专利名称：大型高精度大惯量回转装配机械臂系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种机械装配装置，具体是一种航天领域的大型高精度装配系统。
背景技术：
在我国载人航天和探月工程取得成功之后，空间站将成为我国航天未来发展的重点，空间站建立的主要用途就是在太空中为人类提供一个可长期运行的科学实验室，为此在空间站内必须具备与各项研究相配套的试验仪器和设备，但由于该类仪器设备外型尺寸，重量都比较大，这就给空间站地面总装提出了挑战，并且有的仪器设备需要重复性的装配和移动，同时受到空间站结构尺寸和有些连接机构在装配的过程中是不可见的限制，这 就使整个装配过程变得更为复杂，人力已无法完成，必须依靠相应辅助装配系统才能安全、可靠并高效地进行。
发明内容本实用新型的目的是提供一种大型高精度大惯量回转装配机械臂系统，该系统可提高效率并降低装配过程中人员的操作风险。为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是一种大型高精度大惯量回转装配机械臂系统，包括末端执行机构、伸缩机械臂和基座主体，伸缩机械臂的前后端分别连接末端执行机构和基座主体；末端执行机构上设有对接支架及支撑臂，伸缩机械臂包括伸缩组件和支撑架，末端执行机构上的支撑臂与伸缩机械臂上的伸缩组件连接，伸缩机械臂上的支撑架与基座主体连接。在使用时，操控大型高精度大惯量回转装配机械臂系统使其末端执行机构上的对接支架与待安装仪器设备对接固定，随后控制基座主体和伸缩机械臂将待安装仪器设备送到指定安装位置，通过调整末端执行机构使待安装仪器设备与固定接口对正，之后安装固定。本实用新型所述的大型高精度大惯量回转装配机械臂系统，具有装配精度高，回转惯量大，运动范围广，载荷承重大的特点，可以减少仪器设备在空间站地面总装过程中的传送流程，降低人为导致的操作风险，提高装配效率，节省操作时间。
图I为本实用新型大型高精度大惯量回转装配机械臂系统的结构示意图。图2为本图I的俯视图。图3为末端执行机构的结构示意图。图4为伸缩机械臂的结构示意图。图5为伸缩机械臂的支撑架结构示意图。图6为基座主体的结构示意图。[0014]图中，I-末端执行机构，2-伸缩机械臂，3-基座主体，101-对接支架，102-回转支架，103-螺旋机构，104-移动支架，105-第一推杆组件，106-升降机构，107-支撑臂，108-第二推杆组件，109-扇形齿轮，110-小齿轮，201-第一级丝杠，202-第一级螺母，203-第二级丝杠，204-第二级螺母，205-第一级臂，206-第二级臂，207-第三级臂，208-第一固定座组件，209-第二固定座组件，210-固定板，211-支撑架，301-升降系统，302-旋转系统，303-平移系统。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型所述的大型高精度大惯量回转装配机械臂系统做具体说明。如图1、2所示，本实用新型所述的一种大型高精度大惯量回转装配机械臂系统，包括末端执行机构I、伸缩机械臂2和基座主体3，伸缩机械臂2的前后端分别连接末端执行机构I和基座主体3。末端执行机构I上设有对接支架101及支撑臂107，伸缩机械臂包括伸缩组件和支撑架211，末端执行机构I上的支撑臂107与伸缩机械臂2上的伸缩组件连接，伸缩机械臂2上的支撑架211与基座主体3连接。