用于大部件自動(dòng)裝配的六自由度定位調(diào)姿裝備的制作方法
【專利摘要】一種裝配對(duì)接技術(shù)領(lǐng)域的用于大部件自動(dòng)裝配的六自由度定位調(diào)姿裝備，包括：基座及設(shè)置于其上的三個(gè)PPSR支鏈、與PPSR支鏈一端轉(zhuǎn)動(dòng)副相連的帶有大部件托架的調(diào)整動(dòng)平臺(tái)，其中：待調(diào)姿大部件與大部件托架固定連接，第一移動(dòng)副設(shè)置在基座上，第二移動(dòng)副對(duì)應(yīng)設(shè)置在第一移動(dòng)副上、兩者運(yùn)動(dòng)方向水平垂直；所述的第一移動(dòng)副與第二移動(dòng)副均通過并行設(shè)置的導(dǎo)軌滑塊和絲杠螺母機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明將大部件對(duì)接裝配及工藝方法與并聯(lián)機(jī)構(gòu)的定位調(diào)姿運(yùn)動(dòng)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)了大部件自動(dòng)化精密裝配，具有控制方式簡(jiǎn)單、操作精度高、裝配效率高、運(yùn)動(dòng)范圍大等特點(diǎn)。
【專利說明】
用于大部件自動(dòng)裝配的六自由度定位調(diào)姿裝備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及的是一種裝配對(duì)接領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種用于大部件自動(dòng)裝配的六自由度定位調(diào)姿裝備。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前我國(guó)大型部件裝配過程中，例如飛機(jī)客艙段間的裝配、火箭筒體間的裝配，主要是靠工藝補(bǔ)償和工裝來保證大部件之間裝配精度。這種方法很容易造成磕碰和卡滯，易產(chǎn)生應(yīng)力，效率低且工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大。針對(duì)這一問題，研制一種用于大部件自動(dòng)裝配的六自由度定位調(diào)姿裝備，在提高裝配質(zhì)量的同時(shí)提高生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中必須配備多個(gè)高成本高精度的球副才能工作，且在過中心軸線的水平面內(nèi)且垂直于中心軸線方向上不能實(shí)現(xiàn)較大范圍的平動(dòng)，適用范圍有限；以及部分現(xiàn)有技術(shù)目視和手搖精度和效率低，嚴(yán)重影響生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率等等問題，提出了一種用于大部件自動(dòng)裝配的六自由度定位調(diào)姿裝備，具有控制方式簡(jiǎn)單、操作精度高、裝配效率高、運(yùn)動(dòng)范圍大等特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)大部件的自動(dòng)化精密裝配。
[0004]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0005]本發(fā)明包括:基座及設(shè)置于其上的三個(gè)PPSR支鏈，即第一移動(dòng)副-第二移動(dòng)副-球畐O-轉(zhuǎn)動(dòng)副組成的支鏈，以及與PPSR支鏈的一端轉(zhuǎn)動(dòng)副相連的帶有大部件托架的調(diào)整動(dòng)平臺(tái)，其中:待調(diào)姿大部件與大部件托架固定連接。
[0006]所述的三個(gè)PPSR支鏈中，第一移動(dòng)副沿著相互平行的方向運(yùn)動(dòng)，第二移動(dòng)副沿著相互平行的方向運(yùn)動(dòng)，且兩者運(yùn)動(dòng)方向相互垂直。
[0007]當(dāng)三個(gè)第一移動(dòng)副同步運(yùn)動(dòng)，則實(shí)現(xiàn)大部件沿著平行于第一移動(dòng)副運(yùn)動(dòng)方向的運(yùn)動(dòng)；
