球形铰接式三坐标柔性调姿单元制造技术

本发明专利技术公开了一种球形铰接式三坐标柔性调姿单元。具有底座、Ｘ向滚珠丝杠、纵横拖板、上拖板、支撑缸体、伸缩柱、夹紧套筒、球头夹紧装置、工艺球头、Ｚ向光栅尺、Ｚ向滚珠丝杠、蜗轮蜗杆减速器、Ｙ向导轨滑块、Ｙ向直线导轨、Ｘ向减速器、Ｘ向伺服电机、Ｘ向直线导轨、Ｘ向导轨滑块、Ｙ向伺服电机、Ｙ向减速器、Ｚ向伺服电机、Ｙ向滚珠丝杠。其中，通过伺服、滚珠丝杠驱动、光栅尺反馈进行闭环控制，实现Ｘ、Ｙ、Ｚ三个方向的精确定位，并设有风琴罩进行防护。本发明专利技术通过三个方向联动控制实现空间精确定位，Ｚ向设有力传感器，保证工作安全、稳定、可靠，球头夹紧装置具有自动跟随特性，以调姿单元为基础模块可构成具有不同工作性能的调姿系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种球形铰接式三坐标柔性调姿单元。
技术介绍
在军事、航空、航天、船舶等领域使用大量的曲面和不规则几何外形的大 型部件。它们的装配过程一般是由零件先装配成比较简单的组合件和段件，再 装配成比较复杂的段件和部件，最后将各部件对接成完整的产品。在进行各部 件对接装配时，要求各部件具有正确的位姿，这就需要调整部件之间的相对位 置和姿态。部件的位姿调整是由一定的工装实现的。传统的大部件装配采用固定不变 的刚性工装。刚性化工装是针对具体结构专门设计，需要考虑每一处细节，造 成工装整体结构复杂，体积大，而且用途单一。工装自动化程度低，人工装配 的工作量大，生产周期长、成本高。为了克服传统刚性工装的缺点，具有可重构功能的柔性工装越来越受到人们的重视。就飞机装配来说，采用若干个(大于或等于3个)球形铰接式三坐 标柔性调姿单元可以构成飞机部件姿态调整系统，从而大幅度提升飞机对接装 配的效率和质量。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种球形铰接式三坐标柔性调 姿单元。球形铰接式三坐标柔性调姿单元包括底座、X向滚珠丝杠、X向风琴罩、 纵横拖板、上拖板、支撑缸体、伸縮柱、夹紧套筒、球头夹紧装置、工艺球头、 Z向光栅尺、Z向滚珠丝杠、蜗轮蜗杆减速器、Y向导轨滑块、Y向直线导轨、 X向减速器、X向伺服电机、X向直线导轨、X向导轨滑块、Y向伺服电机、Y 向减速器、Y向风琴罩、Z向伺服电机、Y向滚珠丝杠。其中，底座上表面两侧 设有X向直线导轨，底座上两X向直线导轨之间设有X向滚珠丝杠，X向滚珠 丝杠端部经X向减速器与X向伺服电机相连接，X向滚珠丝杠上的螺母和X向 导轨滑块与纵横拖板相连接，纵横拖板上表面两侧设有Y向直线导轨，纵横拖 板上两Y向直线导轨之间设有Y向滚珠丝杠，Y向滚珠丝杠端部经Y向减速器 与Y向伺服电机相连接，Y向滚珠丝杠上的螺母和Y向导轨滑块与上拖板相连 接，上拖板上固定有支撑缸体，支撑缸体外设有Z向光栅尺，支撑缸体内设有伸縮柱，伸縮柱与支撑缸体之间设有夹紧套筒，伸縮柱上端部设有球头夹紧装置，伸縮柱内设有z向滚珠丝杠，z向滚珠丝杠通过蜗轮蜗杆减速器与z向伺服电机相连接，底座上设有X向风琴罩,纵横拖板上设有Y向风琴罩。所述的纵横拖板的运动由X向伺服电机、X向减速器与X向高精度滚珠丝 杠驱动，X向直线导轨导向光栅尺反馈实现闭环控制。上拖板的运动由Y向伺 服电机、Y向减速器与Y向高精度滚珠丝杠驱动，Y向直线导轨导向光栅尺反 馈实现闭环控制伸縮柱的运动通过Z向伺服电机、蜗轮蜗杆减速器和Z向滚珠 丝杠驱动、光栅尺反馈进行闭环控制。