专利名称：气悬浮柔性空间对接平台的制作方法
技术领域：
本发明属于空间对接技术领域，具体地说，涉及一种适应于空间对接的机械柔性空间对接平台。
背景技术：
现有工业对空间对接技术的要求越来越高，如高精度工业制造中的工件对准、空间站对位、医疗化工中的管道对接，网络电子技术中的电路连接等，而影响对接精度的一个重要因素就是两物体接近面之间的相对平行问题。装配、加工或是物体自身成楔形都会造成不平行。在装配过程中首先要考虑的问题就是进行装配的两物体之间的对位。如图1所示，在工程中常常需要把工件固定在对接平台上，再由对接平台推进，将工件装到对接体的滑槽中，滑槽a和b是竖直且相互平行的，工件左右两侧有两根互相平行的滑轨。那么在装配中首先要解决的问题就是使工件与对接体的竖直滑槽准确对位。那么在装配中首先要解决的问题就是使对接工件之间的准确对位。
不过，单从工件与滑槽的准确对位方面来考虑还是不全面的，在工件已经完成准确对位后，处于上升的行程中，由于各种工况的原因，如振动、力等，或人为因素作用于工件，从而致使工件在上升行程中发生微量的偏移，滑轨与滑槽的几何中心不重合，这就直接影响了装配精度。同时，会有侧向作用力产生作用于滑槽上，使得滑轨于滑槽间的摩擦力增大，最终导致工件与对接体损坏。
其缺点是对接平台不具备柔性，没有自适应或自调节的功能，工件在对位行程中发生微量偏移时的扭力过大，会造成工件伤害或对位失败。
发明内容
本发明的目的是提供一种气悬浮柔性空间对接平台，具有柔性的自适应和自调节的功能，可以防止工件在对位行程中发生微量偏移时出现的过大扭力，避免对工件造成伤害，使对位成功。
为达到上述目的，本发明是一种气悬浮柔性空间对接平台，包括机械式自调对接平台，其关键在于所述机械式自调对接平台上安装有气悬浮柔性装配平台，所述气悬浮柔性装配平台由基座、气囊、浮动体、定位销和定位弹簧组成，其中浮动体放置在所述基座上，基座的上端中部开有圆形凹槽，该圆形凹槽内装所述气囊，气囊的进气口穿出所述基座下端，所述基座上端周边开有至少二个定位孔，该定位孔内装所述定位弹簧，该定位弹簧上面放置所述定位销，该定位销伸出定位孔，并伸入所述浮动体下端面的限位孔内，使该限位孔与所述定位孔相对应。
气囊间隔在基座与浮动体之间，实现柔性接触，使对接平台具有自适应的功能，当工件与对接体之间发生挤压时，在对位行程中发生微量偏移时出现扭力，浮动体能够随工件的受力方向在气囊上滑动和倾斜。防止工件在对位行程中发生微量偏移时出现过大扭力，避免对工件造成伤害，使对位成功。
所述基座上端面均匀分布有至少三个距离传感器。
根据不同距离传感器的信号数据，可以检测浮动体与基座之间的距离，从而控制气囊中的气体压强；另一方面可以判断气囊是否顶起浮动体和上面的工件，只有在浮动体和工件都处于悬浮状态才能实现在上升形成中的自适应，从而调整基座的递进角度和速度，防止工件在对位行程中发生的偏移过大。
所述定位销与定位孔之间，定位销与限位孔之间为间隙配合。
所述气囊的进气口穿过所述基座底端的中心孔。
中心孔位置充气，可使气囊受力更均匀。
