【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及自动化装配的，具体地，涉及一种航天器舱内设备协作装配装置及方法。
技术介绍
1、航天产品由于其内部结构特殊、装配工况复杂、部件精密且贵重、装配精度要求高等综合因素的影响，其舱内设备的装配工艺一直面临诸多挑战。传统上，舱内设备装配的全流程均是依靠人工协作装配完成，自动化、智能化程度很低。然而，随着科技的飞速发展，航天产品的模块化、集成化程度日益提高，舱内预留的操作空间日趋狭小，这对舱内设备的装配提出了新的更高要求。
2、模块化与集成化的设备相较于过去，其体积与质量都有所增大，手工装配在舱内狭小空间内进行准确调姿定位的难度大大增加。同时，长时间的托举易导致人员疲劳，进而可能造成设备在装配过程中的随机晃动，这不仅增加了操作难度，还大大提高了操作风险，对设备的安全构成了严重威胁。设备在装配过程中一旦发生挤压碰撞，往往会造成严重的损伤，甚至导致整个装配任务的失败。
3、在公开号为cn103144745a的专利文献中公开了一种海洋平台柔性对接装置，包括船体、升降柱、滑轨、支撑杆、旋转柱、升降机、机械手、伸缩杆、伸缩梯、升降平台和橡胶柱，旋转柱通过橡胶柱装在船体甲板的前方，左右两侧各一个；旋转柱上装有伸缩杆，伸缩杆为液压结构，在伸缩杆的末端设有机械手，机械手通过控制能自由开闭；在伸缩杆下方设有支撑杆，船体甲板上设有滑轨，支撑杆在滑轨上运动；在船体甲板上安装有两个升降柱，在升降柱上安装有升降机，两个升降机之间设有升降平台，在升降平台上设有伸缩梯。
4、因此，如何在有限的作业空间内，完成舱内模块化
5、因此，需要提出一种新的技术方案以改善上述技术问题。
技术实现思路
1、针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种航天器舱内设备协作装配装置及方法。
2、根据本专利技术提供的一种航天器舱内设备协作装配装置，包括被动柔性平台、伺服升降机构、直线导杆、约束环、控制柜、底部平台、调节脚撑、支撑框架、中部平台、直线轴承、顶部支撑平台；
3、所述被动柔性平台包括顶部支撑盘、侧支撑簧调节螺套、主支撑簧调节螺套、主支撑簧、侧支撑簧、中安装盘、内齿轮旋转轴承、底部支撑盘、驱动齿轮装置、主支撑簧力传感器、侧支撑簧力传感器；
4、所述伺服升降机构安装在中部平台上，伺服升降机构顶升法兰盘与底部支撑盘连接，伺服升降机构与控制柜进行电气与通讯连接；
5、所述直线导杆上端与底部支撑盘连接，底部与约束环连接，所述直线导杆穿过直线轴承；
6、所述驱动齿轮装置、主支撑簧力传感器、侧支撑簧力传感器与控制柜进行电气与通讯连接，所述控制柜安装在底部平台上；
7、所述顶部支撑平台安装在支撑框架上，其上端面设有舱体限位槽与定位销孔，对舱体进行限位与初始角度、位置定位；所述支撑框架底部设有调节脚撑。
8、优选地，所述中安装盘与内齿轮旋转轴承上端面固定连接，所述驱动齿轮装置、底部支撑盘与内齿轮旋转轴承构成伺服旋转机构，用于待安装设备绕轴线旋转调姿。
9、优选地，所述中安装盘上设有力传感器安装孔位，一个主支撑簧力传感器、四个侧支撑簧力传感器分别安装在对应孔位内，构成装配过程力数据采集模块。
10、优选地，所述顶部支撑盘与中安装盘之间存在安装间隙，为顶部支撑盘侧倾提供空间。
11、优选地，所述顶部支撑盘、侧支撑簧调节螺套、主支撑簧调节螺套、主支撑簧、侧支撑簧与中安装盘共同构成柔性弹簧系统；调节侧支撑簧调节螺套与主支撑簧调节螺套安装深度，分别调节主支撑簧与侧支撑簧预紧力。
12、本专利技术还提供一种航天器舱内设备协作装配方法，所述方法应用上述中的航天器舱内设备协作装配装置，所述方法包括如下步骤：
