專利名稱：氣懸浮柔性空間對接平臺的制作方法
技術領域：
本發明屬于空間對接技術領域，具體地說，涉及一種適應于空間對接的機械柔性空間對接平臺。
背景技術：
現有工業對空間對接技術的要求越來越高，如高精度工業制造中的工件對準、空間站對位、醫療化工中的管道對接，網絡電子技術中的電路連接等，而影響對接精度的一個重要因素就是兩物體接近面之間的相對平行問題。裝配、加工或是物體自身成楔形都會造成不平行。在裝配過程中首先要考慮的問題就是進行裝配的兩物體之間的對位。如圖1所示，在工程中常常需要把工件固定在對接平臺上，再由對接平臺推進，將工件裝到對接體的滑槽中，滑槽a和b是豎直且相互平行的，工件左右兩側有兩根互相平行的滑軌。那么在裝配中首先要解決的問題就是使工件與對接體的豎直滑槽準確對位。那么在裝配中首先要解決的問題就是使對接工件之間的準確對位。
不過，單從工件與滑槽的準確對位方面來考慮還是不全面的，在工件已經完成準確對位后，處于上升的行程中，由于各種工況的原因，如振動、力等，或人為因素作用于工件，從而致使工件在上升行程中發生微量的偏移，滑軌與滑槽的幾何中心不重合，這就直接影響了裝配精度。同時，會有側向作用力產生作用于滑槽上，使得滑軌于滑槽間的摩擦力增大，最終導致工件與對接體損壞。
其缺點是對接平臺不具備柔性，沒有自適應或自調節的功能，工件在對位行程中發生微量偏移時的扭力過大，會造成工件傷害或對位失敗。

發明內容
本發明的目的是提供一種氣懸浮柔性空間對接平臺，具有柔性的自適應和自調節的功能，可以防止工件在對位行程中發生微量偏移時出現的過大扭力，避免對工件造成傷害，使對位成功。
為達到上述目的，本發明是一種氣懸浮柔性空間對接平臺，包括機械式自調對接平臺，其關鍵在于所述機械式自調對接平臺上安裝有氣懸浮柔性裝配平臺，所述氣懸浮柔性裝配平臺由基座、氣囊、浮動體、定位銷和定位彈簧組成，其中浮動體放置在所述基座上，基座的上端中部開有圓形凹槽，該圓形凹槽內裝所述氣囊，氣囊的進氣口穿出所述基座下端，所述基座上端周邊開有至少二個定位孔，該定位孔內裝所述定位彈簧，該定位彈簧上面放置所述定位銷，該定位銷伸出定位孔，并伸入所述浮動體下端面的限位孔內，使該限位孔與所述定位孔相對應。
氣囊間隔在基座與浮動體之間，實現柔性接觸，使對接平臺具有自適應的功能，當工件與對接體之間發生擠壓時，在對位行程中發生微量偏移時出現扭力，浮動體能夠隨工件的受力方向在氣囊上滑動和傾斜。防止工件在對位行程中發生微量偏移時出現過大扭力，避免對工件造成傷害，使對位成功。
所述基座上端面均勻分布有至少三個距離傳感器。
根據不同距離傳感器的信號數據，可以檢測浮動體與基座之間的距離，從而控制氣囊中的氣體壓強；另一方面可以判斷氣囊是否頂起浮動體和上面的工件，只有在浮動體和工件都處于懸浮狀態才能實現在上升形成中的自適應，從而調整基座的遞進角度和速度，防止工件在對位行程中發生的偏移過大。
所述定位銷與定位孔之間，定位銷與限位孔之間為間隙配合。
所述氣囊的進氣口穿過所述基座底端的中心孔。
中心孔位置充氣，可使氣囊受力更均勻。
所述基座安裝在機械式自調對接平臺上，該機械式自調對接平臺由支撐平臺、工作平臺、三個結構相同的平面調節機構、隨動機構和三個結構相同的豎立調節機構組成，其中基座固定在所述工作平臺的上表面，在工作平臺與支撐平臺之間設置所述三個平面調節機構和一個隨動機構，它們按正方形分布，在所述平面調節機構下方的支撐平臺上安裝三個結構相同的豎立調節機構，它們按三角形分布；所述平面調節機構由水平電機、聯軸器、絲桿螺母副，活動滑座、滑塊和軸承組成，其中水平電機安裝在所述支撐平臺上，水平電機的輸出軸經聯軸器連接絲桿，該絲桿與所述支撐平臺的上