專利名稱：五自由度回轉(zhuǎn)微調(diào)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種工件的固定或定位機(jī)構(gòu)，具體是一種能在貨運(yùn)飛船的貨包及儀器設(shè)備總裝過(guò)程中進(jìn)行微調(diào)的微調(diào)結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
按照我國(guó)的載人航天計(jì)劃，未來(lái)我國(guó)將在太空中建立自己的空間站，并有航天員長(zhǎng)期在空間站內(nèi)駐守。航天員在空間站內(nèi)所需的物資補(bǔ)給以及儀器設(shè)備由貨運(yùn)飛船定期進(jìn)行供給，這就需要在指定時(shí)間內(nèi)完成貨運(yùn)飛船中的貨包以及儀器設(shè)備的快速裝配。目前在飛船內(nèi)部安裝儀器設(shè)備和貨包時(shí)大部分都是操作人員搬運(yùn)安裝，如果儀器負(fù)載較重、外形較大時(shí)，需要在艙內(nèi)以及艙外鋪設(shè)滑行導(dǎo)軌，并將重載儀器安裝在帶有滾輪的小車上，推動(dòng)小車在導(dǎo)軌上滑行，到達(dá)指定位置后，進(jìn)行安裝。這種安裝方式的缺點(diǎn)操作的安全性有賴于操作人員的力量以及協(xié)調(diào)性，并且操作過(guò)程中的不確定因素較多，操作的精確度低，同時(shí)裝配時(shí)間也占用較多，效率低。隨著貨包和儀器設(shè)備尺寸重量的增加，裝配方式的局限性就越凸顯。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決目前飛船內(nèi)安裝儀器設(shè)備和貨包時(shí)存在的操作精確度低、效率差的缺點(diǎn)，提供一種五自由度回轉(zhuǎn)微調(diào)機(jī)構(gòu)。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
一種五自由度回轉(zhuǎn)微調(diào)機(jī)構(gòu)，包括對(duì)接支架、回轉(zhuǎn)支架、螺旋機(jī)構(gòu)、移動(dòng)支架、第一推桿組件、升降機(jī)構(gòu)、支撐臂和第二推桿組件。對(duì)接支架中部設(shè)有環(huán)形對(duì)接板，環(huán)形對(duì)接板上設(shè)有扇形齒輪，回轉(zhuǎn)支架上固定有與扇形齒輪配合的小齒輪，環(huán)形對(duì)接板上固定有轉(zhuǎn)盤軸承，回轉(zhuǎn)支架通過(guò)轉(zhuǎn)盤軸承與對(duì)接支架連接。移動(dòng)支架設(shè)置于回轉(zhuǎn)支架內(nèi)側(cè)，螺旋機(jī)構(gòu)的兩端通過(guò)萬(wàn)向節(jié)分別與移動(dòng)支架頂端中部和回轉(zhuǎn)支架頂端中部連接。第一推桿組件與第二推桿組件為絲桿螺母結(jié)構(gòu)，第一推桿組件和第二推桿組件分別鉸接于回轉(zhuǎn)支架底部?jī)啥?，第一推桿組件的殼體鉸接于移動(dòng)支架底部一端，第二推桿組件的殼體螺接于移動(dòng)支架底部另一端。支撐臂設(shè)置于移動(dòng)支架內(nèi)側(cè)，移動(dòng)支架與支撐臂之間通過(guò)升降機(jī)構(gòu)連接，升降機(jī)構(gòu)采用絲杠螺母機(jī)構(gòu)，絲杠固定在支撐臂上，螺母固定在移動(dòng)支架上。在使用時(shí)，首先貨包或儀器設(shè)備安裝在對(duì)接支架上，然后將五自由度回轉(zhuǎn)微調(diào)機(jī)構(gòu)靠近安裝位置，最后通過(guò)調(diào)整螺旋機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)支架、第一推桿組件、第二推桿組件，直至將貨包或儀器設(shè)備的對(duì)接面與艙體的待安裝面對(duì)齊為止。回轉(zhuǎn)支架通過(guò)驅(qū)動(dòng)齒輪實(shí)現(xiàn)繞Y軸旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)螺旋機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)對(duì)接支架的前后俯仰，調(diào)節(jié)一個(gè)推桿組件可以實(shí)現(xiàn)對(duì)接支架左右偏轉(zhuǎn)，同步調(diào)節(jié)兩個(gè)推桿組件可以實(shí)現(xiàn)對(duì)接支架前后俯仰。