所述基座安装在机械式自调对接平台上，该机械式自调对接平台由支撑平台、工作平台、三个结构相同的平面调节机构、随动机构和三个结构相同的竖立调节机构组成，其中基座固定在所述工作平台的上表面，在工作平台与支撑平台之间设置所述三个平面调节机构和一个随动机构，它们按正方形分布，在所述平面调节机构下方的支撑平台上安装三个结构相同的竖立调节机构，它们按三角形分布；所述平面调节机构由水平电机、联轴器、丝杆螺母副，活动滑座、滑块和轴承组成，其中水平电机安装在所述支撑平台上，水平电机的输出轴经联轴器连接丝杆，该丝杆与所述支撑平台的上表面平行，该丝杆上套装所述螺母，该螺母固定在所述活动滑座上，该活动滑座底面开槽，并套装在所述支撑平台上表面的滑轨上，所述活动滑座的上表面开有滑槽与所述滑轨空间垂直，该滑槽上套装所述滑块，该滑块固套在所述轴承内，该轴承固装在所述工作平台底部支承柱内；在所述三个结构相同的平面调节机构中，有两个位于同侧的平面调节机构中的丝杆轴心线相互平行，并与第三个平面调节机构中的丝杆轴心线的延长线相垂直，该第三个平面调节机构与所述随动机构位于同一侧；所述随动机构由活动滑座、滑块和轴承组成，该随动机构中的活动滑座、滑块和轴承与所述平面调节机构平面调节机构中的活动滑座、滑块和轴承连接关系相同；
所述竖立调节机构由垂直电机、蜗轮蜗杆减速器、螺母座和调整螺杆组成，其中垂直电机固定在所述支撑平台上，其输出轴连接所述蜗轮蜗杆减速器，蜗轮蜗杆减速器的输出轴经联轴器与所述调整螺杆相连，该调整螺杆与所述支撑平台垂直并伸出支撑平台的下端，调整螺杆的下端套装在所述螺母座上。
当同侧二个平面调节机构的平行丝杆同向推动活动滑座工作，另一平面调节机构停止工作时，活动滑座工作带动滑块、轴承和工作平台沿X轴方向平移；当另一平面调节机构丝杆推动活动滑座工作，同侧二个平面调节机构停止工作时，活动滑座工作带动滑块、轴承和工作平台沿Y轴方向平移，同侧二个平面调节机构的滑块在滑槽内滑动。
当三个平面调节机构的丝杆沿同时按顺/逆时针方向推动活动滑座工作时，活动滑座工作带动滑块、轴承和工作平台沿Z轴方向转动。
固定住三个竖立调节机构的螺母座，当调整螺杆在螺母座内移动，调整螺杆同向推动支撑平台运行，保持三个调整螺杆的行程一致时，实现支撑平台和工作平台沿Z轴方向移动。
当三个竖立调节机构调整螺杆的行程不等时，实现支撑平台和工作平台沿X轴和Y轴方向转动。
所述支撑平台的中部开有空腔，该空腔内安装所述垂直电机和蜗轮蜗杆减速器。
所述调整螺杆上套装有轴承的内圈，该轴承的外圈与所述支撑平台固定连接。
轴承有利于增强调整螺杆的稳定性。
六自由度对接平台中平面调节机构的作用使工作平台可沿X轴和Y轴方向的移动、Z轴的转动，实现三自由度的并联工作，竖立调节机构的作用使工作平台可沿X轴和Y轴方向的转动、Z轴方向的移动，实现三自由度的并联工作，将平面调节机构和竖立调节机构的功能作用叠加在一起，实现六个自由度的运动。
本发明的显著效果是气囊间隔在基座与浮动体之间，实现柔性接触，使对接平台具有自适应或自调节的功能，可以防止工件在对位行程中发生微量偏移时出现的过大扭力，避免对工件造成伤害，使对位成功，将气悬浮平台、平面调节机构和竖立调节机构分别独立制作安装，独立调控，再有机结合，便于整个装置的操作控制和装拆维护，满足不同尺寸大小的对接要求，其中平面调节机构和竖立调节机构实现六个自由度的调节，结合浮动体在任意方向的柔性移动和柔性转动功能，提高了空间对接质量和对接效果。