13、步骤s1：初始安装策略规划；
14、步骤s2：初始姿态调整安装；
15、步骤s3：设备调姿装配；
16、步骤s4：数据获取与解算；当待安装设备与舱内侧边干涉障碍发生阻滞时，外部阻力使顶部支撑盘与主支撑簧之间形成倾覆力矩，顶部支撑盘向受力部位倾斜并放大力的作用效果，同时偏转压缩或拉伸对应侧支撑簧，底部力传感器采集侧面四个力传感器的力-时间数据，控制系统根据这些数据判别是否发生干涉障碍，并依据位置坐标信息与力-时间变化趋势，利用分类算法得到受阻滞部位阻滞类型与空间坐标；
17、步骤s5：偏移策略规划。
18、优选地，所述初始安装策略规划步骤中，利用路径规划算法在预设环境状态下进行安装策略规划，得到安装过程中的初始安装策略，其中预设环境下是指待安装设备安装路径上不存在随机干涉障碍。
19、优选地，所述初始姿态调整安装步骤中，调节被动柔性平台柔性弹簧系统，设置主支撑簧预紧力fk10，侧支撑簧的预紧力fk20；当待安装设备受力大于控制装配力f0或侧支撑簧预紧力fk20时，支撑簧被压缩形变，力传感器依据采集变化信息调控装配过程实现侧边挤压最大作用力保护和待安装设备到位过盈装配时的装配力控制。
20、优选地，所述偏移策略规划步骤中，依据分类判别结果，由人工协作制定偏移策略，输出控制动作指令对待安装设备进行姿态调整，同时系统监测动作执行结果，构建奖励函数对执行状态与结果进行奖惩，并记录累积奖励值最大的有效控制策略，作为下一次偏移调姿策略的辅助指导依据。
21、优选地，所述奖励函数在偏移策略执行后，若正确规避卡滞障碍，则给予正奖励；若再次碰到障碍，则给予负奖励；并对伺服升降机构与伺服旋转机构执行非必要动作时，添加额外负奖励。
22、与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
23、1、本专利技术实现了舱内模块化大体积设备的自动化装配与协作装配，大大提升了航天产品装配的自动化、智能化水平，降低了对人工操作的依赖，从而提高了装配效率和准确性；
24、2、本专利技术通过舱内设备自动化竖立安装与高同轴度垂直升降调姿的方式，解决了现有手工装配在重力作用下难以在舱内狭小空间内进行设备准确调姿定位和待安装设备与舱体同轴难以保证的问题，降低了操作难度与风险，确保了装配过程中的高精度与高可靠性；
25、3、本专利技术的被动柔性平台中的柔性弹簧系统可自由调节侧支撑簧的预支撑力，实现了侧边存在随机干涉障碍时的最大作用力保护，通过调节主支撑簧的预支撑力，实现了待安装设备到位过盈装配时的装配力控制，避免了待安装设备与舱内设备的硬接触和装配挤进力不可控所带来的设备硬挤压损伤，降低了装配风险；
26、4、本专利技术的航天器舱内设备协作装配装置通过数据采集与控制系统，可在封闭舱内装配环境下对安装过程中的设备安装状态进行实时监测与阻滞位本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种航天器舱内设备协作装配装置，其特征在于，包括被动柔性平台、伺服升降机构、直线导杆、约束环、控制柜、底部平台、调节脚撑、支撑框架、中部平台、直线轴承、顶部支撑平台；
2.根据权利要求1所述的航天器舱内设备协作装配装置，其特征在于，所述中安装盘与内齿轮旋转轴承上端面固定连接，所述驱动齿轮装置、底部支撑盘与内齿轮旋转轴承构成伺服旋转机构，用于待安装设备绕轴线旋转调姿。
3.根据权利要求1所述的航天器舱内设备协作装配装置，其特征在于，所述中安装盘上设有力传感器安装孔位，一个主支撑簧力传感器、四个侧支撑簧力传感器分别安装在对应孔位内，构成装配过程力数据采集模块。
4.根据权利要求1所述的航天器舱内设备协作装配装置，其特征在于，所述顶部支撑盘与中安装盘之间存在安装间隙，为顶部支撑盘侧倾提供空间。
