本發(fā)明涉及機(jī)械裝配領(lǐng)域，尤其涉及一種柔性高承載兩自由度調(diào)姿器。

背景技術(shù)：

1、在大型機(jī)械結(jié)構(gòu)的裝配對接過程中，精確且高效的姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)對于實現(xiàn)精準(zhǔn)對接至關(guān)重要。傳統(tǒng)上，此類調(diào)姿機(jī)構(gòu)多采用剛體傳動機(jī)制，依賴于電機(jī)驅(qū)動結(jié)合導(dǎo)軌、連桿等機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行動力與運動的傳遞。盡管這一技術(shù)體系已臻成熟，但其固有的制造復(fù)雜性、龐大的體積以及對裝配誤差的高度敏感性，顯著制約了在高負(fù)載條件下，尤其是在有限空間內(nèi)的姿態(tài)調(diào)整能力。

2、相比之下，柔順機(jī)構(gòu)作為一種新興技術(shù)，通過結(jié)構(gòu)自身的柔性變形來傳遞力和位移，展現(xiàn)出高精度、強(qiáng)抗沖擊性等顯著優(yōu)勢，在小型精密設(shè)備的姿態(tài)調(diào)整領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而，現(xiàn)有柔順機(jī)構(gòu)的設(shè)計與應(yīng)用主要局限于輕載、小型設(shè)備范疇，其承載能力有限，難以滿足大型、重載設(shè)備的調(diào)姿需求，特別是在空間受限的場景下。

3、在精密工程領(lǐng)域，柔順調(diào)姿機(jī)構(gòu)以其卓越的調(diào)姿精度和低沖擊特性在小型設(shè)備中展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，然而，其固有的小型化設(shè)計和有限的承載力成為阻礙其在重型設(shè)備調(diào)姿任務(wù)中應(yīng)用的主要瓶頸。相比之下，傳統(tǒng)的剛體調(diào)姿機(jī)構(gòu)，盡管能夠承受較高的載荷，但其復(fù)雜的零部件裝配體系、龐大的體積以及可能因裝配累積誤差導(dǎo)致的運動精度下降，均限制了其在空間受限條件下的高精度調(diào)姿能力。

4、因此，針對小空間內(nèi)實現(xiàn)重載調(diào)姿的迫切需求，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于開發(fā)一種兼具重載承載能力與緊湊結(jié)構(gòu)設(shè)計的柔順調(diào)姿機(jī)構(gòu)，不僅能夠克服傳統(tǒng)剛體調(diào)姿機(jī)構(gòu)的局限性，還需在保持或提升調(diào)姿精度的同時，顯著增強(qiáng)其對重載條件的適應(yīng)能力，從而推動大型機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配對接技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是如何設(shè)計兼具重載承載能力與緊湊結(jié)構(gòu)的柔順調(diào)姿機(jī)構(gòu)。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種柔性高承載兩自由度調(diào)姿器，其特征在于，包括柔順機(jī)構(gòu)、第一驅(qū)動電缸、調(diào)姿器基座和第二驅(qū)動電缸，其中，所述柔順機(jī)構(gòu)的安裝基座固定安裝在所述調(diào)姿器基座上，所述第一驅(qū)動電缸和所述第二驅(qū)動電缸分別水平固定在所述調(diào)姿器基座的兩端，所述第一驅(qū)動電缸的輸出端和所述第二驅(qū)動電缸的輸出端分別連接在所述柔順機(jī)構(gòu)的兩側(cè)，所述第一驅(qū)動電缸和所述第二驅(qū)動電缸輸出的位移能夠使所述柔順機(jī)構(gòu)產(chǎn)生整體結(jié)構(gòu)變形，從而調(diào)整所述柔順機(jī)構(gòu)的輸出調(diào)姿面的位置。

