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原文传递刚柔耦合调姿系统及其调姿方法

专利名称：	刚柔耦合调姿系统及其调姿方法
摘要：	本发明提供了一种刚柔耦合调姿系统及其调姿方法，刚柔耦合调姿系统包括保形工装、柔性定位调姿组件、至少三台刚性数控定位调姿装置以及激光跟踪仪。保形工装包括：支架，连接于目标工件；连接件，设置于支架的边缘部分；吊挂件，固定设置于支架。柔性定位调姿组件包括柔性钢索和驱动机构，柔性钢索的第一端连接于驱动机构、第二端连接于吊挂件。刚性数控定位调姿装置位于保形工装下方并连接于连接件。由于同时设置有柔性定位调姿组件和刚性数控定位调姿装置，因而在装配过程中，刚性数控定位调姿装置能够与柔性定位调姿组件联合控制目标工件的位姿，从而提高了对目标工件的调姿精度，进而提高了目标工件与基准工件的装配质量。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	清华大学
发明人：	张继文;胡奎;吴丹;陈恳;王国磊;郭岩;褚建伟
专利状态：	有效
申请日期：	2019-01-11T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-14T00:00:00+0800
申请号：	CN201910027321.3
公开号：	CN109747863A
代理机构：	北京五洲洋和知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：	张婷婷;张向琨
分类号：	B64F5/10(2017.01);B;B64;B64F;B64F5
申请人地址：	100084 北京市海淀区清华园
主权项：	1.一种刚柔耦合调姿系统，用于在装配空间内将目标工件(B)装配于基准工件，所述刚柔耦合调姿系统包括：保形工装(1)，包括：支架(11)，沿上下方向(Z)具有上侧和下侧，且支架(11)连接于目标工件(B)；至少三个连接件(12)，各连接件(12)在支架(11)的下侧固定设置于支架(11)的边缘部分；以及多个吊挂件(13)，各吊挂件(13)在支架(11)的上侧固定设置于支架(11)、并位于所述至少三个连接件(12)的周向内侧，且保形工装(1)与目标工件(B)的整体重心位于所述多个吊挂件(13)周向内侧；柔性定位调姿组件(2)，包括多根柔性钢索(21)和多个驱动机构(22)，各柔性钢索(21)的第一端连接于对应一个驱动机构(22)、第二端连接于保形工装(1)的对应的吊挂件(13)；至少三台刚性数控定位调姿装置(3)，位于保形工装(1)和目标工件(B)下方，各台刚性数控定位调姿装置(3)连接于保形工装(1)的对应的连接件(12)；以及激光跟踪仪，用于测量保形工装(1)以及基准工件在在装配空间内的位姿。 2.根据权利要求1所述的刚柔耦合调姿系统，其特征在于，各驱动机构(22)包括：基座(221)；电机(222)，固定设置于基座(221)；卷筒(223)，连接于电机(222)，且在电机(222)的作用下进行旋转运动；第一滑轮机构(224)，固定设置于基座(221)；第二滑轮机构(225)，固定设置于基座(221)且与第一滑轮机构(224)间隔设置；力传感器(226)，一端连接于基座(221)、另一端连接于第一滑轮机构(224)；以及控制器，通信连接于力传感器(226)和电机(222)；柔性钢索(21)的第一端连接于驱动机构(22)的卷筒(223)，第二端依次穿过第一滑轮机构(224)和第二滑轮机构(225)，以连接于保形工装(1)的吊挂件(13)。 3.根据权利要求1所述的刚柔耦合调姿系统，其特征在于，吊挂件(13)在数量上为四个，所述四个吊挂件(13)呈矩形分布，且柔性定位调姿组件(2)的柔性钢索(21)、驱动机构(22)与吊挂件(13)在数量上均一致。 4.根据权利要求1所述的刚柔耦合调姿系统，其特征在于，连接件(12)在数量上为四个，所述四个连接件(12)呈矩形分布，且刚性数控定位调姿装置(3)与连接件(12)在数量上一致。 5.根据权利要求1所述的刚柔耦合调姿系统，其特征在于，各刚性数控定位调姿装置(3)包括：第一调节组件(31)，用于在上下方向(Z)上调整保形工装(1)和目标工件(B)的位姿；第二调节组件(32)，用于在纵向(Y)上调整保形工装(1)和目标工件(B)的位姿；第三调节组件(33)，用于在横向(X)上调整保形工装(1)和目标工件(B)的位姿；以及配合件(34)，与保形工装(1)的对应的连接件(12)配合并连接于第一调节组件(31)。 6.