如图3所示，末端执行机构I包括对接支架101、回转支架102、螺旋机构103、移动支架104、第一推杆组件105、升降机构106、支撑臂107和第二推杆组件108，对接支架101中部设有环形对接板，环形对接板上设有扇形齿轮109，回转支架102上固定有与扇形齿轮109配合的小齿轮110，环形对接板上固定有转盘轴承，回转支架102通过转盘轴承与对接支架101连接，移动支架104设置于回转支架102内侧，螺旋机构103的两端通过万向节分别与移动支架104顶端中部和回转支架102顶端中部连接，第一推杆组件105与第二推杆组件108为丝杆螺母结构，第一推杆组件105和第二推杆组件108分别铰接于回转支架102底部两端，第一推杆组件105的壳体铰接于移动支架104底部一端，第二推杆组件108的壳体螺接于移动支架104底部另一端，支撑臂107设置于移动支架104内侧，移动支架104与支撑臂107之间通过升降机构106连接，升降机构106采用丝杠螺母机构，丝杠固定在支撑臂107上，螺母固定在移动支架104上。回转支架102通过驱动齿轮实现绕Y轴旋转，旋转螺旋机构103可实现对接支架的前后俯仰，调节一个推杆组件可以实现对接支架左右偏转，同步调节两个推杆组件可以实现对接支架前后俯仰。如果推杆组件和螺旋机构同步调节，可以实现对接支架101的前后水平移动。升降机构106采用丝杠螺母结构，驱动丝杠旋转，带动移动支架上下移动。仪器设备安装在对接支架101上，然后将末端执行机构靠近安装位置，最后通过调整螺旋机构103、回转支架102、第一推杆组件105、第二推杆组件108，直至将仪器设备的对接面与舱体的待安装面对齐为止。末端执行机构I是伸缩机械臂2和仪器设备之间的接口，主要负责承载仪器设备重量并对其进行精确安装，通过多自由度的运动，调整仪器设备的位姿使仪器设备与空间站内的接口对接，同时补偿伸缩机械臂的变形量。另外通过更换末端执行机构可以使大型高精度大惯量回转装配机械臂系统适应各种仪器设备的安装需求，同时末端执行机构的更换能力还使大型高精度大惯量回转装配机械臂系统能够实现更多的任务，而不仅仅局限于仪器设备的安装，并且每一套末端执行机构都拥有与装入仪器设备配套的接口。最后，在控制末端执行机构工作的方法中，手动操作末端执行机构是首选方法，这样操纵者可以直观的看到仪器设备是否对准接口。如图4所示，伸缩机械臂2上的伸缩组件包括驱动装置、第一级丝杠201、第一级螺母202、第二级丝杠203、、第二级螺母204、以及从外向内依次套装的第一级臂205、第二级臂206、第三级臂207、第一固定座组件208和第二固定座组件209 ;第一级臂205、第二级臂206和第三级臂207的末端外侧均设有固定板210,第一级臂205末端外侧固定板与第一固定座组件208固定连接；第一级丝杆201的末端通过第一转接套筒与驱动装置连接，前端伸入第二级丝杆203内孔内；第二级丝杠203通过第二转接套筒与第二级丝杠203末端连接，第一级螺母202与第二固定座组件209连接并固定在第二级臂206末端外侧固定板上，第一级螺母202与第一级丝杠201配合；第二级丝杠203前端伸入第三级臂207的内腔，第二级螺母204固定在第三级臂206末端外侧固定板上，第二级螺母204与第二级丝杠203配
八
口 ο第三级臂207的前端与末端执行机构上的支撑臂107连接。控制驱动装置运转，来驱动第二级臂206和第三级臂207同步移动，从而将上天硬件产品送到指定的安装位置。驱动装置驱动第一级丝杠201转动，第一级螺母202将旋转运动转化成直线运动，带动第二级臂206和第二级丝杠203 —起移动，同时，第一级丝杠201通过键配合将转动传递至第二级丝杠203上，第二级螺母204将转动转化成直线运动，带动第三级臂207相对第二级臂206以同样速度直线运动，从而实现伸缩机械臂的同步伸缩运动。每一级臂都是由钢板焊接而成，截面为六边形的长方体，伸缩臂之间都安装有相应的滑动组件，这样可以减小伸缩段之间的摩擦阻力，提升伸缩运动的性能。