3、進(jìn)一步地，所述柔順機(jī)構(gòu)為由金屬3d打印而成的一體化結(jié)構(gòu)。

4、進(jìn)一步地，所述柔順機(jī)構(gòu)還包括第一驅(qū)動輸入端和第二驅(qū)動輸入端，所述第一驅(qū)動輸入端和所述第二驅(qū)動輸入端非對稱地分布在所述柔順機(jī)構(gòu)兩側(cè)，所述第一驅(qū)動輸入端和所述第二驅(qū)動輸入端分別與所述第一驅(qū)動電缸的輸出端和所述第二驅(qū)動電缸的輸出端固定連接，所述第一驅(qū)動電缸的輸出端和所述第二驅(qū)動電缸的輸出端均具備沿其軸向伸縮的移動自由度。

5、進(jìn)一步地，所述柔順機(jī)構(gòu)還包括第一二級傳力結(jié)構(gòu)、第一一級傳力結(jié)構(gòu)、第二二級傳力結(jié)構(gòu)和第二一級傳力結(jié)構(gòu)，所述第一二級傳力結(jié)構(gòu)和所述第二二級傳力結(jié)構(gòu)分別與所述輸出調(diào)姿面相連，所述第一一級傳力結(jié)構(gòu)和所述第二一級傳力結(jié)構(gòu)分別與所述第一驅(qū)動輸入端和所述第二驅(qū)動輸入端相連。

6、進(jìn)一步地，所述第一二級傳力結(jié)構(gòu)和所述第二二級傳力結(jié)構(gòu)分別包含一組螺旋回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，所述螺旋回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的中心區(qū)域包含一個方向結(jié)構(gòu)，所述方向結(jié)構(gòu)使螺旋的旋向反向并延伸至下部。

7、進(jìn)一步地，所述第一一級傳力結(jié)構(gòu)和所述第二一級傳力結(jié)構(gòu)分別包含一組螺旋回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，所述螺旋回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的中心區(qū)域包含一個方向結(jié)構(gòu)，所述方向結(jié)構(gòu)使螺旋的旋向反向并延伸至下部。

8、進(jìn)一步地，所述柔順機(jī)構(gòu)為鏤空結(jié)構(gòu)。

9、進(jìn)一步地，所述螺旋回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的相鄰螺旋面間距設(shè)置能夠使結(jié)構(gòu)變形達(dá)到極限位置時產(chǎn)生自接觸，從而提供限位保護(hù)功能。

10、進(jìn)一步地，所述調(diào)姿器基座設(shè)有水平基底，所述調(diào)姿器基座的上表面為傾斜結(jié)構(gòu)。

11、進(jìn)一步地，所述第一驅(qū)動電缸的固定端和所述第二驅(qū)動電缸的固定端分別固定連接在所述調(diào)姿器基座的兩側(cè)。

12、本發(fā)明的有益技術(shù)效果如下：

13、1、本發(fā)明提出了一種柔性高承載調(diào)姿機(jī)構(gòu)，由兩級傳力機(jī)構(gòu)組成，實現(xiàn)了在提供高承載的同時提供柔順的調(diào)姿運動。本發(fā)明旨在通過輸入端作用力的細(xì)微變化，觸發(fā)機(jī)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生精準(zhǔn)的柔順變形，此變形機(jī)制促使動平臺在雙自由度上實現(xiàn)靈活而精確的運動，顯著提升了調(diào)姿的靈活性與準(zhǔn)確性。為了克服傳統(tǒng)柔順機(jī)構(gòu)在承載力方面的局限，本發(fā)明采用了粗壯且經(jīng)過優(yōu)化的承載結(jié)構(gòu)，有效提升了整體機(jī)構(gòu)的承載能力，使其能夠勝任重型設(shè)備的調(diào)姿任務(wù)。大范圍整體結(jié)構(gòu)變形策略使調(diào)姿機(jī)構(gòu)在保持低應(yīng)力狀態(tài)的同時，實現(xiàn)了動平臺末端的大位移輸出，從而實現(xiàn)了在狹小空間內(nèi)大載荷下的高精度的姿態(tài)調(diào)整。本發(fā)明的載重能夠達(dá)到50噸級，可應(yīng)用于大型船舶、車輛、大型工業(yè)加工件的裝配調(diào)姿領(lǐng)域。