根据权利要求5所述的刚柔耦合调姿系统，其特征在于，第一调节组件(31)包括：伸缩杆(311)，沿上下方向(Z)延伸并连接于配合件(34)；第一螺母(312)，连接于伸缩杆(311)；第一丝杆(313)，螺纹连接于第一螺母(312)；带轮机构(314)，连接于第一丝杆(313)；第一动力机构(315)，连接于带轮机构(314)；以及第一安装座(316)，安装伸缩杆(311)、第一丝杆(313)、带轮机构(314)以及第一动力机构(315)。 7.根据权利要求5所述的刚柔耦合调姿系统，其特征在于，第二调节组件(32)包括：第二滑块(321)，连接于第一调节组件(31)；第二导轨(322)，沿纵向(Y)延伸并滑动连接于第二滑块(321)；第二螺母(323)，连接于第二滑块(321)；第二丝杆(324)，螺纹连接于第二螺母(323)；第二动力机构(325)，连接于第二丝杆(324)；以及第二安装座(326)，安装第二导轨(322)、第二丝杆(324)以及第二动力机构(325)。 8.根据权利要求5所述的刚柔耦合调姿系统，其特征在于，第三调节组件(33)包括：第三滑块(331)，连接于第二调节组件(32)；第三导轨(332)，沿横向(X)延伸并滑动连接于第三滑块(331)；第三螺母(333)，连接于第三滑块(331)；第三丝杆(334)，螺纹连接于第三螺母(333)；第三动力机构(335)，连接于第三丝杆(334)；以及第三安装座(336)，安装第三导轨(332)、第三丝杆(334)以及第三动力机构(335)。 9.根据权利要求1所述的刚柔耦合调姿系统，其特征在于，刚柔耦合调姿系统还包括导向组件(4)，且导向组件(4)包括：安装轨(41)；以及滑动座(42)，可相对导轨(41)进行滑动，且柔性定位调姿组件(2)的驱动机构(22)固定设置于滑动座(42)。 10.一种刚柔耦合调姿系统的调姿方法，由权利要求2中所述的刚柔耦合调姿系统来实现，保形工装(1)与目标工件(B)的整体重力为G，柔性钢索(21)和驱动机构(22)在数量上均为n，刚性数控定位调姿装置(3)在数量上为m，各驱动机构(22)的电机(222)具有位置控制模式和力控制模式，所述刚柔耦合调姿系统的调姿方法包括步骤： S1，在装配空间内，固定设置基准工件、布置激光跟踪仪并组装保形工装(1)、目标工件(B)以及柔性定位调姿组件(2)； S2，通过激光跟踪仪分别获得保形工装(1)以及基准工件当前的空间位姿，由此确定保形工装(1)与基准工件之间的相对位置； S3，将柔性定位调姿组件(2)的各驱动机构(22)的电机(222)设置成位置控制模式，电机(222)通过卷筒(223)、第一滑轮机构(224)、第二滑轮机构(225)控制柔性钢索(21)进行伸缩运动，以粗调保形工装(1)和目标工件(B)的位姿，其中，保形工装(1)和目标工件(B)经柔性定位调姿组件(2)粗调后的状态记为初始状态； S4，记录所有驱动机构(22)的力传感器(226)测量出的柔性钢索(21)在初始状态下的拉力{fi}＝{f1,f2,f3…fn}(i＝1,2,3…n)，则所述多根柔性钢索(21)的总合力F＝f1+f2+f3+…+fn，且有： Fx＝0 Fy＝0 Fz＝F＝G 其中，Fx、Fy、Fz分别为所述多根柔性钢索(21)的总合力F在横向(X)、纵向(Y)、上下方向(Z)上的分力； S5，移动所述至少三台刚性数控定位调姿装置(3)，并将各台刚性数控定位调姿装置(3)与保形工装(1)的对应的连接件(12)连接； S6，将柔性定位调姿组件(2)的各驱动机构(22)的电机(222)设置成力控制模式，并通过柔性定位调姿组件(2)调整柔性钢索(21)对保形工装(1)和目标工件(B)的拉力，以使所述至少三台刚性数控定位调姿装置(3)支撑起保形工装(1)和目标工件(B)，此时所述多根柔性钢索(21)的拉力为{fi′}＝{f1′,f2′,f3′…fn′}(i＝1,2,3…n)、所述至少三台刚性数控定位调姿装置(3)的支撑力为{Nj}＝{N1,N2,N3…Nm}(j＝1,2,3…m)，则所述多根柔性钢索(21)的总合力F'＝f1′+f2′+f3′+…+fn′、所述至少三台刚性数控定位调姿装置(3)的总支撑力N＝N1+N2+N3+…+Nm，且有： F'＝αF＜G Fx'＝0 Fy'＝0 Fz'＝F'＝αG N＝G-Fz'＝(1-α)G 其中，α为重力补偿系数且0＜α＜1； S7，通过所述至少三台刚性数控定位调姿装置(3)移动保形工装(1)和目标工件(B)，直至将目标工件(B)精调到装配位姿，且在所述至少三台刚性数控定位调姿装置(3)精调期间，柔性定位调姿组件(2)保持所述多根柔性钢索(21)的总合力F'不变，即F'＝αF＜G； S8，所述至少三台刚性数控定位调姿装置(3)将目标工件(B)精调到装配位姿后，所述多根柔性钢索(21)的总合力为0，此时先解除柔性定位调姿组件(2)的电机(222)的力控制模式，再解除所述多根柔性钢索(21)、所述至少三台刚性数控定位调姿装置(3)与保形工装(1)之间的连接以及保形工装(1)与目标工件(B)之间的连接，调姿对合完成。
所属类别：	发明专利