一種用於精密裝配的兩級並在線上器人裝置

《一種用於精密裝配的兩級並在線上器人裝置》是清華大學、山東億九電氣發展有限公司於2014年3月20日申請的專利，該專利申請號為2014101055980，公布號為CN103846649A，公布日為2014年6月11日，發明人是邵珠峰、尤政、王立平、唐曉強、張兆坤、劉志華、高東川、王長偉。

一種用於精密裝配的兩級並在線上器人裝置，屬於精密儀器設備領域，該裝置由繩索並在線上構和Stewart並在線上構組成，繩索並在線上構的索平台同時充當所述Stewart並在線上構的靜平台，Stewart並在線上構的動平台位於其靜平台下端，通過6根伸縮腿與其靜平台相連線，其中索平台能夠實現大範圍內位姿調整，但由於繩索的剛度低，容易在裝配衝擊等干擾下產生振動，Stewart並在線上構的動平台在伸縮腿的驅動下可以有效的妳補位姿偏移，測量系統由6個拉線編碼器和精確測量點組成，拉線編碼器的測量端點有規律地與各精確測量點相連線，在裝配過程中實時測量並解算索平台的位姿，用於繩索並在線上構和Stewart並在線上構的控制，從而實現精密裝配。

2021年6月24日，《一種用於精密裝配的兩級並在線上器人裝置》獲得第二十二屆中國專利銀獎。

（概述圖為《一種用於精密裝配的兩級並在線上器人裝置》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：一種用於精密裝配的兩級並在線上器人裝置
• 公布號：CN103846649A
• 申請人：清華大學、山東億九電氣發展有限公司
• 發明人：邵珠峰、尤政、王立平、唐曉強、張兆坤、劉志華、高東川、王長偉
• 申請號：2014101055980
• 申請日：2014年3月20日
• 公布日：2014年6月11日
• 地址：北京市海淀區100084信箱82分箱清華大學專利辦公室
• 代理機構：西安智大智慧財產權代理事務所
• 代理人：賈玉健
• Int. Cl.：B23P19/00(2006.01)I; B25J9/00(2006.01)I
• 類別：發明專利

專利背景

裝配技術是製造業的核心關鍵技術，在太空飛行器對接以及飛機裝配製造過程中，裝配零部件往往尺寸大、載荷重，另外，加工精密的零部件對裝配精度有比較苛刻的要求。不僅如此，對作業效率和自動化程度的需求，使得製造裝備對機器人技術的依賴增大。因此，具有大工作空間、重載荷能力的用於精密裝配的機器人裝置的開發對裝配技術乃至製造業具有重要意義。

在飛機製造中主要採用以下幾種裝配機構。第一種為型架加吊車方式裝配，它利用廠房天車或地面吊車吊起參與裝配的飛機部件，將支撐位於機體外表面的定位接頭放置在型架上的定位交點，利用型架本身的相對基準，完成產品部件的裝配。該種方法能夠完成較大質量構件的裝配，但是自動化程度較低。由於吊車或者廠房天車的定位精度較低，所以必須採用專用的夾具，且必須針對不同裝配部件定製型架。第二種為串聯式機械支柱，它能夠實現3個相互垂直方向平移運動，且具有較高定位精度的模組化單元。可以採用多台機械支架形成一個網狀系統，與飛機部件或部件外表面的固定托架上的支撐接頭一對一連線，以提高承載能力。串聯式機械支柱的承載能力有限，一般多用於壁板及翼梁的裝配。還有一種是剛性並在線上構，相對於傳統的串在線上構而言，並在線上構具有剛度較大、承載能力強、累積誤差小以及運動性能好等優點。並在線上構的優點很好的彌補了原有串在線上構的不足，拓寬了機械自動化的套用範圍。但是並在線上構存在工作空間體積較小、靈活性較差等缺點。

因此，以上方法很難完成大範圍工作空間、部件質量較大並且精度要求苛刻的裝配任務。

發明內容

專利目的

為了克服專利背景中相關技術的缺點，《一種用於精密裝配的兩級並在線上器人裝置》的目的在於提供一種用於精密裝配的兩級並在線上器人裝置，鑒於已有單個裝配機構的不足，該發明將繩索並在線上構和剛性Stewart並在線上構進行組合，來實現精密裝配任務，達到增大工作空間、增強承載能力的目標。