14、2、傳統(tǒng)剛體調(diào)姿機(jī)構(gòu)的設(shè)計往往依賴于眾多復(fù)雜的裝配零件，這些零件之間的精密配合與組裝不僅增加了制備過程的復(fù)雜性，還顯著提升了制造成本。具體而言，每個零件的加工精度、表面質(zhì)量以及相互之間的配合間隙均需嚴(yán)格控制，以確保整體機(jī)構(gòu)的運動精度與穩(wěn)定性。此外，復(fù)雜的裝配流程不僅要求高度的技術(shù)熟練度，還可能導(dǎo)致裝配誤差的累積，進(jìn)一步影響調(diào)姿機(jī)構(gòu)的性能。本發(fā)明中調(diào)姿機(jī)構(gòu)的設(shè)計創(chuàng)新性地采用了3d打印技術(shù)，實現(xiàn)了機(jī)構(gòu)的一體化打印成型。這一方法徹底摒棄了傳統(tǒng)制造過程中復(fù)雜的裝配零件與繁瑣的組裝流程，極大地簡化了制造工序，顯著節(jié)省了加工時間與人力成本。通過3d打印技術(shù)，機(jī)構(gòu)內(nèi)部復(fù)雜的結(jié)構(gòu)特征得以精確實現(xiàn)，無需額外的加工或調(diào)整步驟，從而確保了整體結(jié)構(gòu)的完整性與精度。柔順機(jī)構(gòu)由同種材料構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)無需裝配關(guān)系，一體成型的柔性高承載調(diào)姿機(jī)構(gòu)可以節(jié)省加工時間和成本。

15、以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。

技術(shù)特征：

1.一種柔性高承載兩自由度調(diào)姿器，其特征在于，包括柔順機(jī)構(gòu)、第一驅(qū)動電缸、調(diào)姿器基座和第二驅(qū)動電缸，其中，所述柔順機(jī)構(gòu)的安裝基座固定安裝在所述調(diào)姿器基座上，所述第一驅(qū)動電缸和所述第二驅(qū)動電缸分別水平固定在所述調(diào)姿器基座的兩端，所述第一驅(qū)動電缸的輸出端和所述第二驅(qū)動電缸的輸出端分別連接在所述柔順機(jī)構(gòu)的兩側(cè)，所述第一驅(qū)動電缸和所述第二驅(qū)動電缸輸出的位移能夠使所述柔順機(jī)構(gòu)產(chǎn)生整體結(jié)構(gòu)變形，從而調(diào)整所述柔順機(jī)構(gòu)的輸出調(diào)姿面的位置。

2.如權(quán)利要求1所述的一種柔性高承載兩自由度調(diào)姿器，其特征在于，所述柔順機(jī)構(gòu)為由金屬3d打印而成的一體化結(jié)構(gòu)。

3.如權(quán)利要求1所述的一種柔性高承載兩自由度調(diào)姿器，其特征在于，所述柔順機(jī)構(gòu)還包括第一驅(qū)動輸入端和第二驅(qū)動輸入端，所述第一驅(qū)動輸入端和所述第二驅(qū)動輸入端非對稱地分布在所述柔順機(jī)構(gòu)兩側(cè)，所述第一驅(qū)動輸入端和所述第二驅(qū)動輸入端分別與所述第一驅(qū)動電缸的輸出端和所述第二驅(qū)動電缸的輸出端固定連接，所述第一驅(qū)動電缸的輸出端和所述第二驅(qū)動電缸的輸出端均具備沿其軸向伸縮的移動自由度。