伸缩机械臂作为安装过程中主要的承载部件，其可以提供一定范围内的伸缩运动，同时伸缩机械臂末端设置有可与末端执行机构相连接的通用接口，可以方便不同的末端执行机构与其相连接。如图5所示，伸缩机械臂2的支撑架211是根据伸缩臂的外形专门设计焊接而成的一个钢架。支撑架211设有与基座主体连接的内置接口，使支撑架211与基座主体3连接。另外支撑架211的后方安有移动配重块，防止设备在使用的过程中发生倾覆，同时也提高了基座主体3上的升降丝杠的运动性能。如图6所示，所述的基座主体3包括升降系统301、旋转系统302和平移系统303。升降系统301安装在一个封闭钢架内，由安装在钢架底部的升降系统支撑架上的四组升降丝杆螺母机构组成，采用滚珠丝杠，升降丝杆外侧配有导向柱，升降丝杆与螺母配合并由电机驱动，升降系统301上的驱动电机还与减速器及换向器连接，升降系统301采用两个驱动电机进行驱动，这样不仅可以缩短传动轴的长度，从而降低系统的惯性，而且两个驱动电机可以避免单点失败。旋转系统302包括一个安装在升降系统支撑架下方的盘式轴承，盘式轴承下端与旋转系统支撑架连接。旋转系统302安装在升降系统301的下方，为的是使升降系统支撑架的变形最小化，同时为了减小惯性，伸缩机械臂的前两个伸缩臂必须在旋转之前收回，从而可以有效的降低惯性。平移系统303包括丝杠、滑块和滑块导轨，丝杠安装在平移系统支撑架上部，与丝杠配合的螺母固定于旋转系统支撑架，滑块安装在旋转系统支撑架底部并与滑块导轨配合。平移系统303可以移动伸缩机械臂和基座主体的升降系统、旋转系统。除此之外，平移系统303还配备有可以起重和移动整个大型高精度大惯量回转装配机械臂系统的气浮支撑。基座主体3不仅要支撑伸缩机械臂，并且对大型高精度大惯量回转装配机械臂系统提供三个自由度的运动范围，即升降运动、旋转运动和平移运动，各个动作能独立进行，但每个动作又有一定程度的结构支持，最高层的是升降系统，然后是旋转系统和平移系统，三者相辅相成。本实用新型大型高精度大惯量回转装配机械臂系统操作流程如下步骤I :旋转并降低大型高精度大惯量回转装配机械臂系统的伸缩机械臂2，将末端执行机构I与待安装仪器设备(连同转运车)对准。把末端执行机构I进行微调，然后与待安装仪器设备的接口连接在一起。步骤2 :将待安装仪器设备的重量脱离转运车，并从转运车上拆离。 步骤3 :利用舱门作为位置基准提升并旋转伸缩机械臂2。步骤4 :伸长大惯量回转装配机械臂系统的伸缩机械臂2，将待安装仪器设备移动到舱体入口附近。步骤5 :调整基座主体3的升降运动和平移运动，使待安装仪器设备和舱体入口位置合适。(末端执行机构I可进行微调补偿伸缩机械臂的变形)步骤6 :伸长伸缩机械臂2，直到移动到要安装的位置。步骤7 :调整末端执行机构将待安装仪器设备安装入位，之后拆除末端执行机构
Io
权利要求1.一种大型高精度大惯量回转装配机械臂系统，其特征在于包括末端执行机构(I)、伸缩机械臂(2)和基座主体(3)，伸缩机械臂(2)的前后端分别连接末端执行机构(I)和基座主体(3);末端执行机构(I)上设有对接支架(101)及支撑臂(107)，伸缩机械臂包括伸缩组件和支撑架(211)，末端执行机构(I)上的支撑臂(107)与伸缩机械臂(2)上的伸缩组件连接，伸缩机械臂(2)上的支撑架(211)与基座主体(3)连接。