图1是工件之间的空间对接示意图；图2是本发明的空间对接示意图；图3是浮动体和基座的立体图；图4是气悬浮柔性装配平台安装在六自由度对接平台的结构示意图；图5是支撑平台的俯视图。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图2、3所示一种气悬浮柔性空间对接平台，在机械式自调对接平台上设置有气悬浮柔性装配平台，所述气悬浮柔性装配平台由基座3、气囊4、定位销6和定位弹簧7组成，其中浮动体5放置在所述基座3上，基座3的上端中部开有圆形凹槽3a，该圆形凹槽3a内装所述气囊4，气囊4的进气口穿出所述基座3下端，所述基座3上端周边开有至少二个定位孔3b，该定位孔3b内装所述定位弹簧7，该定位弹簧7上面放置所述定位销6，该定位销6伸出定位孔3b，并伸入所述浮动体5下端面的限位孔5a内，使该限位孔5a与所述定位孔3b相对应。
气囊4间隔在基座3与浮动体5之间，实现柔性接触，使对接平台具有自适应的功能，当工件与对接体之间发生挤压时，在对位行程中发生微量偏移时出现扭力，浮动体5能够随工件的受力方向在气囊4上滑动和倾斜。防止工件在对位行程中发生微量偏移时出现过大扭力，避免对工件造成伤害，使对位成功。
如图3所示所述基座3上端面均匀分布有六个距离传感器23。
根据不同距离传感器23的信号数据，可以检测浮动体5与基座3之间的距离，从而控制气囊中的气体压强；另一方面可以判断气囊是否顶起浮动体和上面的工件，只有在浮动体和工件都处于悬浮状态才能实现在上升形成中的自适应，从而调整基座3的递进角度和速度，防止工件在对位行程中发生的偏移过大。
所述距离传感器23可以是电感式距离传感器，或电容式极力传感器等。
所述定位销6与定位孔3b之间，定位销6与限位孔5a之间为间隙配合。
所述气囊4的进气口穿过所述基座3底端的中心孔。
如图4、5所示所述基座3安装在机械式自调对接平台上，该机械式自调对接平台为六自由度对接平台、该机械式自调对接平台由支撑平台8、工作平台9、三个结构相同的平面调节机构、随动机构和三个结构相同的竖立调节机构组成，其中基座3固定在所述工作平台9的上表面，在工作平台9与支撑平台8之间设置所述三个平面调节机构和一个随动机构，它们按正方形分布，在所述平面调节机构下方的支撑平台8上安装三个结构相同的竖立调节机构，它们按三角形分布；
所述平面调节机构由水平电机10、联轴器11、丝杆12螺母13副，活动滑座14、滑块15和轴承16组成，其中水平电机10安装在所述支撑平台8上，水平电机10的输出轴经联轴器11连接丝杆12，该丝杆12与所述支撑平台8的上表面平行，该丝杆12上套装所述螺母13，该螺母13固定在所述活动滑座14上，该活动滑座14底面开槽，并套装在所述支撑平台8上表面的滑轨21上，所述活动滑座14的上表面开有滑槽22与所述滑轨21空间垂直，该滑槽22上套装所述滑块15，该滑块15固套在所述轴承16内，该轴承16固装在所述工作平台9底部支承柱内；在所述三个结构相同的平面调节机构中，有两个位于同侧的平面调节机构中的丝杆12轴心线相互平行，并与第三个平面调节机构中的丝杆12轴心线的延长线相垂直，该第三个平面调节机构与所述随动机构位于同一侧；所述随动机构由活动滑座14、滑块15和轴承16组成，该随动机构中的活动滑座14、滑块15和轴承16与所述平面调节机构平面调节机构中的活动滑座14、滑块15和轴承16连接关系相同；如图4所示所述竖立调节机构由垂直电机17、蜗轮蜗杆减速器18、螺母座19和调整螺杆20组成，其中垂直电机17固定在所述支撑平台8上，其输出轴连接所述蜗轮蜗杆减速器18，蜗轮蜗杆减速器18的输出轴经联轴器与所述调整螺杆20相连，该调整螺杆20与所述支撑平台8垂直并伸出支撑平台8的下端，调整螺杆20的下端套装在所述螺母座19上。