4.如權(quán)利要求3所述的一種柔性高承載兩自由度調(diào)姿器，其特征在于，所述柔順機(jī)構(gòu)還包括第一二級傳力結(jié)構(gòu)、第一一級傳力結(jié)構(gòu)、第二二級傳力結(jié)構(gòu)和第二一級傳力結(jié)構(gòu)，所述第一二級傳力結(jié)構(gòu)和所述第二二級傳力結(jié)構(gòu)分別與所述輸出調(diào)姿面相連，所述第一一級傳力結(jié)構(gòu)和所述第二一級傳力結(jié)構(gòu)分別與所述第一驅(qū)動輸入端和所述第二驅(qū)動輸入端相連。

5.如權(quán)利要求4所述的一種柔性高承載兩自由度調(diào)姿器，其特征在于，所述第一二級傳力結(jié)構(gòu)和所述第二二級傳力結(jié)構(gòu)分別包含一組螺旋回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，所述螺旋回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的中心區(qū)域包含一個方向結(jié)構(gòu)，所述方向結(jié)構(gòu)使螺旋的旋向反向并延伸至下部。

6.如權(quán)利要求4所述的一種柔性高承載兩自由度調(diào)姿器，其特征在于，所述第一一級傳力結(jié)構(gòu)和所述第二一級傳力結(jié)構(gòu)分別包含一組螺旋回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，所述螺旋回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的中心區(qū)域包含一個方向結(jié)構(gòu)，所述方向結(jié)構(gòu)使螺旋的旋向反向并延伸至下部。

7.如權(quán)利要求1所述的一種柔性高承載兩自由度調(diào)姿器，其特征在于，所述柔順機(jī)構(gòu)為鏤空結(jié)構(gòu)。

8.如權(quán)利要求5或權(quán)利要求6所述的一種柔性高承載兩自由度調(diào)姿器，其特征在于，所述螺旋回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的相鄰螺旋面間距設(shè)置能夠使結(jié)構(gòu)變形達(dá)到極限位置時產(chǎn)生自接觸，從而提供限位保護(hù)功能。

9.如權(quán)利要求1所述的一種柔性高承載兩自由度調(diào)姿器，其特征在于，所述調(diào)姿器基座設(shè)有水平基底，所述調(diào)姿器基座的上表面為傾斜結(jié)構(gòu)。

10.如權(quán)利要求1所述的一種柔性高承載兩自由度調(diào)姿器，其特征在于，所述第一驅(qū)動電缸的固定端和所述第二驅(qū)動電缸的固定端分別固定連接在所述調(diào)姿器基座的兩側(cè)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種柔性高承載兩自由度調(diào)姿器，涉及機(jī)械裝配領(lǐng)域，包括柔順機(jī)構(gòu)、第一驅(qū)動電缸、調(diào)姿器基座和第二驅(qū)動電缸，其中，所述柔順機(jī)構(gòu)的安裝基座固定安裝在所述調(diào)姿器基座上，所述第一驅(qū)動電缸和所述第二驅(qū)動電缸輸出的位移能夠使所述柔順機(jī)構(gòu)產(chǎn)生整體結(jié)構(gòu)變形，從而調(diào)整所述柔順機(jī)構(gòu)的輸出調(diào)姿面的位置。本發(fā)明提出了一種柔性高承載調(diào)姿機(jī)構(gòu)，由兩級傳力機(jī)構(gòu)組成，實現(xiàn)了在提供高承載的同時提供柔順的調(diào)姿運動，有效提升了整體機(jī)構(gòu)的承載能力，使其能夠勝任重型設(shè)備的調(diào)姿任務(wù)，其載重能夠達(dá)到50噸級，可應(yīng)用于大型船舶、車輛、大型工業(yè)加工件的裝配調(diào)姿領(lǐng)域。

技術(shù)研發(fā)人員：王皓,陳根良,龍泳舟,陳錦誠
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30