航天器大型舱段总装用可升降式多功能支架车的制作方法

本发明属于航天器总装设备技术领域，具体来说，本发明涉及一种在航天器系统集成过程中使用的大型舱段多功能支架车，该装备能够实现大型航天器舱段水平状态垂直升降及回转等位姿调整和几何精度保持，满足航天器产品的装配需求。

背景技术：

在当前航天器总装行业中，大型舱段总装时使用的典型地面总装工艺装备主要有两类。一类是舱段的停放架车，由单一的结构件组合而成，主要包括主框架、地脚支撑装置和对接框，地脚支撑装置用于工装的停放，主框架是主承力结构，对接框用于航天器产品与工装的连接。该工装仅具有停放功能，舱体以固定姿态放置在工装上进行总装实施，舱体姿态不能进行改变，无法满足航天器产品总装作业过程中舱体姿态调整的需求。另一类工装是舱体停放/翻转架车，该工装在停放架车的基础上，在对接框与主框架之间设置了具有手动调整功能的翻转轴，构成了翻转机构，从而增加了单轴翻转功能，可以实现舱体绕某个水平坐标轴的翻转，从而完成舱体姿态的单自由度旋转调整。一部分单轴翻转架车可以实现360°的舱体回转，另一部分单轴翻转架车只能实现较小角度内的翻转。这种工艺装备设计较为成熟，使用广泛。但手动翻转功能人力耗费较大、效率低，航天器产品部分区域无法实现作业，单轴翻转无法满足航天器产品多自由度姿态调整的需求。

目前，航天器舱段大多利用停放架车或单轴翻转架车作为载体，进行总装实施，例如参见图1，图1显示了现有技术中航天器支撑类地面机械工艺装备的示意图。受到舱体姿态不能根据需求进行调整的约束，很多总装作业项目(比如电缆铺设、管路安装等)的操作效率低下，部分总装作业项目无法实现安全作业。此模式下对装配作业人员的个体技能要求高，作业效率低下，在总装实施过程中，存在较大的人员损伤、航天器损伤等风险。针对大型航天器需要实现高处作业和多位姿调整的需求，传统的工艺装备却无法实现。为此，提供一种能够实现垂直升降、水平回转功能的支架车是必需的。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种航天器大型舱段总装用可升降式多功能支架车，以满足航天器大型舱段总装的高精度装配定位及多自由度姿态调整的需要。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

航天器大型舱段总装用可升降式多功能支架车，主要包括主体支撑框架、垂直升降机构、回转装置、行走装置、地脚支撑装置和控制系统，其中，主体支撑框架两侧分别设置安装垂直升降机构基座，垂直升降机构与主体支撑框架融合成一体设计，采用螺旋升降运动方式，其中，垂直升降机构在主体支撑框架两侧各设置一套，采用双电机同步驱动方式，回转装置布置在垂直升降机构的导轨上，由垂直升降机构的电机及丝杠驱动而进行竖直方向运动，回转装置一侧采用电机驱动，另一侧为从动机构，回转装置主动端回转轴上布置大齿轮，起到传递扭矩、驱动航天器大型舱段回转的作用；从动端回转轴上安装套筒，与主动端回转轴组成旋转轴系；控制系统机柜布置在主体支撑框架一侧，用于控制升降机构垂直升降、回转装置回转和主体支撑框架电动升降自动运动，控制系统机柜布置在升降机构附近，与垂直升降机构一体设计，不单独占用空间。