当同侧二个平面调节机构的平行丝杆同向推动活动滑座工作，另一平面调节机构停止工作时，活动滑座工作带动滑块、轴承和工作平台沿X轴方向平移；当另一平面调节机构丝杆推动活动滑座工作，同侧二个平面调节机构停止工作时，活动滑座工作带动滑块、轴承和工作平台沿Y轴方向平移，同侧二个平面调节机构的滑块在滑槽内滑动。
当三个平面调节机构的丝杆沿同时按顺/逆时针方向推动活动滑座工作时，活动滑座工作带动滑块、轴承和工作平台沿Z轴方向转动。
固定住三个竖立调节机构的螺母座19，当调整螺杆20在螺母座内移动，调整螺杆20同向推动支撑平台运行，保持三个调整螺杆20的行程一致时，实现支撑平台和工作平台沿Z轴方向移动。
当三个竖立调节机构调整螺杆20的行程不等时，实现支撑平台和工作平台沿X轴和Y轴方向转动。
如图4所示所述支撑平台8的中部开有空腔，该空腔内安装所述垂直电机17和蜗轮蜗杆减速器18。
所述调整螺杆20上套装有轴承24的内圈，该轴承24的外圈与所述支撑平台8固定连接。
轴承24有利于增强调整螺杆20的稳定性。
其工作原理是将工件固定在浮动体5上，工件大小形状与对接体1中空腔1a相适应，气囊4支撑浮动体5具有非常好的灵活性，基本的实施过程是用风机将高压空气通过基座3下面的进气口压进气囊4，气囊4内压力高于外界压力，将浮动体5上面放置的工件抬升一定高度。下连接体1将工件对位送入空腔1a中，在对位行程中发生微量偏移时出现扭力，当对接体1与工件之间发生挤压，浮动体5能够随受力方向在气囊4上进行任意角度的滑动，同时，在浮动体5与基座3的接触面之间装有距离传感器23，可用来测量浮动体5与基座3之间的距离。以此来判断工件是否被抬升起来。当工件处于被抬升而离开基座3一定高度时，即处于一种无约束的平衡状态。工件在进入对接体1的上升行程中发生位置的微量偏移时，通过对接体1对工件的作用力即可使浮动体5自动恢复到原来正确位置，从而对接平台的自适应能力就体现出来了。
其中在基座上设计有两个定位销6，它们下面有定位弹簧7的作用，使得定位销6始终与浮动体5紧密接触。其主要作用在于防止当气囊4抬起浮动体5以及上面的工件时，浮动体5过大的偏离原来的位置，同时确保当气囊4中气体被排除时浮动体5能落回先前准确位置。
权利要求
1.一种气悬浮柔性空间对接平台，包括机械式自调对接平台，其特征在于所述机械式自调对接平台上安装有气悬浮柔性装配平台，所述气悬浮柔性装配平台由基座(3)、气囊(4)、浮动体(5)、定位销和定位弹簧(7)组成，其中浮动体(5)放置在所述基座(3)上，基座(3)的上端中部开有圆形凹槽(3a)，该圆形凹槽(3a)内装所述气囊(4)，气囊(4)的进气口穿出所述基座(3)下端，所述基座(3)上端周边开有至少二个定位孔(3b)，该定位孔(3b)内装所述定位弹簧(7)，该定位弹簧(7)上面放置所述定位销，该定位销伸出定位孔(3b)，并伸入所述浮动体(5)下端面的限位孔(5a)内，使该限位孔(5a)与所述定位孔(3b)相对应。
2.根据权利要求1所述的气悬浮柔性空间对接平台，其特征在于所述基座(3)上端面均匀分布有至少三个距离传感器(23)。
3.根据权利要求1所述的气悬浮柔性空间对接平台，其特征在于所述定位销与定位孔(3b)之间，定位销与限位孔(5a)之间为间隙配合。
4.根据权利要求1所述的气悬浮柔性空间对接平台，其特征在于所述气囊(4)的进气口穿过所述基座(3)底端的中心孔。