[0008]當(dāng)三個(gè)第二移動(dòng)副同步運(yùn)動(dòng)，則實(shí)現(xiàn)大部件沿著平行于第二移動(dòng)副運(yùn)動(dòng)方向的運(yùn)動(dòng)；
[0009]當(dāng)三個(gè)第一移動(dòng)副與三個(gè)第二移動(dòng)副均為非同步運(yùn)動(dòng)，則實(shí)現(xiàn)大部件的六自由度空間調(diào)姿，該六自由度包括三個(gè)方向的平動(dòng)和三個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0010]所述的第一移動(dòng)副包括:一級(jí)底座及設(shè)置在一級(jí)底座上的一級(jí)絲杠螺母機(jī)構(gòu)，所述的第二移動(dòng)副包括:二級(jí)底座及設(shè)置在二級(jí)底座上的二級(jí)絲杠螺母機(jī)構(gòu);所述的二級(jí)底座設(shè)置于一級(jí)絲杠螺母機(jī)構(gòu)上并在絲杠上滑動(dòng)。
[0011]所述的一級(jí)絲杠螺母機(jī)構(gòu)與待調(diào)姿大部件的中心軸線方向平行。
[0012]所述的第一移動(dòng)副設(shè)有與一級(jí)絲杠螺母機(jī)構(gòu)并行的一級(jí)導(dǎo)軌滑塊機(jī)構(gòu)，所述的第二移動(dòng)副設(shè)有與二級(jí)絲杠螺母機(jī)構(gòu)并行的二級(jí)導(dǎo)軌滑塊機(jī)構(gòu)。
[0013]所述的PPSR支鏈中的球副包括:球鉸和球鉸副支承座，其中:球鉸設(shè)置在球鉸副支撐座內(nèi)；所述的球鉸通過支撐桿與轉(zhuǎn)動(dòng)副相連;所述的球鉸副支承座設(shè)置在三級(jí)底座上，三級(jí)底座設(shè)置于二級(jí)絲杠螺母機(jī)構(gòu)上并在絲杠上滑動(dòng)。
技術(shù)效果
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明將大部件對(duì)接裝配及工藝方法與并聯(lián)機(jī)構(gòu)的定位調(diào)姿運(yùn)動(dòng)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)了大部件自動(dòng)化精密裝配。三個(gè)PPSR支鏈中所有的第一移動(dòng)副的導(dǎo)軌互相平行，所有的第二移動(dòng)副的導(dǎo)軌互相平行且與第一移動(dòng)副的導(dǎo)軌方向水平垂直;第一移動(dòng)副的同步驅(qū)動(dòng)可以完成大部件沿第一移動(dòng)副導(dǎo)軌方向平動(dòng)，第二移動(dòng)副的同步驅(qū)動(dòng)可以完成大部件沿第二移動(dòng)副導(dǎo)軌方向平動(dòng)，按照計(jì)算得到的一定的規(guī)律差動(dòng)驅(qū)動(dòng)時(shí)，可以完成大部件任意六自由度的空間調(diào)姿，包括三個(gè)方向的平動(dòng)自由度和三個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。不僅能夠完成大部件的任意空間位姿的調(diào)姿定位，而且具有成本低廉、運(yùn)動(dòng)范圍大、操作精度高、裝配效率高等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明立體結(jié)構(gòu)圖；
[0016]圖2為本發(fā)明的正視圖；
[0017]圖3為本發(fā)明的左視圖；
[0018]圖4為本發(fā)明中PPSR支鏈?zhǔn)疽鈭D；
[0019]圖5為本發(fā)明中轉(zhuǎn)動(dòng)副結(jié)構(gòu)不意圖；
[0020]圖中:(a)為三維結(jié)構(gòu)示意圖，(b)為圖2中部分結(jié)構(gòu)視圖；
[0021]圖中:待調(diào)姿大部件1、大部件托架2、調(diào)整動(dòng)平臺(tái)3、轉(zhuǎn)動(dòng)副4、支撐桿5、球鉸
