專利名稱：大型高精度大慣量回轉(zhuǎn)裝配機(jī)械臂系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種機(jī)械裝配裝置，具體是一種航天領(lǐng)域的大型高精度裝配系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在我國載人航天和探月工程取得成功之后，空間站將成為我國航天未來發(fā)展的重點(diǎn)，空間站建立的主要用途就是在太空中為人類提供一個可長期運(yùn)行的科學(xué)實(shí)驗(yàn)室，為此在空間站內(nèi)必須具備與各項(xiàng)研究相配套的試驗(yàn)儀器和設(shè)備，但由于該類儀器設(shè)備外型尺寸，重量都比較大，這就給空間站地面總裝提出了挑戰(zhàn)，并且有的儀器設(shè)備需要重復(fù)性的裝配和移動，同時受到空間站結(jié)構(gòu)尺寸和有些連接機(jī)構(gòu)在裝配的過程中是不可見的限制，這 就使整個裝配過程變得更為復(fù)雜，人力已無法完成，必須依靠相應(yīng)輔助裝配系統(tǒng)才能安全、可靠并高效地進(jìn)行。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種大型高精度大慣量回轉(zhuǎn)裝配機(jī)械臂系統(tǒng)，該系統(tǒng)可提高效率并降低裝配過程中人員的操作風(fēng)險。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是一種大型高精度大慣量回轉(zhuǎn)裝配機(jī)械臂系統(tǒng)，包括末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)、伸縮機(jī)械臂和基座主體，伸縮機(jī)械臂的前后端分別連接末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)和基座主體；末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)上設(shè)有對接支架及支撐臂，伸縮機(jī)械臂包括伸縮組件和支撐架，末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)上的支撐臂與伸縮機(jī)械臂上的伸縮組件連接，伸縮機(jī)械臂上的支撐架與基座主體連接。在使用時，操控大型高精度大慣量回轉(zhuǎn)裝配機(jī)械臂系統(tǒng)使其末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)上的對接支架與待安裝儀器設(shè)備對接固定，隨后控制基座主體和伸縮機(jī)械臂將待安裝儀器設(shè)備送到指定安裝位置，通過調(diào)整末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)使待安裝儀器設(shè)備與固定接口對正，之后安裝固定。本實(shí)用新型所述的大型高精度大慣量回轉(zhuǎn)裝配機(jī)械臂系統(tǒng)，具有裝配精度高，回轉(zhuǎn)慣量大，運(yùn)動范圍廣，載荷承重大的特點(diǎn)，可以減少儀器設(shè)備在空間站地面總裝過程中的傳送流程，降低人為導(dǎo)致的操作風(fēng)險，提高裝配效率，節(jié)省操作時間。

圖I為本實(shí)用新型大型高精度大慣量回轉(zhuǎn)裝配機(jī)械臂系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本圖I的俯視圖。圖3為末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為伸縮機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為伸縮機(jī)械臂的支撐架結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為基座主體的結(jié)構(gòu)示意圖。[0014]圖中，I-末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)，2-伸縮機(jī)械臂，3-基座主體，101-對接支架，102-回轉(zhuǎn)支架，103-螺旋機(jī)構(gòu)，104-移動支架，105-第一推桿組件，106-升降機(jī)構(gòu)，107-支撐臂，108-第二推桿組件，109-扇形齒輪，110-小齒輪，201-第一級絲杠，202-第一級螺母，203-第二級絲杠，204-第二級螺母，205-第一級臂，206-第二級臂，207-第三級臂，208-第一固定座組件，209-第二固定座組件，210-固定板，211-支撐架，301-升降系統(tǒng)，302-旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，303-平移系統(tǒng)。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型所述的大型高精度大慣量回轉(zhuǎn)裝配機(jī)械臂系統(tǒng)做具體說明。