技術方案

為了實現專利目的，《一種用於精密裝配的兩級並在線上器人裝置》採用的技術方案是：

一種用於精密裝配的兩級並在線上器人裝置，由繩索並在線上構和Stewart並在線上構組成，所述繩索並在線上構的索平台同時充當所述Stewart並在線上構的靜平台，所述Stewart並在線上構的動平台位於其靜平台下端，通過6根伸縮腿與其靜平台相連線。

所述繩索並在線上構包括索平台2，上拉索1的底端設定於索平台2的上方中央位置，頂端連線天車9上的捲筒繩索，6根下拉索3的頂端設定於索平台2的下方邊沿位置，底端連線出索機構4的捲筒10。

所述出索機構4安裝於固定小車16上，由驅動電機13、減速器12、捲筒10以及導向輪11組成，其中，驅動電機13的輸出接減速器12由其降低轉速放大轉矩後傳遞至捲筒10，導向輪11設定於捲筒10上的繩索出索路徑上以改變出索方向。

還包括由多個精確測量點15和6個安裝於固定小車16上的拉線編碼器14組成的測量系統，所述精確測量點15分別布置在Stewart並在線上構靜平台和目標工件8上，所述拉線編碼器14的測量端點有規律地與精確測量點15相連線，實時測量解算靜平台的位姿。

所述Stewart並在線上構由靜平台、動平台6和6條伸縮腿5組成，其中所述動平台上安裝有裝配工件7，所述伸縮腿5上端通過虎克鉸和靜平台連線，下端通過球鉸和動平台6連線，伸縮腿5在電機控制下伸長或縮短，實現動平台相對靜平台的移動和調姿。

改善效果

《一種用於精密裝配的兩級並在線上器人裝置》的有益效果是：

（1）採用兩級並在線上器人構型，其中繩索並在線上構使裝置具有大工作空間，Stewart並在線上構承載能力強且能夠實時補償裝置的位姿誤差，從而實現大工作空間、重載荷條件下的精密裝配任務。

（2）繩索並在線上構的上拉索可以直接利用車間中已有天車，工作範圍覆蓋面廣；下拉索出索機構安裝於固定小車，結構簡單且方便重組。

（3）在裝配過程中，拉線編碼器實時測量靜平台精確測量點到固定小車相應點的長度並解算出靜平台的位姿，用於繩索並在線上構和Stewart並在線上構的控制。

附圖說明

圖1為兩級並在線上器人裝置示意圖；

圖2為繩索並在線上器人示意圖；

圖3為出索機構示意圖；

圖4為測量系統示意圖。

技術領域

《一種用於精密裝配的兩級並在線上器人裝置》屬於精密儀器設備領域，特別涉及一種用於精密裝配的兩級並在線上器人裝置。

權利要求

1、一種用於精密裝配的兩級並在線上器人裝置，其特徵在於，由繩索並在線上構和Stewart並在線上構組成，所述繩索並在線上構的索平台同時充當所述Stewart並在線上構的靜平台，所述Stewart並在線上構的動平台位於其靜平台下端，通過6根伸縮腿與其靜平台相連線，所述繩索並在線上構包括索平台（2），上拉索（1）的底端設定於索平台（2）的上方中央位置，頂端連線天車（9）上的捲筒繩索，6根下拉索（3）的頂端設定於索平台（2）的下方邊沿位置，底端連線出索機構（4）的捲筒（10），所述出索機構（4）安裝於固定小車（16）上，由驅動電機（13）、減速器（12）、捲筒（10）以及導向輪（11）組成，其中，驅動電機（13）的輸出接減速器（12）由其降低轉速放大轉矩後傳遞至捲筒（10），導向輪（11）設定於捲筒（10）上的繩索出索路徑上以改變出索方向。