6、球鉸副支承座7、三級(jí)底座8、二級(jí)螺母9、二級(jí)絲杠10、二級(jí)滑塊11、二級(jí)導(dǎo)軌12、二級(jí)底座13、一級(jí)螺母14、一級(jí)絲杠15、一級(jí)滑塊16、一級(jí)導(dǎo)軌17、一級(jí)底座18、基座19、對(duì)接大部件20、套筒21、銷軸22、轉(zhuǎn)動(dòng)副支撐座23。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
實(shí)施例1
[0023]如圖1所示，本實(shí)施例包括:帶有大部件托架2的調(diào)整動(dòng)平臺(tái)3、基座19以及分別與之相連接的三個(gè)PPSR支鏈，其中:待調(diào)姿大部件I與大部件托架2通過圓弧型面接觸連接，大部件托架2對(duì)齊平放在調(diào)整動(dòng)平臺(tái)3上并與調(diào)整動(dòng)平臺(tái)3固定連接。
[0024]所述的調(diào)整動(dòng)平臺(tái)3采用平整加工的鋼板，用來支撐大部件托架2以及待調(diào)姿大部件I。
[0025]本實(shí)施例中，三個(gè)PPSR支鏈的布置形式如圖1至圖3所示，三個(gè)PPSR支鏈結(jié)構(gòu)完全一樣。
[0026]如圖4所示，所述的PPSR支鏈包括:第一移動(dòng)副、第二移動(dòng)副、轉(zhuǎn)動(dòng)副4、支撐桿5、球鉸6、球鉸副支承座7和三級(jí)底座8，其中:轉(zhuǎn)動(dòng)副4與調(diào)整動(dòng)平臺(tái)3固定連接，支撐桿5的兩端分別與轉(zhuǎn)動(dòng)副4、球鉸6相連，球鉸6設(shè)置在球鉸副支承座7的球窩結(jié)構(gòu)內(nèi)，球鉸副支承座7設(shè)置在三級(jí)底座8上，三級(jí)底座8設(shè)置在第二移動(dòng)副上，第二移動(dòng)副與第一移動(dòng)副對(duì)應(yīng)設(shè)置、兩者運(yùn)動(dòng)方向水平垂直，第一移動(dòng)副設(shè)置在基座19上。
[0027]所述的三個(gè)PPSR支鏈的第一移動(dòng)副沿相互平行的方向運(yùn)動(dòng)，對(duì)應(yīng)所述的三個(gè)PPSR支鏈的第二移動(dòng)副也沿相互平行的方向運(yùn)動(dòng)。
[0028]所述的第一移動(dòng)副運(yùn)動(dòng)方向與待調(diào)姿大部件I的中心軸線方向平行。
[0029]所述的第一移動(dòng)副與第二移動(dòng)副均通過絲杠螺母機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)單自由度傳遞運(yùn)動(dòng);所述的六個(gè)移動(dòng)副均采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可直接利用伺服電機(jī)自帶的旋轉(zhuǎn)編碼器或光柵尺作為位移傳感器。
[0030]所述的第一移動(dòng)副包括:一級(jí)底座18、一級(jí)絲杠15、一級(jí)螺母14、一級(jí)導(dǎo)軌17和一級(jí)滑塊16，其中:一級(jí)底座18固定在基座19上，一級(jí)導(dǎo)軌17設(shè)置在一級(jí)底座18上，一級(jí)滑塊16與一級(jí)導(dǎo)軌17相連，一級(jí)螺母14與一級(jí)絲杠15相連；
[0031]所述的第二移動(dòng)副包括:二級(jí)底座13、二級(jí)絲杠10、二級(jí)螺母9、二級(jí)導(dǎo)軌12和二級(jí)滑塊11，其中:二級(jí)導(dǎo)軌12設(shè)置在二級(jí)底座13上，二級(jí)滑塊11與二級(jí)導(dǎo)軌12相連，二級(jí)螺母9與二級(jí)絲杠1相連；
[0032]所述的二級(jí)底座13與一級(jí)螺母14、一級(jí)滑塊16固定連接并在一級(jí)絲杠15和一級(jí)導(dǎo)軌17上滑動(dòng)，所述的三級(jí)底座8與二級(jí)螺母9、二級(jí)滑塊11固定連接并在二級(jí)絲杠10和二級(jí)導(dǎo)軌12上滑動(dòng)。