如圖1、2所示，本實(shí)用新型所述的一種大型高精度大慣量回轉(zhuǎn)裝配機(jī)械臂系統(tǒng)，包括末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)I、伸縮機(jī)械臂2和基座主體3，伸縮機(jī)械臂2的前后端分別連接末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)I和基座主體3。末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)I上設(shè)有對接支架101及支撐臂107，伸縮機(jī)械臂包括伸縮組件和支撐架211，末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)I上的支撐臂107與伸縮機(jī)械臂2上的伸縮組件連接，伸縮機(jī)械臂2上的支撐架211與基座主體3連接。如圖3所示，末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)I包括對接支架101、回轉(zhuǎn)支架102、螺旋機(jī)構(gòu)103、移動支架104、第一推桿組件105、升降機(jī)構(gòu)106、支撐臂107和第二推桿組件108，對接支架101中部設(shè)有環(huán)形對接板，環(huán)形對接板上設(shè)有扇形齒輪109，回轉(zhuǎn)支架102上固定有與扇形齒輪109配合的小齒輪110，環(huán)形對接板上固定有轉(zhuǎn)盤軸承，回轉(zhuǎn)支架102通過轉(zhuǎn)盤軸承與對接支架101連接，移動支架104設(shè)置于回轉(zhuǎn)支架102內(nèi)側(cè)，螺旋機(jī)構(gòu)103的兩端通過萬向節(jié)分別與移動支架104頂端中部和回轉(zhuǎn)支架102頂端中部連接，第一推桿組件105與第二推桿組件108為絲桿螺母結(jié)構(gòu)，第一推桿組件105和第二推桿組件108分別鉸接于回轉(zhuǎn)支架102底部兩端，第一推桿組件105的殼體鉸接于移動支架104底部一端，第二推桿組件108的殼體螺接于移動支架104底部另一端，支撐臂107設(shè)置于移動支架104內(nèi)側(cè)，移動支架104與支撐臂107之間通過升降機(jī)構(gòu)106連接，升降機(jī)構(gòu)106采用絲杠螺母機(jī)構(gòu)，絲杠固定在支撐臂107上，螺母固定在移動支架104上。回轉(zhuǎn)支架102通過驅(qū)動齒輪實(shí)現(xiàn)繞Y軸旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)螺旋機(jī)構(gòu)103可實(shí)現(xiàn)對接支架的前后俯仰，調(diào)節(jié)一個推桿組件可以實(shí)現(xiàn)對接支架左右偏轉(zhuǎn)，同步調(diào)節(jié)兩個推桿組件可以實(shí)現(xiàn)對接支架前后俯仰。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)對接支架101的前后水平移動。升降機(jī)構(gòu)106采用絲杠螺母結(jié)構(gòu)，驅(qū)動絲杠旋轉(zhuǎn)，帶動移動支架上下移動。儀器設(shè)備安裝在對接支架101上，然后將末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)靠近安裝位置，最后通過調(diào)整螺旋機(jī)構(gòu)103、回轉(zhuǎn)支架102、第一推桿組件105、第二推桿組件108，直至將儀器設(shè)備的對接面與艙體的待安裝面對齊為止。末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)I是伸縮機(jī)械臂2和儀器設(shè)備之間的接口，主要負(fù)責(zé)承載儀器設(shè)備重量并對其進(jìn)行精確安裝，通過多自由度的運(yùn)動，調(diào)整儀器設(shè)備的位姿使儀器設(shè)備與空間站內(nèi)的接口對接，同時補(bǔ)償伸縮機(jī)械臂的變形量。另外通過更換末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以使大型高精度大慣量回轉(zhuǎn)裝配機(jī)械臂系統(tǒng)適應(yīng)各種儀器設(shè)備的安裝需求，同時末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的更換能力還使大型高精度大慣量回轉(zhuǎn)裝配機(jī)械臂系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)更多的任務(wù)，而不僅僅局限于儀器設(shè)備的安裝，并且每一套末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)都擁有與裝入儀器設(shè)備配套的接口。最后，在控制末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作的方法中，手動操作末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)是首選方法，這樣操縱者可以直觀的看到儀器設(shè)備是否對準(zhǔn)接口。