其中，主体支撑框架下部四角分别布置一套带自转向功能的重载行走轮，形成可任意方向移动的轮组，实现支架车水平状态运输方向任意变换，有利于支架车重载状态下的运输。

其中，主体支撑框架用于支撑垂直升降机构和航天器产品，在产品载荷2000kg下，可保持水平方向形变不超过10mm。

其中，主体支撑框架下方底部四角分别设置一套可进行整体高度调节(z方向电动、手动升降)的地脚支撑，形成支撑装置。

其中，垂直升降机构对称布置在主体框架两侧，通过丝杠、导轨、驱动电机及从动平台完成竖直方向的线性运动，双侧同步运动精度可达不大于1mm。

其中，回转装置可实现绕水平轴线360°回转功能，完成2000kg重量舱体的任意角度回转及定位，回转精度优于0.1°。

其中，回转装置的主动轴一侧设置驱动电机和齿轮，从动端一侧设置随动轴承，用于提供与大型舱体连接的接口。

其中，控制系统实现垂直升降机构运动速度5mm/s，主体支撑框架电动支撑地脚升降速度4mm/s，回转装置回转速度60s/rad，各运动速度均可全行程线性调整。

与现有技术中不具有升降功能的普通工艺装备相比，本发明的多功能支架车，能够实现了航天器大型舱体垂直方向大行程姿态调整、并满足多自由度高精度调节需求。

附图说明

图1是现有技术中航天器支撑类地面机械工艺装备的示意图；

图2、图3是本发明的航天器大型舱段总装用可升降式多功能支架车结构组成示意图；

1为主体支撑框架中的承载底面；2为主体支撑框架中的立柱(含楼梯)；3为垂直升降机构中的丝杠；4为垂直升降机构中的导轨；5为垂直升降机构中的安全螺母；6为回转装置中的驱动电机；7为回转装置中的主动轴；8为回转装置中的从动轴；9为底面支撑装置的地脚；10为行走装置中的轮组牵引杆；11为行走装置的轮组；12为控制系统的控制机柜。

具体实施方式

以下介绍的是作为本发明所述内容的具体实施方式，下面通过具体实施方式对本发明的所述内容作进一步的阐明。当然，描述下列具体实施方式只为示例本发明的不同方面的内容，而不应理解为限制本发明范围。

如图2、图3所示，本发明的航天器大型舱段总装用可升降式多功能支架车，主要包括主体支撑框架、垂直升降机构、回转装置、支撑装置、行走装置和控制系统。主体支撑框架两侧分别设置一套垂直升降机构基座，对称布局，用以安装垂直升降机构。垂直升降机构采用螺旋升降运动方式，主要包括螺旋升降机、丝杠3、导轨4及从动平台。垂直升降机构在主体支撑框架两侧各设置一套，采用双电机同步驱动方式。螺旋升降机布置在垂直升降机构基座上，驱动丝杠3进行转动，导轨4与丝杠3沿竖直方向平行布置，是升降运动的导向装置，确保载荷连接点均匀受力，有利于减轻整套支架车的重量，具有结构紧凑、重量轻、可靠性高等优点。回转装置布置在垂直升降机构上，由丝杠3驱动沿竖直方向运动。回转装置分为两部分，分别布置在主体支撑框架两侧的垂直升降机构上，一侧采用驱动电机6驱动，另一侧为从动机构。回转装置主动端回转轴即主动轴7上安装大齿轮，与回转架车上对应轴系连接后，起到传递扭矩、驱动大型舱段回转的作用；从动端回转轴即从动轴8上安装套筒，与主动轴7组成旋转轴系，两组轴系同轴度可达0.2mm。控制系统的控制机柜12布置在主体支撑框架一侧，与垂直升降机构一体布局。主体支撑框架下部四角分别布置一套带自转向功能的重载行走轮，形成可任意方向移动的轮组，构成一整套行走装置，实现支架车水平状态任意方向的行走运输。分别在每个轮组附近布置一个支撑结构，构成一整套支撑装置，具有沿竖直方向进行高度调节的功能，具有手动、电动两种工作模式。

具体来说，本发明中的主体支撑框架为倒π形结构，主要由承载底面1和两侧的立柱2组成。底面1主要采用空心方钢管焊接结构，在减轻重量的同时保证架车的整体刚度。主体支撑框架立柱后侧形成三角形结构进行加强，保证两侧升降系统的刚度，并在三角形结构外侧设置扶梯，以方便人员上下移动，同时三角形结构对控制系统线缆进行遮蔽，有利于工艺装备美观。同时，按扶梯下部空间尺寸将控制系统控制机柜置入。楼梯下部除控制柜位置均设计成箱式结构，作为存储附件、线缆使用。为了便于人工操作，在支撑平台上不同高度位置设置了伸缩装置，设计护栏，确保操作人员的安全。