2.根据权利要求I所述的一种大型高精度大惯量回转装配机械臂系统，其特征在于，末端执行机构(I)包括对接支架(101)、回转支架(102)、螺旋机构(103)、移动支架(104)、第一推杆组件(105)、升降机构(106)、支撑臂(107)和第二推杆组件(108)，对接支架(101)中部设有环形对接板，环形对接板上设有扇形齿轮(109)，回转支架(102)上固定有与扇形齿轮(109)配合的小齿轮(110)，环形对接板上固定有转盘轴承，回转支架(102)通过转盘轴承与对接支架(101)连接，移动支架(104)设置于回转支架(102)内侧，螺旋机构(103)的两端通过万向节分别与移动支架(104)顶端中部和回转支架(102)顶端中部连接，第一推杆组件(105)与第二推杆组件(108)为丝杆螺母结构，第一推杆组件(105)和第二推杆组件(108)分别铰接于回转支架(102)底部两端，第一推杆组件(105)的壳体铰接于移动支架(104)底部一端，第二推杆组件(108)的壳体螺接于移动支架(104)底部另一端，支撑臂(107)设置于移动支架(104)内侧，移动支架(104)与支撑臂(107)之间通过升降机构(106)连接，升降机构(106)采用丝杠螺母机构，丝杠固定在支撑臂(107)上，螺母固定在移动支架(104)上。
3.根据权利要求I所述的大型高精度大惯量回转装配机械臂系统，其特征在于伸缩机械臂(2)包括伸缩组件和支撑架，伸缩组件包括驱动装置、第一级丝杠(201)、第一级螺母(202)、第二级丝杠(203)、第二级螺母(204)、以及从外向内依次套装的第一级臂(205)、第二级臂(206)、第三级臂(207)、第一固定座组件(208)和第二固定座组件(209)； 第一级臂(205)、第二级臂(206)和第三级臂(207)的末端外侧均设有固定板(210)，第一级臂(205)末端外侧固定板与第一固定座组件(208)固定连接；第一级丝杆(201)的末端通过第一转接套筒与驱动装置连接，前端伸入第二级丝杆(203)内孔内；第二级丝杠(203)通过第二转接套筒与第二级丝杠(203)末端连接，第一级螺母(202)与第二固定座组件(209)连接并固定在第二级臂(206)末端外侧固定板上，第一级螺母(202)与第一级丝杠(201)配合；第二级丝杠(203)前端伸入第三级臂(207)的内腔，第二级螺母(204)固定在第三级臂(206 )末端外侧固定板上，第二级螺母(204 )与第二级丝杠(203 )配合。
4.根据权利要求I所述的大型高精度大惯量回转装配机械臂系统，其特征在于所述的基座主体(3)包括升降系统(301)、旋转系统(302)和平移系统(303)，升降系统(301)安装在一个封闭钢架内，由安装在钢架底部的升降系统支撑架上的四组升降丝杆螺母机构组成，升降丝杆由电机驱动；旋转系统(302)包括一个安装在升降系统支撑架下方的盘式轴承，盘式轴承下端与旋转系统支撑架连接；平移系统(303)包括丝杠、滑块和滑块导轨，丝杠安装在平移系统支撑架上部，与丝杠配合的螺母固定于旋转系统支撑架，滑块安装在旋转系统支撑架底部并与滑块导轨配合。
专利摘要本实用新型提供一种大型高精度大惯量回转装配机械臂系统，包括末端执行机构、伸缩机械臂和基座主体，伸缩机械臂的前后端分别连接末端执行机构和基座主体；末端执行机构上设有对接支架及支撑臂，伸缩机械臂包括伸缩组件和支撑架，末端执行机构上的支撑臂与伸缩机械臂上的伸缩组件连接，伸缩机械臂上的支撑架与基座主体连接。操控大型高精度大惯量回转装配机械臂系统使其末端执行机构上的对接支架与待安装仪器设备对接固定，随后控制基座主体和伸缩机械臂将待安装仪器设备送到指定安装位置，通过调整末端执行机构使待安装仪器设备与固定接口对正，之后安装固定。本实用新型所述的装配机械臂系统具有装配精度高，回转惯量大，运动范围广特点。
文档编号B64G1/66GK202574633SQ20122016258
公开日2012年12月5日 申请日期2012年4月17日 优先权日2012年4月17日
发明者刘鹏, 孟建民, 李振新, 武二玉 申请人:中国航天科技集团公司第五研究院第五一八研究所