如圖4所示，伸縮機(jī)械臂2上的伸縮組件包括驅(qū)動裝置、第一級絲杠201、第一級螺母202、第二級絲杠203、、第二級螺母204、以及從外向內(nèi)依次套裝的第一級臂205、第二級臂206、第三級臂207、第一固定座組件208和第二固定座組件209 ;第一級臂205、第二級臂206和第三級臂207的末端外側(cè)均設(shè)有固定板210,第一級臂205末端外側(cè)固定板與第一固定座組件208固定連接；第一級絲桿201的末端通過第一轉(zhuǎn)接套筒與驅(qū)動裝置連接，前端伸入第二級絲桿203內(nèi)孔內(nèi)；第二級絲杠203通過第二轉(zhuǎn)接套筒與第二級絲杠203末端連接，第一級螺母202與第二固定座組件209連接并固定在第二級臂206末端外側(cè)固定板上，第一級螺母202與第一級絲杠201配合；第二級絲杠203前端伸入第三級臂207的內(nèi)腔，第二級螺母204固定在第三級臂206末端外側(cè)固定板上，第二級螺母204與第二級絲杠203配
八
口 ο第三級臂207的前端與末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)上的支撐臂107連接?？刂乞?qū)動裝置運(yùn)轉(zhuǎn)，來驅(qū)動第二級臂206和第三級臂207同步移動，從而將上天硬件產(chǎn)品送到指定的安裝位置。驅(qū)動裝置驅(qū)動第一級絲杠201轉(zhuǎn)動，第一級螺母202將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動，帶動第二級臂206和第二級絲杠203 —起移動，同時，第一級絲杠201通過鍵配合將轉(zhuǎn)動傳遞至第二級絲杠203上，第二級螺母204將轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動，帶動第三級臂207相對第二級臂206以同樣速度直線運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)伸縮機(jī)械臂的同步伸縮運(yùn)動。每一級臂都是由鋼板焊接而成，截面為六邊形的長方體，伸縮臂之間都安裝有相應(yīng)的滑動組件，這樣可以減小伸縮段之間的摩擦阻力，提升伸縮運(yùn)動的性能。伸縮機(jī)械臂作為安裝過程中主要的承載部件，其可以提供一定范圍內(nèi)的伸縮運(yùn)動，同時伸縮機(jī)械臂末端設(shè)置有可與末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連接的通用接口，可以方便不同的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)與其相連接。如圖5所示，伸縮機(jī)械臂2的支撐架211是根據(jù)伸縮臂的外形專門設(shè)計焊接而成的一個鋼架。支撐架211設(shè)有與基座主體連接的內(nèi)置接口，使支撐架211與基座主體3連接。另外支撐架211的后方安有移動配重塊，防止設(shè)備在使用的過程中發(fā)生傾覆，同時也提高了基座主體3上的升降絲杠的運(yùn)動性能。如圖6所示，所述的基座主體3包括升降系統(tǒng)301、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)302和平移系統(tǒng)303。升降系統(tǒng)301安裝在一個封閉鋼架內(nèi)，由安裝在鋼架底部的升降系統(tǒng)支撐架上的四組升降絲桿螺母機(jī)構(gòu)組成，采用滾珠絲杠，升降絲桿外側(cè)配有導(dǎo)向柱，升降絲桿與螺母配合并由電機(jī)驅(qū)動，升降系統(tǒng)301上的驅(qū)動電機(jī)還與減速器及換向器連接，升降系統(tǒng)301采用兩個驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，這樣不僅可以縮短傳動軸的長度，從而降低系統(tǒng)的慣性，而且兩個驅(qū)動電機(jī)可以避免單點(diǎn)失敗。旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)302包括一個安裝在升降系統(tǒng)支撐架下方的盤式軸承，盤式軸承下端與旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)支撐架連接。旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)302安裝在升降系統(tǒng)301的下方，為的是使升降系統(tǒng)支撐架的變形最小化，同時為了減小慣性，伸縮機(jī)械臂的前兩個伸縮臂必須在旋轉(zhuǎn)之前收回，從而可以有效的降低慣性。平移系統(tǒng)303包括絲杠、滑塊和滑塊導(dǎo)軌，絲杠安裝在平移系統(tǒng)支撐架上部，與絲杠配合的螺母固定于旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)支撐架，滑塊安裝在旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)支撐架底部并與滑塊導(dǎo)軌配合。平移系統(tǒng)303可以移動伸縮機(jī)械臂和基座主體的升降系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)。