2、根據權利要求1所述的用於精密裝配的兩級並在線上器人裝置，其特徵在於，還包括由多個精確測量點（15）和6個安裝於固定小車（16）上的拉線編碼器（14）組成的測量系統，所述精確測量點（15）分別布置在Stewart並在線上構靜平台和目標工件（8）上，所述拉線編碼器（14）的測量端點有規律地與精確測量點（15）相連線，實時測量解算靜平台的位姿。

3、根據權利要求1所述的用於精密裝配的兩級並在線上器人裝置，其特徵在於，所述Stewart並在線上構由靜平台、動平台（6）和6條伸縮腿（5）組成，其中所述動平台上安裝有裝配工件（7），所述伸縮腿（5）上端通過虎克鉸和靜平台連線，下端通過球鉸和動平台（6）連線，伸縮腿（5）在電機控制下伸長或縮短，實現動平台相對靜平台的移動和調姿。

實施方式

圖1為一種用於精密裝配的兩級並在線上器人裝置的示意圖。上拉索1、索平台2、下拉索3組成繩索並在線上構。靜平台2、動平台5、伸縮腿6組成Stewart並在線上構。該裝置由繩索並在線上構和Stewart並在線上構兩級機構組成，繩索並在線上構的索平台2同時充當Stewart並在線上構的靜平台。裝配工件7安裝於動平台6，其在空間中的位姿由繩索並在線上構和Stewart並在線上構共同決定。索平台2在上拉索1和下拉索3的綜合控制下能夠實現裝配工件7大範圍內位姿調整，但由於繩索的剛度低，容易在裝配衝擊等干擾下產生振動，造成裝配工件7的位姿偏移。動平台6在伸縮腿5的驅動下可以有效的妳補裝配工件7的位姿偏移，實現與目標工件8的精密裝配。

圖2為繩索並在線上構的示意圖。上拉索1的頂端與天車9捲筒繩索相連線，能夠跟隨天車9實現水平面內大範圍的移動，並在天車捲筒收放運動下實現垂直方向的升降。下拉索3的頂端與索平台2連線，底端纏繞於出索機構4的捲筒，隨著捲筒的旋轉從而實現繩索的伸長與縮短。裝置向上拉力全部由上拉索1提供，因此上拉索1需選用大直徑型號，6根下拉索3向下的拉力使機構能夠保持一定的姿態並具有足夠的剛度。

圖3為出索機構的示意圖。下拉索3的伸縮和拉力通過出索機構4進行控制。出索機構4安裝於固定小車16，由驅動電機13、減速器12、捲筒10以及導向輪11組成。驅動電機13產生運動和轉矩，減速器12將轉速降低轉矩放大，減速器12輸出軸驅動捲筒10從而控制下拉索3的伸縮和受力，下拉索3在進入捲筒10之前經由導向輪11，保證捲筒10能夠很好地對不同出索方向的下拉索實現纏繞。

圖4為測量系統的示意圖。測量系統的測量元件是6個拉線編碼器14，分別安裝於固定小車16上。索平台2和目標工件8上分別設有精確測量點15。拉線編碼器14的測量端點有規律地與各精確測量點相連線，在裝配過程中，實時測量各精確測量點到固定小車16相應點的長度並解算出索平台2的位姿，裝置控制系統通過對索平台2和目標工件8的位姿比較，發出控制命令，從而完成精密裝配任務。

價值意義

《一種用於精密裝配的兩級並在線上器人裝置》將索並在線上構和剛性並在線上構串聯，引領剛柔融合構型創新，實現了超大工作空間和局部精細操作能力的結合，屬於超大空間精密裝配及定位領域的基礎性專利。專利技術面向中國天眼FAST項目研發，將饋源支撐系統的千噸重量減小到30噸，綜合性能提升10倍，保證2021年之後20-30年的世界領先地位。同時解決了超大空間高精度定位的關鍵共性問題，已成功套用於太空飛行器自動化精密裝配、月球和火星表面等空間運動模擬、C919塗裝和高速機器人等領域。

專利榮譽

2021年6月24日，《一種用於精密裝配的兩級並在線上器人裝置》獲得第二十二屆中國專利銀獎。