[0033]所述的一級(jí)底座18和二級(jí)底座13均為凹字形結(jié)構(gòu)，導(dǎo)軌滑塊機(jī)構(gòu)設(shè)置在兩側(cè)凸起平面上起支撐二級(jí)底座13、三級(jí)底座8的作用，絲杠螺母機(jī)構(gòu)設(shè)置在中部下凹平面上。
[0034]如圖5所示，所述的轉(zhuǎn)動(dòng)副4為套筒/銷軸結(jié)構(gòu)，套筒21套設(shè)在銷軸22上并與支撐桿5固定連接，銷軸22兩端固定在轉(zhuǎn)動(dòng)副支撐座23上;所述的轉(zhuǎn)動(dòng)副支撐座23與調(diào)整動(dòng)平臺(tái)3固定連接。
[0035]所述的基座19采用平整加工的鋼板，通過地腳安裝和經(jīng)平整修飾好的水泥地基固定。
[0036]本實(shí)施例通過以下方式進(jìn)行工作:根據(jù)調(diào)姿要求生成控制方法，利用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)六個(gè)移動(dòng)副，待調(diào)姿大部件I就可以隨著調(diào)整動(dòng)平臺(tái)3得到空間六自由度的運(yùn)動(dòng)。給定待調(diào)姿大部件I的當(dāng)前位姿和對(duì)接大部件20的目標(biāo)位姿之后，就可以根據(jù)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解求出調(diào)姿裝配過程所需要的驅(qū)動(dòng)輸入量，使待調(diào)姿大部件I從當(dāng)前姿態(tài)調(diào)整到目標(biāo)姿態(tài)，完成裝配過程。其中，當(dāng)三個(gè)第一移動(dòng)副同步運(yùn)動(dòng)時(shí)，大部件沿著平行于單個(gè)PPSR支鏈中第一移動(dòng)副的方向運(yùn)動(dòng)；當(dāng)三個(gè)第二移動(dòng)副同步運(yùn)動(dòng)時(shí)，大部件沿著平行于單個(gè)PPSR支鏈中第二移動(dòng)副的方向運(yùn)動(dòng)；當(dāng)六個(gè)移動(dòng)副非同步運(yùn)動(dòng)時(shí)，大部件可以完成空間任意六自由度的調(diào)姿，該六自由度包括三個(gè)方向的平動(dòng)和三個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。不僅能夠?qū)崿F(xiàn)大部件任意空間位姿的調(diào)姿定位，而且具有成本低廉，運(yùn)動(dòng)范圍大，操作精度高，裝配效率高等優(yōu)點(diǎn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于大部件自動(dòng)裝配的六自由度定位調(diào)姿裝備，其特征在于，包括:基座及設(shè)置于其上的三個(gè)由第一移動(dòng)副、第二移動(dòng)副、球副和轉(zhuǎn)動(dòng)副組成的PPSR支鏈、與PPSR支鏈一端轉(zhuǎn)動(dòng)副相連的帶有大部件托架的調(diào)整動(dòng)平臺(tái)，其中:待調(diào)姿大部件與大部件托架固定連接，每個(gè)PPSR支鏈的第一移動(dòng)副設(shè)置在基座上，第二移動(dòng)副對(duì)應(yīng)設(shè)置在第一移動(dòng)副上、兩者運(yùn)動(dòng)方向水平垂直，球副分別與第二移動(dòng)副和轉(zhuǎn)動(dòng)副相連； 所述的第一移動(dòng)副與第二移動(dòng)副均通過絲杠螺母機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)單自由度傳遞運(yùn)動(dòng)，且兩者運(yùn)動(dòng)方向相互垂直； 當(dāng)所述的三個(gè)PPSR支鏈中的第一移動(dòng)副同步運(yùn)動(dòng)，則實(shí)現(xiàn)大部件沿著平行于第一移動(dòng)副運(yùn)動(dòng)方向的運(yùn)動(dòng)； 當(dāng)所述的三個(gè)PPSR支鏈中的第二移動(dòng)副同步運(yùn)動(dòng)，則實(shí)現(xiàn)大部件沿著平行于第二移動(dòng)副運(yùn)動(dòng)方向的運(yùn)動(dòng)； 當(dāng)所述的三個(gè)PPSR支鏈中的第一移動(dòng)副與第二移動(dòng)副均為非同步運(yùn)動(dòng)，則實(shí)現(xiàn)大部件的六自由度空間調(diào)姿，該六自由度包括三個(gè)方向的平動(dòng)和三個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于大部件自動(dòng)裝配的六自由度定位調(diào)姿裝備，其特征是，所述的第一移動(dòng)副的運(yùn)動(dòng)方向與待調(diào)姿大部件的中心軸線方向平行。