除此之外，平移系統(tǒng)303還配備有可以起重和移動整個大型高精度大慣量回轉(zhuǎn)裝配機(jī)械臂系統(tǒng)的氣浮支撐?；黧w3不僅要支撐伸縮機(jī)械臂，并且對大型高精度大慣量回轉(zhuǎn)裝配機(jī)械臂系統(tǒng)提供三個自由度的運(yùn)動范圍，即升降運(yùn)動、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動和平移運(yùn)動，各個動作能獨(dú)立進(jìn)行，但每個動作又有一定程度的結(jié)構(gòu)支持，最高層的是升降系統(tǒng)，然后是旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)和平移系統(tǒng)，三者相輔相成。本實(shí)用新型大型高精度大慣量回轉(zhuǎn)裝配機(jī)械臂系統(tǒng)操作流程如下步驟I :旋轉(zhuǎn)并降低大型高精度大慣量回轉(zhuǎn)裝配機(jī)械臂系統(tǒng)的伸縮機(jī)械臂2，將末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)I與待安裝儀器設(shè)備(連同轉(zhuǎn)運(yùn)車)對準(zhǔn)。把末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)I進(jìn)行微調(diào)，然后與待安裝儀器設(shè)備的接口連接在一起。步驟2 :將待安裝儀器設(shè)備的重量脫離轉(zhuǎn)運(yùn)車，并從轉(zhuǎn)運(yùn)車上拆離。 步驟3 :利用艙門作為位置基準(zhǔn)提升并旋轉(zhuǎn)伸縮機(jī)械臂2。步驟4 :伸長大慣量回轉(zhuǎn)裝配機(jī)械臂系統(tǒng)的伸縮機(jī)械臂2，將待安裝儀器設(shè)備移動到艙體入口附近。步驟5 :調(diào)整基座主體3的升降運(yùn)動和平移運(yùn)動，使待安裝儀器設(shè)備和艙體入口位置合適。(末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)I可進(jìn)行微調(diào)補(bǔ)償伸縮機(jī)械臂的變形)步驟6 :伸長伸縮機(jī)械臂2，直到移動到要安裝的位置。步驟7 :調(diào)整末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)將待安裝儀器設(shè)備安裝入位，之后拆除末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)
Io
權(quán)利要求1.一種大型高精度大慣量回轉(zhuǎn)裝配機(jī)械臂系統(tǒng)，其特征在于包括末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)(I)、伸縮機(jī)械臂(2)和基座主體(3)，伸縮機(jī)械臂(2)的前后端分別連接末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)(I)和基座主體(3);末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)(I)上設(shè)有對接支架(101)及支撐臂(107)，伸縮機(jī)械臂包括伸縮組件和支撐架(211)，末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)(I)上的支撐臂(107)與伸縮機(jī)械臂(2)上的伸縮組件連接，伸縮機(jī)械臂(2)上的支撐架(211)與基座主體(3)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種大型高精度大慣量回轉(zhuǎn)裝配機(jī)械臂系統(tǒng)，其特征在于，末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)(I)包括對接支架(101)、回轉(zhuǎn)支架(102)、螺旋機(jī)構(gòu)(103)、移動支架(104)、第一推桿組件(105)、升降機(jī)構(gòu)(106)、支撐臂(107)和第二推桿組件(108)，對接支架(101)中部設(shè)有環(huán)形對接板，環(huán)形對接板上設(shè)有扇形齒輪(109)，回轉(zhuǎn)支架(102)上固定有與扇形齒輪(109)配合的小齒輪(110)，環(huán)形對接板上固定有轉(zhuǎn)盤軸承，回轉(zhuǎn)支架(102)通過轉(zhuǎn)盤軸承與對接支架(101)連接，移動支架(104)設(shè)置于回轉(zhuǎn)支架(102)內(nèi)側(cè)，螺旋機(jī)構(gòu)(103)的兩端通過萬向節(jié)分別與移動支架(104)頂端中部和回轉(zhuǎn)支架(102)頂端中部連接，第一推桿組件(105)與第二推桿組件(108)為絲桿螺母結(jié)構(gòu)，第一推桿組件(105)和第二推桿組件(108)分別鉸接于回轉(zhuǎn)支架(102)底部兩端，第一推桿組件(105)的殼體鉸接于移動支架(104)底部一端，第二推桿組件(108)的殼體螺接于移動