一种三自由度运动平台的装配方法与流程

本发明涉及机械设备的装配工艺保证，具体涉及一种三自由度运动平台的装配方法。

背景技术：

三自由度运动平台是一种在一定空间内运行，实现空间内三个自由度(z轴平移及x、y轴旋转)运动的机电一体化设备；由运动平台、固定平台、两个平台之间的伺服电动缸、防转机构以及控制系统组成，通过主控制器运行运动控制算法，控制各个伺服电动缸的伸缩长度以及伸缩速度和加速度，实现运动平台在空间内三个自由度的运动，从而可以实现运动平台上固定物在空间内升降、翻转、倾斜的运动姿态变换过程。

三自由度运动平台在使用过程中的稳定性和精度与装配过程有很大关系。如果装配顺序不当，可能增加装配难度,或者无法进行装配，即使完成装配，最终造成整个设备的稳定性和精确度下降。

技术实现要素：

本方法在于提供一种装配方法，保证三自由度运动平台装配结果的一致性和精确度。

本发明创造通过以下技术方案来实现：

本发明创造的三自由度运动平台的装配方法，包括以下步骤：

1、安装固定平台，使用吊装设备同时吊挂固定平台的吊挂点，对正固定平台的螺栓孔与平整后安装基面上的固定螺栓，使用紧固件将固定螺栓所在安装基面与固定平台底面紧贴在一起为固定平台提供稳定的固定基础；

2、安装定万向铰节器，将定万向铰节器的固定端放置在固定平台的定万向铰节器支撑座上，对正定万向铰节器的固定端固定孔与定万向铰节器支撑座上的螺纹孔，使用紧固件均匀压紧；

3、安装伺服电动缸，吊住伺服电动缸的两端，对正伺服电动缸的减速器端的螺纹孔与定万向铰节器的活动端的固定孔，使用紧固件均匀压紧；

4、安装动万向铰节器，对正动万向铰节器的螺柱与伺服电动缸的导杆螺纹孔，螺柱完全旋入导杆螺纹孔后，反向旋出45-90°为动万向铰节器相对运动预留一定的空间；

5、安装控制箱，将控制箱无固定耳的一面正对固定平台中间位置的防转架开口并缓慢平稳推入防转架内，直至控制箱的固定耳与防转架的支撑立柱紧贴；使用紧固件紧固控制箱的固定耳与防转架限定住控制箱的位置；

6、安装防转机构，将防转机构未装配万向铰节器的一端正对着防转架顶部的防转固定盘，调整防转机构使其三个活动臂分别朝向相邻的两台伺服电动缸的中间位置，对正防转机构的固定孔与防转固定盘的螺纹孔，使用紧固件均匀压紧紧固使防转机构与防转架连接；

7、安装连接电缆，将伺服电动缸与控制箱上的伺服电机连接插头依次对应编号，连接电缆两端分别连接对应编号的伺服电动缸与控制箱上的伺服电机连接插头，锁紧连接插头；编号需对应匹配于控制箱中伺服驱动器的站号；

8、安装电缆保护盖，将电缆保护盖开口面朝向固定平台，围绕固定平台边沿拼接成一圈，各个伺服电动缸的连接电缆从最近的出线口出线，其余设置于电缆保护盖内；使用紧固件连接电缆保护盖与固定平台；

9、调整伺服电动缸达到初始化长度，向控制箱供电，启动控制系统，分别测量各个伺服电动缸的导杆伸出长度，记录各个伺服电动缸到达初始化长度所使用伺服电机的编码器读值，写入到控制系统中，作为基准参数；

10、安装运动平台，使用吊装设备同时吊挂运动平台的吊挂点，对正运动平台与固定平台，运动平台上动万向铰节器支撑座与动万向铰节器接触，对正动万向铰节器的固定孔与运动平台上动万向铰节器支撑座上的螺纹孔，使用紧固件均匀压紧连接；

11、连接防转机构，将防转机构的活动臂抬起接触到运动平台下底面上的防转固定座，调整运动平台使其中心在固定平台中心点垂直线上；调整防转机构上万向铰节器使其固定孔与防转固定座上的固定孔对正，使用紧固件紧固，连接防转机构与运动平台。