如果推桿組件和螺旋機(jī)構(gòu)同步調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)接支架的前后水平移動(dòng)。升降機(jī)構(gòu)采用絲杠螺母結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)移動(dòng)支架上下移動(dòng)。各自由度之間具有互鎖功能。本發(fā)明所述的五自由度回轉(zhuǎn)微調(diào)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)緊湊、操作靈活、安全可靠，可以實(shí)現(xiàn)空間五自由度微調(diào)運(yùn)動(dòng)，適用性和通用性強(qiáng)，提高了操作精度和效率。


圖I為本發(fā)明五自由度回轉(zhuǎn)微調(diào)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為對(duì)接支架的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為微調(diào)部件的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為螺旋機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為第二推桿組件結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為移動(dòng)支架的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為支撐臂和升降機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為本發(fā)明五自由度回轉(zhuǎn)微調(diào)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)量示意圖。圖9為本發(fā)明五自由度回轉(zhuǎn)微調(diào)機(jī)構(gòu)原理圖。圖中1-對(duì)接支架；2-回轉(zhuǎn)支架；3_螺旋機(jī)構(gòu)；4_移動(dòng)支架；5_第一推桿組件；6-升降機(jī)構(gòu)；7_支撐臂；8_第二推桿組件，9-轉(zhuǎn)盤軸承，10-扇形齒輪，11-小齒輪，12-減速器，
301-螺紋桿，302-螺紋套筒，501-殼體，502-螺母，503-絲桿，504-推桿，601-絲杠，602-螺母，603-導(dǎo)軌，604-滑塊，
L-移動(dòng)副；R_旋轉(zhuǎn)副；S-球面副；H-虎克鉸。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明所述的技術(shù)方案做進(jìn)一步說(shuō)明。如圖I所示，本發(fā)明所述的一種五自由度回轉(zhuǎn)微調(diào)機(jī)構(gòu)，包括對(duì)接支架I、回轉(zhuǎn)支架2、螺旋機(jī)構(gòu)3、移動(dòng)支架4、第一推桿組件5、升降機(jī)構(gòu)6、支撐臂7和第二推桿組件8，
如圖2所示，對(duì)接支架I中部設(shè)有環(huán)形對(duì)接板，環(huán)形對(duì)接板上設(shè)有扇形齒輪10，回轉(zhuǎn)支架2上固定有與扇形齒輪10配合的小齒輪11，環(huán)形對(duì)接板上固定有轉(zhuǎn)盤軸承9，回轉(zhuǎn)支架2通過(guò)轉(zhuǎn)盤軸承9與對(duì)接支架I連接。對(duì)接支架I主要由對(duì)接板組成，與貨包或儀器設(shè)備直接連接，實(shí)現(xiàn)貨包或儀器設(shè)備的抓取和安裝，要求對(duì)接支架I在滿足強(qiáng)度和剛度的條件下，具有較輕的質(zhì)量。對(duì)接支架I中部設(shè)有環(huán)形對(duì)接板，環(huán)形對(duì)接板上開有圓槽，圓槽內(nèi)嵌入轉(zhuǎn)盤軸承9，圓槽與轉(zhuǎn)盤軸承9外圈用螺釘螺接，環(huán)形對(duì)接板表面螺接一個(gè)角度為115°的扇形齒輪10，并在扇形齒輪10與對(duì)接板之間添加一層聚四氟乙烯板，保護(hù)對(duì)接板防止劃傷和安裝時(shí)提高齒輪之間的嚙合寬度，如圖2所示。扇形齒輪10的模數(shù)為5,齒數(shù)為144。回轉(zhuǎn)支架2中部設(shè)有環(huán)形固定板與轉(zhuǎn)盤軸承9固定，回轉(zhuǎn)支架2上設(shè)有與對(duì)接支架I上的扇形齒輪10嚙合的小齒輪11，小齒輪11的齒數(shù)為19。小齒輪11與固定于回轉(zhuǎn)支架2上的減速器12連接，減速器12采用蝸輪蝸桿減速器，具有在任意位置自鎖功能，可以有效防止負(fù)載作用引起對(duì)接板的轉(zhuǎn)動(dòng)。