底座、纵横拖板和支撑缸体上均设有限 位开关和机械限位。Z向光栅尺采用偏置方式安装。X向伺服电机、Y向伺服电 机、Z向伺服电机均带有抱闸制动装置。球头夹紧装置由一个滚柱带动两个顶杆 和卡爪实现夹紧。球头夹紧装置在X、 Y两个方向设有随动机构，球头夹紧装 置上部为倒锥型腔，与工艺球头相接触，构成一个球铰连接。伸縮柱顶部设有 力传感器。本专利技术与现有技术相比具有的有益效果-1) 可以实现X、Y、Z三个方向的精确移动，三轴定位精度可以达到0.01mm， 重复定位精度可以达到0.005mm， X、 Y、 Z轴两两不垂直度可以达到 0.025mm/500mm;2) X、 Y方向采用带抱闸制动的交流伺服电机驱动，可以将球头夹紧装置 锁定在X、 Y方向的任意位置，保证对部件支撑的稳定性；3) Z方向通过蜗轮蜗杆减速器实现自锁，支撑可靠；4) 夹紧套筒通过充入高压油产生弹性变形，从而抱紧伸縮柱，停止供油以 后，弹性变形恢复而松开，提高支撑的稳定性；5) Z向伸縮柱顶部设有力传感器，可以实现力和位置的混合控制，提高系 统工作的安全性；6) X、 Y、 Z三个方向分别设计了限位开关和机械限位，在结构上提高了系 统工作的安全性；7) 滚珠丝杠设计了防护罩，保证其传动精度和寿命尽量不受环境影响；8) X、 Y、 Z三个方向可以实现同步联动控制；9) 球头夹紧机构由一个滚柱带动两个顶杆和卡爪进行夹紧，使得机构具有 一定的浮动夹紧特性，可以避免夹持时产生接触应力，球头夹紧装置的圆锥腔 使工艺球头在其内部有自动定心的作用；10) 球头夹紧机构与工艺球头形成球铰连接，使工艺球头可在球头夹紧装 置里自由转动；11) 夹紧机构具有一定的浮动夹紧特性，夹紧和松开时不破坏当前姿态；12) 球头夹紧装置在X、 Y两个方向设有随动机构，具有自动跟随入位特 性；13) Z向光栅尺采用偏置方式安装，便于维护；14) 通过结构优化提高了结构的刚度；15) 通过一定配置的三个或四个球较式三坐标柔性调姿单元可构成具有不同工作性能的调姿系统，具有快速重构的特性。 附图说明图1 (a)是球形铰接式三坐标柔性调姿单元结构主视图； 图1 (b)是球形铰接式三坐标柔性调姿单元结构侧视图中底座l、 X向滚珠丝杠2、 X向风琴罩3、纵横拖板4、上拖板5、支 撑缸体6、伸縮柱7、夹紧套筒8、球头夹紧装置9、工艺球头IO、 Z向光栅尺 11、 Z向滚珠丝杠12、蜗轮蜗杆减速器13、 Y向导轨滑块14、 Y向直线导轨15、 X向减速器16、 X向伺服电机17、 X向直线导轨18、 X向导轨滑块19、 Y向伺 服电机20、 Y向减速器21、 Y向风琴罩22、 Z向伺服电机23、 Y向滚珠丝杠 2具体实施例方式本专利技术可以实现三个相互垂直方向的运动，定位精度高，运行平稳，能够 进行力和位置混合控制，保证工作安全、稳定、可靠。作为基础核心模块，通 过合理配置可以构成满足不同工作性能要求的柔性调姿工装系统。针对不同结 构形式与尺寸的大部件，通过一定的快速重组，能够满足不同型号部件共平台 装配的要求，具有充分的柔性。如附图所示，形铰接式三坐标柔性调姿单元包括底座1 、 X向滚珠丝杠2、 X向风琴罩3、纵横拖板4、上拖板5、支撑缸体6、伸縮柱7、夹紧套筒8、球 头夹紧装置9、工艺球头10、 Z向光栅尺11、 Z向滚珠丝杠12、蜗轮蜗杆减速 器13、 Y向导轨滑块14、 Y向直线导轨15、 X向减速器16、 X向伺服电机17、 X向直线导轨18、 X向导轨滑块19、 Y向伺服电机20、 Y向减速器21、 Y向风 琴罩22、 Z向伺服电机23、 Y向滚珠丝杠24。