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于大部件自動(dòng)裝配的六自由度定位調(diào)姿裝備，其特征是，所述的第一移動(dòng)副包括:一級(jí)底座、一級(jí)絲杠和一級(jí)螺母，其中:一級(jí)底座固定在基座上，一級(jí)絲杠設(shè)置在一級(jí)底座上，一級(jí)螺母與一級(jí)絲杠相連;所述的第二移動(dòng)副包括:二級(jí)底座、二級(jí)絲杠和二級(jí)螺母，其中:二級(jí)絲杠設(shè)置在二級(jí)底座上，二級(jí)螺母與二級(jí)絲杠相連； 所述的二級(jí)底座與一級(jí)螺母固定連接并在一級(jí)絲杠上滑動(dòng)，所述的二級(jí)螺母與PPSR支鏈中球副一端固定連接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于大部件自動(dòng)裝配的六自由度定位調(diào)姿裝備，其特征是，所述的一級(jí)底座和二級(jí)底座均為凹字形結(jié)構(gòu)，絲杠螺母機(jī)構(gòu)設(shè)置在中部下凹平面上。5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的用于大部件自動(dòng)裝配的六自由度定位調(diào)姿裝備，其特征是，所述的第一移動(dòng)副設(shè)有與一級(jí)絲杠螺母機(jī)構(gòu)并行的一級(jí)導(dǎo)軌滑塊機(jī)構(gòu)，所述的第二移動(dòng)副設(shè)有與二級(jí)絲杠螺母并行的二級(jí)導(dǎo)軌滑塊機(jī)構(gòu);所述的一級(jí)、二級(jí)導(dǎo)軌滑塊機(jī)構(gòu)分別設(shè)置在一級(jí)底座、二級(jí)底座兩側(cè)的凸起面上。6.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的用于大部件自動(dòng)裝配的六自由度定位調(diào)姿裝備，其特征是，所述的PPSR支鏈中球副包括:球鉸和球鉸副支承座，其中:球鉸設(shè)置在球鉸副支撐座內(nèi)； 所述的球鉸通過支撐桿與轉(zhuǎn)動(dòng)副相連； 所述的球鉸副支承座設(shè)置在三級(jí)底座上，三級(jí)底座與二級(jí)螺母固定連接并在二級(jí)絲杠上滑動(dòng)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于大部件自動(dòng)裝配的六自由度定位調(diào)姿裝備，其特征是，所述的轉(zhuǎn)動(dòng)副為套筒/銷軸結(jié)構(gòu)，套筒套設(shè)在銷軸上并與支撐桿固定連接，銷軸兩端固定在轉(zhuǎn)動(dòng)副支撐座上;所述的轉(zhuǎn)動(dòng)副支撐座與調(diào)整動(dòng)平臺(tái)固定連接。8.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的用于大部件自動(dòng)裝配的六自由度定位調(diào)姿裝備，其特征是，所述的第一移動(dòng)副和第二移動(dòng)副均通過帶有旋轉(zhuǎn)編碼器或光柵尺的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
【文檔編號(hào)】B25J9/00GK106041799SQ201610533403
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年7月8日
【發(fā)明人】王皓, 于衛(wèi)東, 陳根良, 孔令雨, 趙勇, 余海東
【申請(qǐng)人】上海交通大學(xué)