心的產(chǎn)品夾緊機構(gòu)中的傳動桿11內(nèi)，四個輔助彈簧3設(shè)置在支架1底部的周圍，各輔助彈簧之間距離相等。支架1底端設(shè)置有導(dǎo)向柱6，導(dǎo)向柱6的一端與輔助彈簧3連接，另一端與支架1底端固定連接，導(dǎo)向柱6外設(shè)置有導(dǎo)向套7，導(dǎo)向柱6與導(dǎo)向套7之間有一間隙；設(shè)置在傳動桿11內(nèi)的主彈簧2的上端設(shè)有萬向球鉸鏈13，主彈簧2下端依次設(shè)置有推桿4和剪式千斤頂14，主彈簧2通過推桿4與剪式千斤頂14連接，剪式千斤頂14與底座20的圓形突面固定連接；工件夾緊機構(gòu)的三爪定心夾具18設(shè)置在支架1上端，傳動桿11的上端通過螺紋與支架1活動連接、底部設(shè)有手柄12，傳動桿11頂端錐形面與三爪定心夾具18活動連接；設(shè)置在支架1上的浮動夾緊機構(gòu)的支架壓塊17通過螺母16將支架1和底座20固定為一體，在支架1上的浮動夾緊機構(gòu)的數(shù)量為四個，并等距設(shè)置在支架1底端周圍。設(shè)置在滑動板8上的浮動夾緊機構(gòu)的壓塊通過螺母26與滑動板8和底座20連接，在滑動板8上的浮動夾緊機構(gòu)的數(shù)量為四個，并等距設(shè)置在滑動板8周圍；滑動平臺機構(gòu)的滑動板8通過傳動球座9與底座20活動連接，底座20下部設(shè)置有萬向輪15。
本發(fā)明的六自由度微調(diào)裝置的支架1及工件5的重量主要由主彈簧2支撐，萬向球鉸鏈13保證支架1擺動自由，四個輔助彈簧只承擔(dān)一小部分的載荷，通過剪式千斤頂14調(diào)節(jié)傳動桿11的上下移動的位移量，改變各彈簧的受力狀況，實現(xiàn)裝置的擺動靈活性的調(diào)節(jié)。浮動范圍通過浮動夾緊機構(gòu)限制支架1的運動空間來實現(xiàn)。浮動機構(gòu)的功能主要是實現(xiàn)產(chǎn)品的六自由度微幅浮動，從而調(diào)整產(chǎn)品的姿態(tài)。
本發(fā)明的六自由度微調(diào)裝置的夾緊功能由工件夾緊機構(gòu)和浮動夾緊機構(gòu)來實現(xiàn)。工件夾緊機構(gòu)的主要是將工件固定在本發(fā)明的六自由度微調(diào)裝置上，使其與本發(fā)明的六自由度微調(diào)裝置一起運動。工件夾緊機構(gòu)夾緊時，搬動手柄12，螺紋副機構(gòu)使傳動桿11上移，三爪定心夾具18將工件5抱緊。松開時，朝反方向搬動手輪，三爪定心夾具18將工件5松開。浮動夾緊機構(gòu)的主要功能是控制本發(fā)明的浮動狀態(tài)和固定狀態(tài)，同時還控制浮動的幅度。調(diào)節(jié)星形螺母16可控制支架壓塊17的位置，實現(xiàn)浮動狀態(tài)和非浮動夾緊狀態(tài)的切換。
本發(fā)明的六自由度微調(diào)裝置的滑動平臺機構(gòu)實現(xiàn)本發(fā)明的粗定位及移動夾緊功能。運輸工件時，浮動夾緊機構(gòu)通過星形螺母16將支架1與其底座20固聯(lián)成一體；浮動時，松開浮動夾緊機構(gòu)。粗定位主要分為產(chǎn)品的垂直定位和水平定位兩部分。垂直定位是通過升起四個腳輪15上的支腳調(diào)節(jié)水平，實現(xiàn)產(chǎn)品的垂直粗定位。水平定位是通過滑動平臺機構(gòu)實現(xiàn)的。粗定位時，松開設(shè)置在夾緊機構(gòu)中的螺母26，釋放移動滑動板8的自由度。移動滑動板8在傳動球座9上滑動，實現(xiàn)粗定位，粗定位后，由夾緊機構(gòu)將滑動板8固定，完成水平方向的粗定位。
本發(fā)明的工作流程是調(diào)姿前，本發(fā)明的六自由度微調(diào)裝置不允許浮動，將千斤頂14降到最低位，這時主彈簧2不起作用。而四個輔助彈簧的支撐力小于工件及浮動支架的重量，本發(fā)明的六自由度微調(diào)裝置不能浮動；這時可將工件5放置在托盤19上，由夾持機構(gòu)將產(chǎn)品夾緊。粗定位后進行調(diào)姿，需要浮動時，先將浮動夾緊機構(gòu)松開，剪式千斤頂14升起推桿4使主彈簧2起作用，逐漸承受載荷，這時在輔助彈簧、主彈簧共同作用下，使整個浮動支架1浮起；由于導(dǎo)向柱6與導(dǎo)向套7之間有間隙，浮動支架1可在此間隙范圍內(nèi)微幅浮動，浮動范圍可由浮動夾緊機構(gòu)調(diào)節(jié)；這樣在浮動夾緊機構(gòu)限制和保護下，浮動支架的浮動幅度不會超過允許的范圍，本發(fā)明的六自由度微調(diào)裝置可以實現(xiàn)多個自由度的微幅浮動。
權(quán)利要求