5.根据权利要求1所述的气悬浮柔性空间对接平台，其特征在于所述基座(3)安装在机械式自调对接平台上，该机械式自调对接平台由支撑平台(8)、工作平台(9)、三个结构相同的平面调节机构、随动机构和三个结构相同的竖立调节机构组成，其中基座(3)固定在所述工作平台(9)的上表面，在工作平台(9)与支撑平台(8)之间设置所述三个平面调节机构和一个随动机构，它们按正方形分布，在所述平面调节机构下方的支撑平台(8)上安装三个结构相同的竖立调节机构，它们按三角形分布；所述平面调节机构由水平电机(10)、联轴器(11)、丝杆(12)螺母(13)副，活动滑座(14)、滑块(15)和轴承(16)组成，其中水平电机(10)安装在所述支撑平台(8)上，水平电机(10)的输出轴经联轴器(11)连接丝杆(12)，该丝杆(12)与所述支撑平台(8)的上表面平行，该丝杆(12)上套装所述螺母(13)，该螺母(13)固定在所述活动滑座(14)上，该活动滑座(14)底面开槽，并套装在所述支撑平台(8)上表面的滑轨(21)上，所述活动滑座(14)的上表面开有滑槽(22)与所述滑轨(21)空间垂直，该滑槽(22)上套装所述滑块(15)，该滑块(15)固套在所述轴承(16)内，该轴承(16)固装在所述工作平台(9)底部支承柱内；在所述三个结构相同的平面调节机构中，有两个位于同侧的平面调节机构中的丝杆(12)轴心线相互平行，并与第三个平面调节机构中的丝杆(12)轴心线的延长线相垂直，该第三个平面调节机构与所述随动机构位于同一侧；所述随动机构由活动滑座(14)、滑块(15)和轴承(16)组成，该随动机构中的活动滑座(14)、滑块(15)和轴承(16)与所述平面调节机构平面调节机构中的活动滑座(14)、滑块(15)和轴承(16)连接关系相同；所述竖立调节机构由垂直电机(17)、蜗轮蜗杆减速器(18)、螺母座(19)和调整螺杆(20)组成，其中垂直电机(17)固定在所述支撑平台(8)上，其输出轴连接所述蜗轮蜗杆减速器(18)，蜗轮蜗杆减速器(18)的输出轴经联轴器与所述调整螺杆(20)相连，该调整螺杆(20)与所述支撑平台(8)垂直并伸出支撑平台(8)的下端，调整螺杆(20)的下端套装在所述螺母座(19)上。
6.根据权利要求5所述的气悬浮柔性空间对接平台，其特征在于所述支撑平台(8)的中部开有空腔，该空腔内安装所述垂直电机(17)和蜗轮蜗杆减速器(18)。
7.根据权利要求5所述的六自由度对接平台，其特征在于所述调整螺杆(20)上套装有轴承(24)的内圈，该轴承(24)的外圈与所述支撑平台(8)固定连接。
全文摘要
本发明公开了一种气悬浮柔性空间对接平台，包括机械式自调对接平台，其特征在于所述机械式自调对接平台上安装有气悬浮柔性装配平台，所述气悬浮柔性装配平台由基座、气囊、浮动体、定位销和定位弹簧组成，其中浮动体放置在所述基座上，基座的上端中部开有圆形凹槽内装气囊，所述基座上端周边开有定位孔，该定位孔内装定位弹簧，该定位弹簧上面放置所述定位销，该定位销伸出定位孔，并伸入所述浮动体下端面的限位孔内。本发明的显著效果是气囊间隔在基座与浮动体之间，实现柔性接触，使对接平台具有自适应或自调节的功能，可以防止工件在对位行程中发生微量偏移时出现的过大扭力，避免对工件造成伤害，提高空间对接质量和对接效果。
文档编号B25H1/02GK101081506SQ20071007863
公开日2007年12月5日 申请日期2007年6月20日 优先权日2007年6月20日
发明者谢志江, 朱小龙, 欧阳奇, 王雪, 孙红岩, 陈平, 倪卫, 叶凡, 王侃, 郭煜敬, 徐新来, 李梦奇 申请人:重庆大学