其中，底座1上表面两侧设有X 向直线导轨18，底座1上两X向直线导轨18之间设有X向滚珠丝杠2， X向滚 珠丝杠2端部经X向减速器16与X向伺服电机17相连接，X向滚珠丝杠2上 的螺母和X向导轨滑块19与纵横拖板4相连接，纵横拖板4上表面两侧设有Y向直线导轨15，纵横拖板4上两Y向直线导轨15之间设有Y向滚珠丝杠24， Y向滚珠丝杠24端部经Y向减速器21与Y向伺服电机20相连接，Y向滚珠丝 杠24上的螺母和Y向导轨滑块14与上拖板5相连接，上拖板5上固定有支撑 缸体6，支撑缸体6外设有Z向光栅尺11，支撑缸体6内设有伸縮柱7，伸縮柱 7与支撑缸体6之间设有夹紧套筒8，伸缩柱7上端部设有球头夹紧装置9，伸 縮柱7内设有Z向滚珠丝杠12， Z向滚珠丝杠12通过蜗轮蜗杆减速器13与Z 向伺服电机23相连接，底座1上设有X向风琴罩3,纵横拖板4上设有Y向风 琴罩22。所述的纵横拖板4的运动由X向伺服本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种球形铰接式三坐标柔性调姿单元，其特征在于包括底座（１）、Ｘ向滚珠丝杠（２）、Ｘ向风琴罩（３）、纵横拖板（４）、上拖板（５）、支撑缸体（６）、伸缩柱（７）、夹紧套筒（８）、球头夹紧装置（９）、工艺球头（１０）、Ｚ向光栅尺（１１）、Ｚ向滚珠丝杠（１２）、蜗轮蜗杆减速器（１３）、Ｙ向导轨滑块（１４）、Ｙ向直线导轨（１５）、Ｘ向减速器（１６）、Ｘ向伺服电机（１７）、Ｘ向直线导轨（１８）、Ｘ向导轨滑块（１９）、Ｙ向伺服电机（２０）、Ｙ向减速器（２１）、Ｙ向风琴罩（２２）、Ｚ向伺服电机（２３）、Ｙ向滚珠丝杠（２４）。其中，底座（１）上表面两侧设有Ｘ向直线导轨（１８），底座（１）上两Ｘ向直线导轨（１８）之间设有Ｘ向滚珠丝杠（２），Ｘ向滚珠丝杠（２）端部经Ｘ向减速器（１６）与Ｘ向伺服电机（１７）相连接，Ｘ向滚珠丝杠（２）上的螺母和Ｘ向导轨滑块（１９）与纵横拖板（４）相连接，纵横拖板（４）上表面两侧设有Ｙ向直线导轨（１５），纵横拖板（４）上两Ｙ向直线导轨（１５）之间设有Ｙ向滚珠丝杠（２４），Ｙ向滚珠丝杠（２４）端部经Ｙ向减速器（２１）与Ｙ向伺服电机（２０）相连接，Ｙ向滚珠丝杠（２４）上的螺母和Ｙ向导轨滑块（１４）与上拖板（５）相连接，上拖板（５）上固定有支撑缸体（６），支撑缸体（６）外设有Ｚ向光栅尺（１１），支撑缸体（６）内设有伸缩柱（７），伸缩柱（７）与支撑缸体（６）之间设有夹紧套筒（８），伸缩柱（７）上端部设有球头夹紧装置（９），伸缩柱（７）内设有Ｚ向滚珠丝杠（１２），Ｚ向滚珠丝杠（１２）通过蜗轮蜗杆减速器（１３）与Ｚ向伺服电机（２３）相连接，底座（１）上设有Ｘ向风琴罩（３），纵横拖板（４）上设有Ｙ向风琴罩（２２）。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：柯映林，杨卫东，蒋君侠，秦龙刚，贾叔仕，郭志敏，陈学良，黄浦缙，盖宇春，方强，余进海，刘刚，李江雄，俞慈君，毕运波，王青，
申请(专利权)人：浙江大学，成都飞机工业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]