轉(zhuǎn)盤軸承9在對(duì)接支架I和回轉(zhuǎn)支架2之間起過(guò)渡連接的作用，要求具有足夠的剛性和強(qiáng)度，并且控制質(zhì)量在30kg以內(nèi)，轉(zhuǎn)盤軸承9是回轉(zhuǎn)功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵部件。對(duì)接板與轉(zhuǎn)盤軸承9的外圈螺接，回轉(zhuǎn)支架2與轉(zhuǎn)盤軸承9內(nèi)圈螺接，通過(guò)驅(qū)動(dòng)固定于回轉(zhuǎn)支架2上的小齒輪11，可以使對(duì)接支架I繞Y軸0-90度旋轉(zhuǎn)。移動(dòng)支架4設(shè)置于回轉(zhuǎn)支架2內(nèi)側(cè)，螺旋機(jī)構(gòu)3的兩端通過(guò)萬(wàn)向節(jié)分別與移動(dòng)支架4頂端中部和回轉(zhuǎn)支架2頂端中部連接。移動(dòng)支架4作為載體，起支撐回轉(zhuǎn)支架、微調(diào)部件的作用，移動(dòng)支架采用鋁管焊接而成。螺旋機(jī)構(gòu)3、第一推桿組件5和第二推桿組件8構(gòu)成微調(diào)部件(如圖3所示)。如圖4所示，螺旋機(jī)構(gòu)3包括兩個(gè)旋向相反的螺紋桿301以及與螺紋桿配合的螺紋套筒302。螺旋機(jī)構(gòu)3是通過(guò)萬(wàn)向節(jié)分別與移動(dòng)支架4和回轉(zhuǎn)支架2連接，萬(wàn)向節(jié)交叉軸桿端布有螺紋，做為與螺紋套筒302配合的螺紋桿301，兩個(gè)螺紋桿301的螺紋旋向相反，通過(guò)光桿驅(qū)動(dòng)螺紋套筒302轉(zhuǎn)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)螺紋桿301沿相反的方向移動(dòng)。旋轉(zhuǎn)螺旋機(jī)構(gòu)3使兩個(gè)旋向相反的螺紋桿伸長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)接支架的前后俯仰(圖8-a、8-b、8-c )。第一推桿組件5與第二推桿組件8為絲桿螺母結(jié)構(gòu)，第一推桿組件5和第二推桿組件8分別鉸接于回轉(zhuǎn)支架2底部?jī)啥?，第一推桿組件5的殼體鉸接于移動(dòng)支架4底部一端，第二推桿組件8的殼體螺接于移動(dòng)支架4底部另一端，調(diào)節(jié)一個(gè)推桿組件可以實(shí)現(xiàn)對(duì)接支架左右偏轉(zhuǎn)，同步調(diào)節(jié)兩個(gè)推桿組件可以實(shí)現(xiàn)對(duì)接支架前后俯仰。如果推桿組件和螺旋機(jī)構(gòu)同步調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)接支架的前后水平移動(dòng)(圖8-a、8-b、8-c、8-d)。第一推桿組件5與第二推桿組件8除殼體外形結(jié)構(gòu)不同外，其余結(jié)構(gòu)相同，如圖5所示，第一推桿組件和第二推桿組件的主要結(jié)構(gòu)有殼體501、螺母502、絲桿503和推桿504，螺母502通過(guò)溝槽嵌入到殼體501內(nèi)，約束螺母502轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母502與推桿504螺接，這樣絲杠503轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為推桿504的前后移動(dòng)。支撐臂7設(shè)置于移動(dòng)支架4內(nèi)側(cè)，移動(dòng)支架4與支撐臂7之間通過(guò)升降機(jī)構(gòu)6連接，升降機(jī)構(gòu)6采用絲杠螺母機(jī)構(gòu)，如圖7所示，絲杠601固定在支撐臂7上，螺母602固定在移動(dòng)支架4上。