为更好的实施本发明创造，紧固定万向铰节器前，需调整定万向铰节器的注油口相对于固定平台朝外向上。

为更好的实施本发明创造，起吊伺服电动缸时，伺服电动缸表面需做防护；且紧固前伺服电动缸的接线插头应相对于固定平台正向朝外。

为更好的实施本发明创造，紧固动万向铰节器前，需调整动万向铰节器的注油口相对于固定平台朝外。

为更好的实施本发明创造，运动平台中心在固定平台中心点垂直线上，角度误差不超过±0.5°，位置误差不超过±2mm。

为更好的实施本发明创造，所述电缆保护盖采用金属材质。

为更好的实施本发明创造，所述伺服电动缸的初始化长度是指在三自由度运动平台启动后，伺服电动缸初始化完成时要达到的长度；以三自由度运动平台初始化完成后，运动平台的各自由度运动范围达最大为基准。

进一步的，当需要同时使用三个自由度，所述的伺服电动缸的初始化长度调整到伺服电动缸行程中间点位置；当需要使用上下运动的自由度，所述的伺服电动缸的初始化长度调整到伺服电动缸行程最长或最短的位置；当需要倾斜运动的自由度，所述的伺服电动缸的初始化长度调整到使运动平台倾斜的伺服电动缸行程位置。

为更好的实施本发明创造，步骤5能够在步骤1与步骤6之间的任一步骤完成后执行。

为更好的实施本发明创造，步骤6不仅限于在步骤5之后执行，为保障充足的操作空间，先于步骤10执行即可。

本发明创造通过上述技术方案，保证了三自由度运动平台装配结果的一致性和精确度。

附图说明

图1是本发明创造三自由度运动平台的装配示意图；

图2是本发明创造三自由度运动平台的初始化状态一的示意图；

图3是本发明创造三自由度运动平台的初始化状态二的示意图；

具体实施方式

结合本发明创造优选实施例及附图1-3，进一步说明本发明创造。

本优选实施例的三自由度运动平台的装配方法，包括以下步骤：

安装固定平台1的步骤，使用吊装设备同时吊挂固定平台1呈120°分布的三个吊挂点26，以使固定平台1的各吊挂点26受力均匀，减小吊装过程对固定平台变形的影响；然后将固定平台1平移到安装固定平台1的平整后安装基面上固定螺栓的正对方向，调整固定平台1的姿态，使固定平台1的固定螺栓孔与固定螺栓正对，然后缓慢移动固定平台1，使固定螺栓穿过固定平台1的所有固定螺栓孔，最后使用螺母将固定平台与螺栓均匀压紧连接一起，使固定平台1与固定螺栓所在安装基面紧贴在一起。由于在三自由度运动平台的运行过程中，固定平台1的不同部位受力大小和方向不是均匀和等同的，需要固定平台1的支撑基础即固定螺栓所在安装基面为固定平台提供稳定的固定基础，紧贴在一起可以减小整个三自由度运动平台在使用过程中固定平台1的变形，降低由于固定平台1自身的变形对整个三自由度运动平台工作时精确度的影响，提高整个三自由度运动平台运动的精确度。

安装定万向铰节器4的步骤，调整定万向铰节器4的方向和角度，使其注油口相对于固定平台1朝外向上，以方便在使用过程中进行加注润滑剂操作，减小使用过中维护人员的操作难度，提高使用过中的维护效率；将定万向铰节器4放置在固定平台1的定万向铰节器支撑座2上，使定万向铰节器4的固定孔与定万向铰节器支撑座2的各个螺纹孔正对，然后用螺栓穿过定万向铰节器4的固定孔旋入到定万向铰节器支撑座2的螺纹孔中，均匀压紧使定万向铰节器4与固定平台1连接一起；依此方法将其它的定万向铰节器与4固定平台1连接一起。

安装伺服电动缸(15、6、13)的步骤，使用吊带吊起伺服电动缸(15、6、13)，过程中应做防护，以避免划伤伺服电动缸(15、6、13)的表面；同时吊住伺服电动缸(15、6、13)的两端，使其在吊运过程中不会滑落和倾斜；调整伺服电动缸(15、6、13)的角度，使伺服电动缸(15、6、13)的接线插头相对于固定平台1正向朝外，以方便连接电缆的安装插接，同时也为使用过程的检修和维护留下良好的操作基础；将伺服电动缸(15、6、13)减速器端的螺纹孔与定万向铰节器4活动端的固定孔对正，使用螺栓穿过定万向铰节器4活动端固定孔后旋入伺服电动缸(15、6、13)减速器端的螺纹孔内，全部螺栓安装完成后，使用工具均匀压紧使伺服电动缸(15、6、13)与定万向铰节器4连接在一起。