1.一種六自由度微調(diào)裝置，其特征在于所述的裝置包括浮動機構(gòu)、工件夾緊機構(gòu)、浮動夾緊機構(gòu)和滑動平臺機構(gòu)；浮動機構(gòu)含有支架(1)、主彈簧(2)、輔助彈簧(3)、導(dǎo)向柱(6)和剪式千斤頂(14)，支架(1)為筒狀結(jié)構(gòu)；工件夾緊機構(gòu)含有三爪定心夾具(18)和傳動桿(11)，傳動桿(11)為筒狀，傳動桿(11)頂端為錐形面；滑動平臺機構(gòu)含有滑動板(8)、傳動球座(9)和底座(20)，底座(20)的中央部位設(shè)置有圓形突臺，滑動板(8)的中心設(shè)置有圓孔；浮動夾緊機構(gòu)含有螺母(16、26)和支架壓塊(17)；其連接關(guān)系是，浮動機構(gòu)的支架(1)的頂端固定連接有托盤(19)，主彈簧(2)設(shè)置在位于支架(1)中心的產(chǎn)品夾緊機構(gòu)中的傳動桿(11)內(nèi)，輔助彈簧(3)設(shè)置在支架(1)的外圍；支架(1)底端設(shè)置有導(dǎo)向柱(6)，導(dǎo)向柱(6)的一端與輔助彈簧(3)連接，另一端與支架(1)底端固定連接，導(dǎo)向柱(6)外設(shè)置有導(dǎo)向套(7)，導(dǎo)向柱(6)與導(dǎo)向套(7)之間有一間隙；設(shè)置在傳動桿(11)內(nèi)的主彈簧(2)的上端設(shè)有萬向球鉸鏈(13)，主彈簧(2)下端依次設(shè)置有推桿(4)和剪式千斤頂(14)，主彈簧(2)通過推桿(4)與剪式千斤頂(14)連接，剪式千斤頂(14)與底座(20)連接；工件夾緊機構(gòu)的三爪定心夾具(18)設(shè)置在支架(1)上端，傳動桿(11)的上端通過螺紋與支架(1)活動連接、底部設(shè)有手柄(12)，傳動桿(11)頂端錐形面與三爪定心夾具(18)活動連接；設(shè)置在支架(1)上的浮動夾緊機構(gòu)的支架壓塊(17)通過螺母(16)將支架(1)和底座(20)固定為一體，設(shè)置在滑動板(8)上的浮動夾緊機構(gòu)的壓塊通過螺母(26)與滑動板(8)和底座(20)連接；滑動平臺機構(gòu)的滑動板(8)通過傳動球座(9)與底座(20)活動連接，底座(20)下部設(shè)置有萬向輪(15)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六自由度微調(diào)裝置，其特征在于所述的設(shè)置在支架(1)周圍的輔助彈簧(3)的數(shù)量為3～5個，輔助彈簧之間距離相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六自由度微調(diào)裝置，其特征在于所述的設(shè)置在支架(1)上的浮動夾緊機構(gòu)的數(shù)量為3～5個，并等距設(shè)置在支架(1)周圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六自由度微調(diào)裝置，其特征在于所述的設(shè)置在滑動板(8)上的浮動夾緊機構(gòu)的數(shù)量為3～5個，并等距設(shè)置在滑動板(8)周圍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六自由度微調(diào)裝置，其特征在于所述的滑動板(8)中心圓孔的直徑大于底座(20)的圓形突臺的直徑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于在對接裝配過程中調(diào)整體積或質(zhì)量較大的物體的位置姿態(tài)、實現(xiàn)柔順對接裝配的六自由度微調(diào)裝置。本發(fā)明的裝置包括夾緊機構(gòu)、浮動機構(gòu)和滑動平臺機構(gòu)。浮動機構(gòu)中的主彈簧處于支架中心，輔助彈簧設(shè)置在支架周圍，工件設(shè)置在支架上，通過夾緊機構(gòu)中的傳動桿上下移動和滑動平臺機構(gòu)的平面移動，實現(xiàn)本發(fā)明裝置的滑動與非滑動狀態(tài)，從而實現(xiàn)六自由度的微調(diào)滑動。本發(fā)明的六自由度微調(diào)裝置集支撐、夾持與柔順調(diào)姿功能為一體，提高了微幅調(diào)姿的靈活性，操作簡單、調(diào)姿效果好。
文檔編號B25H1/08GK1958245SQ200610021879
公開日2007年5月9日 申請日期2006年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月16日
發(fā)明者何建國, 吉方, 吳祉群, 蒲潔 申請人:中國工程物理研究院機械制造工藝研究所