5.根据权利要求1所述的航天器舱内设备协作装配装置，其特征在于，所述顶部支撑盘、侧支撑簧调节螺套、主支撑簧调节螺套、主支撑簧、侧支撑簧与中安装盘共同构成柔性弹簧系统；调节侧支撑簧调节螺套与主支撑簧调节螺套安装深度，分别调节主支撑簧与侧支撑簧预紧
6.一种航天器舱内设备协作装配方法，其特征在于，所述方法应用如权利要求1-5任一项所述的航天器舱内设备协作装配装置，所述方法包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的航天器舱内设备协作装配方法，其特征在于，所述初始安装策略规划步骤中，利用路径规划算法在预设环境状态下进行安装策略规划，得到安装过程中的初始安装策略，其中预设环境下是指待安装设备安装路径上不存在随机干涉障碍。
8.根据权利要求6所述的航天器舱内设备协作装配方法，其特征在于，所述初始姿态调整安装步骤中，调节被动柔性平台柔性弹簧系统，设置主支撑簧预紧力Fk10，侧支撑簧的预紧力Fk20；当待安装设备受力大于控制装配力f0或侧支撑簧预紧力Fk20时，支撑簧被压缩形变，力传感器依据采集变化信息调控装配过程实现侧边挤压最大作用力保护和待安装设备到位过盈装配时的装配力控制。
9.根据权利要求6所述的航天器舱内设备协作装配方法，其特征在于，所述偏移策略规划步骤中，依据分类判别结果，由人工协作制定偏移策略，输出控制动作指令对待安装设备进行姿态调整，同时系统监测动作执行结果，构建奖励函数对执行状态与结果进行奖惩，并记录累积奖励值最大的有效控制策略，作为下一次偏移调姿策略的辅助指导依据。
10.根据权利要求9所述的航天器舱内设备协作装配方法，其特征在于，所述奖励函数在偏移策略执行后，若正确规避卡滞障碍，则给予正奖励；若再次碰到障碍，则给予负奖励；并对伺服升降机构与伺服旋转机构执行非必要动作时，添加额外负奖励。
...【技术特征摘要】
1.一种航天器舱内设备协作装配装置，其特征在于，包括被动柔性平台、伺服升降机构、直线导杆、约束环、控制柜、底部平台、调节脚撑、支撑框架、中部平台、直线轴承、顶部支撑平台；
2.根据权利要求1所述的航天器舱内设备协作装配装置，其特征在于，所述中安装盘与内齿轮旋转轴承上端面固定连接，所述驱动齿轮装置、底部支撑盘与内齿轮旋转轴承构成伺服旋转机构，用于待安装设备绕轴线旋转调姿。
3.根据权利要求1所述的航天器舱内设备协作装配装置，其特征在于，所述中安装盘上设有力传感器安装孔位，一个主支撑簧力传感器、四个侧支撑簧力传感器分别安装在对应孔位内，构成装配过程力数据采集模块。
4.根据权利要求1所述的航天器舱内设备协作装配装置，其特征在于，所述顶部支撑盘与中安装盘之间存在安装间隙，为顶部支撑盘侧倾提供空间。
5.根据权利要求1所述的航天器舱内设备协作装配装置，其特征在于，所述顶部支撑盘、侧支撑簧调节螺套、主支撑簧调节螺套、主支撑簧、侧支撑簧与中安装盘共同构成柔性弹簧系统；调节侧支撑簧调节螺套与主支撑簧调节螺套安装深度，分别调节主支撑簧与侧支撑簧预紧力。
6.一种航天器舱内设备协作装配方法，其特征在于，所述方法应用如权利要求1-5任一项所述的航天器舱内设备协作装配装置，所述方法包括如下步骤：
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【专利技术属性】
技术研发人员：杜哲，韦发明，张丁，秦园林，马涛，徐鄂严，许泉，华洲，
申请(专利权)人：上海机电工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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