安装动万向铰节器9的步骤，将动万向铰节器9的螺柱8正对着伺服电动缸(15、6、13)的导杆7螺纹孔，动万向铰节器9的螺柱8旋入伺服电动缸(15、6、13)的导杆7螺纹孔，直至螺柱8完全进入螺纹孔，然后再反向旋出45-90°，且使动万向铰节器9的注油口相对于固定平台1朝外，以方便在使用过程中进行加注润滑剂操作，减小使用过中维护人员的操作难度，提高使用过中的维护效率；反向旋出一定的角度，一方面为接下来的运动平台10装配时，动万向铰节器9预留一定的调整空间，另一方面在三自由度运动平台的使用过程中，一些空间运动动作会引起动万向铰节器9与伺服电动缸(15、6、13)发生相对运动，此反向旋出的一定角度也为此相对运动预留一定的空间，防止动万向铰节器9与伺服电动缸(15、6、13)在使用过程中因为相对运动而锁死，引起设备故障或精确度下降。

安装控制箱21的步骤，将控制箱21无固定耳的一面正对固定平台1中间位置的防转架28开口，然后将控制箱21缓慢平稳的推入防转架28内，直至控制箱21的固定耳20与防转架28的支撑立柱相紧贴，然后使用自攻螺丝钉穿过控制箱21固定耳20上的固定孔19，将控制箱21与防转架28固定在一起，限定控制箱21的位置，防止在三自由度运动平台的使用过程中意外滑出，损坏其连接的电缆，影响三自由度运动平台的正常使用。

安装防转机构11的步骤，将防转机构11未装配万向铰节器12的一端正对着防转架28顶部的防转固定盘17，调整防转机构11的角度，使防转机构11的三个活动臂分别朝向相邻的两台伺服电动缸的中间位置，处于该位置时，防转机构的三个转动臂14与伺服电动缸(15、6、13)在力学和运动学上形成互补，充分发挥了防转机构11的性能，防转效果最佳；同时使防转机构11的固定孔对正防转固定盘17上的螺纹孔，使用螺栓穿过防转机构11的固定孔旋入防转固定盘17的螺纹孔中，全部螺栓安装完成后，使用工具均匀压紧使防转机构11与防转架28连接在一起。

安装连接电缆的步骤，依靠近控制箱21电源插头22位置的伺服电动缸(15、6、13)编号为1(标号为15)，从伺服电动缸(15、6、13)的导杆7端向减速器端看，逆时针转向将伺服电动缸(15、6、13)分别编号为2(标号为6)、3(标号为13)，同样控制箱(21)上的伺服电机连接电缆插头(23、24、25)也依此规则依次编号为1(标号为23)、2(标号为24)、3(标号为25)；根据编号依次递增或递减的连接电缆，两端连接对应编号的伺服电动缸(15、6、13)与控制箱21上对应的伺服电机连接电缆插头5，然后使用锁紧机构锁紧电缆插头，以防止在使用过程中连接电缆脱落；在伺服电动缸(15、6、13)和控制箱21上的电缆插头编号(23、24、25)时，需要与控制箱21中伺服驱动器的站号相匹配；即无论三者谁的编号变动，另外两个均需要对应变动，才能保障整个三自由度运动平台的使用过程中，实际的运动动作和指令运动动作相符，位置、姿态和运动性能达到指令要求的预期情况。在实际工作中，原则上伺服驱动器的站号已先确定，因此，只需要对应匹配其他两者即可。伺服电动缸(15、6、13)与控制箱21上对应的伺服电机连接电缆插头(23、24、25)匹配是保障整个三自由度运动平台正常运动的重要装配节点，另一方面，采用统一和匹配的编号可以提高不同批次和不同规格设备的一致性，方便使用过程中的检修和维护，提高检修和维护效率，降低检修和维护成本。

安装电缆保护盖3的步骤，将电缆保护盖3开口面朝向固定平台1，围绕固定平台1边沿拼接成一圈，同时使各个伺服电动缸(15、6、13)的连接电缆从最近的出线口出线，其余连接电缆设置在电缆保护盖3内；然后使用自攻螺丝钉将电缆保护盖3与固定平台1连接在一起；使用电缆保护盖3一方面可以对各连接电缆进行防护，保护连接电缆在使用过程中不受外部作用力的损坏；另一个方面，采用金属材质的电缆保护盖3，可以起到信号屏蔽保护的作用，防止连接电缆传输信号受到外部信号干扰信号源的干扰，也防止三自由度运动平台在使用过程中，连接电缆传输的信号干扰到三自由度运动平台以外的设施；其次，电缆保护盖3还对其内部穿行的连接电缆有限位作用，防止其随意被挪动；在使用了合适的喷涂颜色与其它三自由度运动平台的零部件搭配以后，还有外观装饰作用，视觉上看起来更加美观。