通過(guò)棘輪扳手轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠601，帶動(dòng)移動(dòng)支架4沿導(dǎo)軌上下移動(dòng)。支撐臂7用來(lái)固定升降機(jī)構(gòu)6，支撐臂7兩端對(duì)稱，與轉(zhuǎn)接裝置相連。升降機(jī)構(gòu)6還包括導(dǎo)軌603和滑塊604，導(dǎo)軌603固定在移動(dòng)支架4上(如圖6所示)，與導(dǎo)軌603配合的滑塊604固定在支撐臂7上。驅(qū)動(dòng)絲杠601旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)移動(dòng)支架4上下移動(dòng)。本發(fā)明所述的機(jī)構(gòu)共有5個(gè)驅(qū)動(dòng)輸入端口，每個(gè)驅(qū)動(dòng)輸入端口都為手動(dòng)操作，并且在5個(gè)驅(qū)動(dòng)輸入端 口可安裝編碼器，這樣可以方便讀取運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，從而確定調(diào)整的姿態(tài)。在一些關(guān)節(jié)上可安裝有力學(xué)傳感器，力學(xué)傳感器用以檢測(cè)該機(jī)構(gòu)的受力情況，輔助操作，方便檢測(cè)物體是否超重。如圖9所示，本發(fā)明采用三點(diǎn)支撐方式，L1、L3、L4、L5、R2為主驅(qū)動(dòng)，LI為虛約束，整個(gè)機(jī)構(gòu)的自由度為1，滿足機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)條件。移動(dòng)副(LI、L2)中的滑塊固定在承力端，導(dǎo)軌固定在移動(dòng)支架4上。移動(dòng)支架4與移動(dòng)副L3螺接，與移動(dòng)副L4鉸接(R1)，與移動(dòng)副L5虎克鉸連接(H1)?；剞D(zhuǎn)支架2與移動(dòng)副L3、L4的螺桿球鉸連接(S1、S2)，與移動(dòng)副L5的螺桿虎克鉸連接(H2)。回轉(zhuǎn)支架2與對(duì)接支架I采用鉸鏈連接(R2)。球鉸S1、S2，虎克鉸H2支撐整個(gè)回轉(zhuǎn)支架2。移動(dòng)副(L1、L2)實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)構(gòu)沿Z軸方向的移動(dòng)，單個(gè)移動(dòng)副L3、L4的螺桿移動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)側(cè)向旋轉(zhuǎn)，兩個(gè)螺桿同步運(yùn)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)繞X軸的翻轉(zhuǎn)。移動(dòng)副L5的螺桿移動(dòng)實(shí)現(xiàn)繞X軸的俯仰運(yùn)動(dòng)，三個(gè)螺桿同步運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)Y軸的移動(dòng)。對(duì)接支架I通過(guò)鉸鏈 R2可以實(shí)現(xiàn)繞Y軸的旋轉(zhuǎn)。該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)劃分為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，五自由度微調(diào)運(yùn)動(dòng)，升降運(yùn)動(dòng)，且各運(yùn)動(dòng)之間互相獨(dú)立，但又相輔相成。
權(quán)利要求
1.一種五自由度回轉(zhuǎn)微調(diào)機(jī)構(gòu)，其特征在于包括對(duì)接支架(I)、回轉(zhuǎn)支架(2)、螺旋機(jī)構(gòu)(3)、移動(dòng)支架(4)、第一推桿組件(5)、升降機(jī)構(gòu)(6)、支撐臂(7)和第二推桿組件(8)， 對(duì)接支架(I)中部設(shè)有環(huán)形對(duì)接板，環(huán)形對(duì)接板上設(shè)有扇形齒輪(10)，回轉(zhuǎn)支架(2)上固定有與扇形齒輪(10)配合的小齒輪(11)，環(huán)形對(duì)接板上固定有轉(zhuǎn)盤軸承(9)，回轉(zhuǎn)支架(2)通過(guò)轉(zhuǎn)盤軸承(9)與對(duì)接支架(I)連接， 