支架(104)底部另一端，支撐臂(107)設(shè)置于移動支架(104)內(nèi)側(cè)，移動支架(104)與支撐臂(107)之間通過升降機(jī)構(gòu)(106)連接，升降機(jī)構(gòu)(106)采用絲杠螺母機(jī)構(gòu)，絲杠固定在支撐臂(107)上，螺母固定在移動支架(104)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大型高精度大慣量回轉(zhuǎn)裝配機(jī)械臂系統(tǒng)，其特征在于伸縮機(jī)械臂(2)包括伸縮組件和支撐架，伸縮組件包括驅(qū)動裝置、第一級絲杠(201)、第一級螺母(202)、第二級絲杠(203)、第二級螺母(204)、以及從外向內(nèi)依次套裝的第一級臂(205)、第二級臂(206)、第三級臂(207)、第一固定座組件(208)和第二固定座組件(209)； 第一級臂(205)、第二級臂(206)和第三級臂(207)的末端外側(cè)均設(shè)有固定板(210)，第一級臂(205)末端外側(cè)固定板與第一固定座組件(208)固定連接；第一級絲桿(201)的末端通過第一轉(zhuǎn)接套筒與驅(qū)動裝置連接，前端伸入第二級絲桿(203)內(nèi)孔內(nèi)；第二級絲杠(203)通過第二轉(zhuǎn)接套筒與第二級絲杠(203)末端連接，第一級螺母(202)與第二固定座組件(209)連接并固定在第二級臂(206)末端外側(cè)固定板上，第一級螺母(202)與第一級絲杠(201)配合；第二級絲杠(203)前端伸入第三級臂(207)的內(nèi)腔，第二級螺母(204)固定在第三級臂(206 )末端外側(cè)固定板上，第二級螺母(204 )與第二級絲杠(203 )配合。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的大型高精度大慣量回轉(zhuǎn)裝配機(jī)械臂系統(tǒng)，其特征在于所述的基座主體(3)包括升降系統(tǒng)(301)、旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)(302)和平移系統(tǒng)(303)，升降系統(tǒng)(301)安裝在一個封閉鋼架內(nèi)，由安裝在鋼架底部的升降系統(tǒng)支撐架上的四組升降絲桿螺母機(jī)構(gòu)組成，升降絲桿由電機(jī)驅(qū)動；旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)(302)包括一個安裝在升降系統(tǒng)支撐架下方的盤式軸承，盤式軸承下端與旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)支撐架連接；平移系統(tǒng)(303)包括絲杠、滑塊和滑塊導(dǎo)軌，絲杠安裝在平移系統(tǒng)支撐架上部，與絲杠配合的螺母固定于旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)支撐架，滑塊安裝在旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)支撐架底部并與滑塊導(dǎo)軌配合。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種大型高精度大慣量回轉(zhuǎn)裝配機(jī)械臂系統(tǒng)，包括末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)、伸縮機(jī)械臂和基座主體，伸縮機(jī)械臂的前后端分別連接末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)和基座主體；末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)上設(shè)有對接支架及支撐臂，伸縮機(jī)械臂包括伸縮組件和支撐架，末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)上的支撐臂與伸縮機(jī)械臂上的伸縮組件連接，伸縮機(jī)械臂上的支撐架與基座主體連接。操控大型高精度大慣量回轉(zhuǎn)裝配機(jī)械臂系統(tǒng)使其末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)上的對接支架與待安裝儀器設(shè)備對接固定，隨后控制基座主體和伸縮機(jī)械臂將待安裝儀器設(shè)備送到指定安裝位置，通過調(diào)整末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)使待安裝儀器設(shè)備與固定接口對正，之后安裝固定。本實(shí)用新型所述的裝配機(jī)械臂系統(tǒng)具有裝配精度高，回轉(zhuǎn)慣量大，運(yùn)動范圍廣特點(diǎn)。
文檔編號B64G1/66GK202574633SQ20122016258
公開日2012年12月5日 申請日期2012年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月17日
發(fā)明者劉鵬, 孟建民, 李振新, 武二玉 申請人:中國航天科技集團(tuán)公司第五研究院第五一八研究所