结合图2、图3，调整伺服电动缸(15、6、13)达到初始化长度的步骤，向控制箱21供电，启动控制系统，分别测量各个伺服电动缸(15、6、13)的导杆伸出长度，控制各个伺服电动缸(15、6、13)到达初始化长度，记录此时各个伺服电动缸(15、6、13)所使用伺服电机的编码器读值，然后写入到控制系统中，作为控制系统进行控制的基准参数。所述的伺服电动缸(15、6、13)达到的初始化长度是指通过计算、模拟或根据经验得到的，在三自由度运动平台使用过程中，为达到最佳使用效果，三自由度运动平台启动后，初始化完成时要达到的长度；为达到更佳的使用效果，用户可以调整初始化长度，调整的依据是在三自由度运动平台初始化完成后，三自由度运动平台的各自由度运动范围达最大，以此来达到可以达到的最佳使用效果：比如需要同时使用三个自由度，就需要将初始化长度调整到伺服电动缸(15、6、13)的行程中间点位置；再比如需要使用上下运动的自由度，则需要将初始化长度调整到伺服电动缸(15、6、13)行程最长或最短的位置；再比如需要使用倾斜运动的自由度，则需要将初始化长度调整使运动平台10倾斜的伺服电动缸(15、6、13)行程位置。

安装运动平台10的步骤，使用吊装设备同时吊挂运动平台的吊挂点，以使运动平台的各吊挂点受力均匀，减小吊装过程对运动平台变形的影响；平移运动平台10到固定平台1的正对方向，再平移到与动万向铰节器9接触，调整动万向铰节器9的摆角角度和旋转角度，使动万向铰节器9的固定孔与运动平台10上动万向铰节器支撑座29上的螺纹孔正对，使用螺栓穿过动万向铰节器9的固定孔旋入到动万向铰节器支撑座29的螺纹孔中，然后均匀压紧使动万向铰节器9与运动平台10连接一起；依此方法将其它的动万向铰节器9与运动平台10连接一起。

连接防转机构11，将防转机构11的活动臂14抬起接触到运动平台10下底面上的防转固定座30，调整运动平台10的位置和角度，使运动平台中心10在固定平台1中心点垂直线上，直线误差不超过±2mm，角度误差不超过±0.5°；如果装配误差过大，会造成运动平台10的位置精确度下降，甚至达不到使用要求的精确度；调整防转机构11上万向铰节器12的角度，使运动平台10上的防转固定座30上的固定孔与防转机构11上万向铰节器12的固定孔对正，使用螺栓穿过防转机构11上万向铰节12的固定孔和运动平台10上的防转固定座30上的固定孔后装上螺母，全部螺栓和螺母安装完成后，使用工具均匀压紧使防转机构11与运动平台10连接在一起。

上述优选实施例的装配顺序为a顺序，其中，作为另一实施例时，调整伺服电动缸(15、6、13)达到初始化长度的步骤与安装运动平台10的步骤可以调换，相对a顺序，先执行安装运动平台的步骤再执行调整伺服电动缸(15、6、13)达到初始化长度的步骤，在装配完成运动平台10后，运动平台10的自重力会通过动万向铰节器9作用到伺服电动缸(15、6、13)的导杆上，再执行调整伺服电动缸(15、6、13)达到初始化长度的步骤对应的操作时可能会引起伺服电动缸(15、6、13)不可控的伸缩长度变化，增加安全隐患，不利于装配过程中的生产安全。

安装伺服电动缸(15、6、13)步骤与安装动万向铰节器9步骤可调换，或安装伺服电动缸(15、6、13)步骤和安装定万向铰节器4步骤可调换，相对a顺序，伺服电动缸(15、6、13)不是单独装配的，此时该组合部件包含有动万向铰节器9或定万向铰节器4的重量，会增加装配时的难度，降低装配效率。

安装控制箱步骤与安装连接电缆步骤为先后顺序，但不是紧接的顺序，安装控制箱步骤可以在步骤1与步骤6之间的任一步骤完成后执行，即控制箱21可以在伺服电动缸(15、6、13)及动万向铰节器9或定万向铰节器4装配前后进行，甚至在防转机构安装步骤后进行，而不会对整个装配效果产生实质影响。同时，安装防转机构11不仅限于在安装控制箱步骤之后执行，但为便于安装防转机构11时安装人员有充足的操作空间，安装防转机构11的步骤应先于安装运动平台步骤前执行，而且不会对装配效果产生实质影响。