移動(dòng)支架(4)設(shè)置于回轉(zhuǎn)支架(2)內(nèi)側(cè)，螺旋機(jī)構(gòu)(3)的兩端通過(guò)萬(wàn)向節(jié)分別與移動(dòng)支架(4)頂端中部和回轉(zhuǎn)支架(2)頂端中部連接， 第一推桿組件(5)與第二推桿組件(8)為絲桿螺母結(jié)構(gòu)，第一推桿組件(5)和第二推桿組件(8)分別鉸接于回轉(zhuǎn)支架(2)底部?jī)啥耍谝煌茥U組件(5)的殼體鉸接于移動(dòng)支架(4)底部一端，第二推桿組件(8)的殼體螺接于移動(dòng)支架(4)底部另一端， 支撐臂(7)設(shè)置于移動(dòng)支架(4)內(nèi)側(cè)，移動(dòng)支架(4)與支撐臂(7)之間通過(guò)升降機(jī)構(gòu)(6)連接，升降機(jī)構(gòu)(6)采用絲杠螺母機(jī)構(gòu)，絲杠(601)固定在支撐臂(7)上，螺母(602)固定在移動(dòng)支架(4)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的五自由度回轉(zhuǎn)微調(diào)機(jī)構(gòu)，其特征在于螺旋機(jī)構(gòu)(3)包括兩個(gè)旋向相反的螺紋桿(301)以及與螺紋桿配合的螺紋套筒(302)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的五自由度回轉(zhuǎn)微調(diào)機(jī)構(gòu)，其特征在于第一推桿級(jí)件和第二推桿組件的主要結(jié)構(gòu)有殼體(501)、螺母(502)、絲桿(503)和推桿(504)，螺母(502)通過(guò)溝槽嵌入到殼體(501)內(nèi)，螺母(502)與推桿(504)螺接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的五自由度回轉(zhuǎn)微調(diào)機(jī)構(gòu)，其特征在于升降機(jī)構(gòu)(6)還包括導(dǎo)軌(603)和滑塊(604)，導(dǎo)軌(603)固定在移動(dòng)支架(4)上，與導(dǎo)軌(603)配合的滑塊(604)固定在支撐臂(7)上。
全文摘要
本發(fā)明為了解決目前飛船內(nèi)安裝儀器設(shè)備和貨包時(shí)存在的操作精確度低、效率差的缺點(diǎn)，提供的一種五自由度回轉(zhuǎn)微調(diào)機(jī)構(gòu)，包括對(duì)接支架、回轉(zhuǎn)支架、螺旋機(jī)構(gòu)、移動(dòng)支架、第一推桿組件、升降機(jī)構(gòu)、支撐臂和第二推桿組件?；剞D(zhuǎn)支架通過(guò)驅(qū)動(dòng)齒輪實(shí)現(xiàn)繞Y軸旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)螺旋機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)對(duì)接支架的前后俯仰，調(diào)節(jié)一個(gè)推桿組件可以實(shí)現(xiàn)對(duì)接支架左右偏轉(zhuǎn)，同步調(diào)節(jié)兩個(gè)推桿組件可以實(shí)現(xiàn)對(duì)接支架前后俯仰。如果推桿組件和螺旋機(jī)構(gòu)同步調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)接支架的前后水平移動(dòng)。升降機(jī)構(gòu)采用絲杠螺母結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)移動(dòng)支架上下移動(dòng)。本發(fā)明所述的微調(diào)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊、操作靈活、安全可靠，可以實(shí)現(xiàn)空間五自由度微調(diào)運(yùn)動(dòng)，提高了操作精度和效率。
文檔編號(hào)B23P19/00GK102632377SQ201210130098
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月28日
發(fā)明者劉鵬, 孟建民, 李振新, 李星太 申請(qǐng)人:中國(guó)航天科技集團(tuán)公司第五研究院第五一八研究所