本发明中的垂直升降机构安装在架车主体框架的两侧，考虑到支架车需要结构紧凑、体积小、重量轻，并且承载的产品为近似刚体结构，升降系统采用螺旋升降结构。垂直升降结构由丝杠、导轨、驱动电机及从动平台组成。为确保大型舱段连接点受力均匀，将升降机构在架车两侧各设置一套，两侧机构同步驱动。其工作过程是电机驱动丝杠完成转动，通过固定在从动平台上的安全螺母5驱使从动平台升降，从动平台通过两侧的滑块与导轨4连接，整个运动过程中，由导轨提供导向，将导轨上的滑块与从动平台连接，确保在承受偏心力矩时，丝杠3不发生弯曲。丝杠3选用m80梯形齿丝杠升降机，丝杠间隙0.1mm。梯形齿丝杠采用sn-r型安全螺母5进行机械驱动和限位，安全螺母5安装在主螺母下方，正常工作状态不承受轴向载荷，同时对单向负载起保护作用，螺母磨损失效，安全螺母将承担全部载荷。升降控制系统采用两套交流伺服电机和交流驱动控制模块构成伺服电机调速控制系统。为分摊升降系统螺旋升降机侧向力，每台螺旋升降机周围设置2条导轨，可提高升降系统使用精度和增加使用寿命。垂直升降机构运行时，控制系统通过两套伺服升降系统以相同的速度运行，并达到同时启动、停止。控制系统主控制器(plc)接收到运动参数的指令后，传递给驱动器，由驱动器内部控制器得到信息并驱动电动机转动，丝杠跟着转轴旋转，螺母带动旋转系统升降。而安装在电动机上的编码器实时检测出电机的力矩、速度、位置信息并发送到驱动器，构成升降闭环控制系统，以实时精确地控制各升降的高度，同时信息传输给微型控制器，微型控制器通过正解运算，计算出平台实时姿态，实时调整平台姿态，以作为下次动作指令的参考，以确保控制精度。若两台伺服电机启动过程中其中一台电机由于故障而无法运行，另外一台电机也停止运行，防止出现单侧受力，甚至由于作用力的不均匀而导致变形。

本发明中的回转装置设置在垂直升降机构的上部，固定于升降结构中的从动平台上表面，用于大型舱段水平回转，分为主动端和从动端。主动端回转轴上安装大齿轮，与支架车上对应轴系连接后，起到传递扭矩、驱动舱段回转的作用；支撑端回转轴上安装套筒，与主动端回转轴组成旋转轴系。架车上回转轴接口(支架车两侧回转装置之间的跨距)具有调节能力，将回转装置突出升降结构内表面安装。采用伺服电机作为回转装置运动的动力源，伺服电机自身具备输出实时驱动力矩的功能。传动系统本身包含两级减速，第一级为蜗轮蜗杆减速，第二级为直齿轮减速，总减速比200:1。在蜗轮蜗杆输入端再串联一个行星减速器，减速比20:1，进一步提升减速比，以满足力矩输出需求。

本发明中，主体支撑框架下方底部四角设置一套可进行整体高度调节(z方向电动、手动升降)的地脚9支撑，组成底面升降系统，由4个垂直升降机构成，可以实现垂直方向最大行程600mm的运动。该装置通过切换，可实现手动、电动升降两种工作模式。

本发明中，主体支撑框架下方底部四角分别设置一套重载行走轮，行走装置由四个重载滑动轮组11构成。每个轮组11自带牵引转向杆10，通过人力驱动，均可实现任意角度的变换，从而实现支架车行走方向的任意调节，极大地增加了行走便利性。

本发明中的控制系统硬件全部安装在控制机柜12中，控制机柜12布置在主体支撑框架一侧，与垂直升降机构一体设计，极大地节省了布局空间。控制机柜前操作面板由电源控制区和工业控制屏组成，可直接对前面板操作即可完成回转功能、垂直升降功能、主体支撑框架底面升降功能等的自动控制。控制面板分三个区域分别设置垂直升降系统、回转系统、底面升降系统对应的功能按钮。控制机柜后连接面板安装了轴流风机、输入电源接口、电机电缆接口、编码器电缆接口和接地桩，控制机柜内器件布置遵守强弱电布线分开、易于操作维护、通风散热良好的原则。垂直升降系统、回转系统、底面升降系统共同设计，实现三个系统的软件集成，可实现大型舱段升降功能、回转功能、底面升降功能等的自动控制。

尽管上文对本发明的具体实施方式进行了详细的描述和说明，但应该指明的是，我们可以对上述实施方式进行各种改变和修改，但这些都不脱离本发明的精神和所附的权利要求所记载的范围。