表面平行，該絲桿上套裝所述螺母，該螺母固定在所述活動滑座上，該活動滑座底面開槽，并套裝在所述支撐平臺上表面的滑軌上，所述活動滑座的上表面開有滑槽與所述滑軌空間垂直，該滑槽上套裝所述滑塊，該滑塊固套在所述軸承內，該軸承固裝在所述工作平臺底部支承柱內；在所述三個結構相同的平面調節機構中，有兩個位于同側的平面調節機構中的絲桿軸心線相互平行，并與第三個平面調節機構中的絲桿軸心線的延長線相垂直，該第三個平面調節機構與所述隨動機構位于同一側；所述隨動機構由活動滑座、滑塊和軸承組成，該隨動機構中的活動滑座、滑塊和軸承與所述平面調節機構平面調節機構中的活動滑座、滑塊和軸承連接關系相同；
所述豎立調節機構由垂直電機、蝸輪蝸桿減速器、螺母座和調整螺桿組成，其中垂直電機固定在所述支撐平臺上，其輸出軸連接所述蝸輪蝸桿減速器，蝸輪蝸桿減速器的輸出軸經聯軸器與所述調整螺桿相連，該調整螺桿與所述支撐平臺垂直并伸出支撐平臺的下端，調整螺桿的下端套裝在所述螺母座上。
當同側二個平面調節機構的平行絲桿同向推動活動滑座工作，另一平面調節機構停止工作時，活動滑座工作帶動滑塊、軸承和工作平臺沿X軸方向平移；當另一平面調節機構絲桿推動活動滑座工作，同側二個平面調節機構停止工作時，活動滑座工作帶動滑塊、軸承和工作平臺沿Y軸方向平移，同側二個平面調節機構的滑塊在滑槽內滑動。
當三個平面調節機構的絲桿沿同時按順/逆時針方向推動活動滑座工作時，活動滑座工作帶動滑塊、軸承和工作平臺沿Z軸方向轉動。
固定住三個豎立調節機構的螺母座，當調整螺桿在螺母座內移動，調整螺桿同向推動支撐平臺運行，保持三個調整螺桿的行程一致時，實現支撐平臺和工作平臺沿Z軸方向移動。
當三個豎立調節機構調整螺桿的行程不等時，實現支撐平臺和工作平臺沿X軸和Y軸方向轉動。
所述支撐平臺的中部開有空腔，該空腔內安裝所述垂直電機和蝸輪蝸桿減速器。
所述調整螺桿上套裝有軸承的內圈，該軸承的外圈與所述支撐平臺固定連接。
軸承有利于增強調整螺桿的穩定性。
六自由度對接平臺中平面調節機構的作用使工作平臺可沿X軸和Y軸方向的移動、Z軸的轉動，實現三自由度的并聯工作，豎立調節機構的作用使工作平臺可沿X軸和Y軸方向的轉動、Z軸方向的移動，實現三自由度的并聯工作，將平面調節機構和豎立調節機構的功能作用疊加在一起，實現六個自由度的運動。
本發明的顯著效果是氣囊間隔在基座與浮動體之間，實現柔性接觸，使對接平臺具有自適應或自調節的功能，可以防止工件在對位行程中發生微量偏移時出現的過大扭力，避免對工件造成傷害，使對位成功，將氣懸浮平臺、平面調節機構和豎立調節機構分別獨立制作安裝，獨立調控，再有機結合，便于整個裝置的操作控制和裝拆維護，滿足不同尺寸大小的對接要求，其中平面調節機構和豎立調節機構實現六個自由度的調節，結合浮動體在任意方向的柔性移動和柔性轉動功能，提高了空間對接質量和對接效果。


圖1是工件之間的空間對接示意圖；圖2是本發明的空間對接示意圖；圖3是浮動體和基座的立體圖；圖4是氣懸浮柔性裝配平臺安裝在六自由度對接平臺的結構示意圖；圖5是支撐平臺的俯視圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細說明。
如圖2、3所示一種氣懸浮柔性空間對接平臺，在機械式自調對接平臺上設置有氣懸浮柔性裝配平臺，所述氣懸浮柔性裝配平臺由基座3、氣囊4、定位銷6和定位彈簧7組成，其中浮動體5放置在所述基座3上，基座3的上端中部開有圓形凹槽3a，該圓形凹槽3a內裝所述氣囊4，氣囊4的進氣口穿出所述基座3下端，所述基座3上端周邊開有至少二個定位孔3b，該定位孔3b內裝所述定位彈簧7，該定位彈簧7上面放置所述定位銷6，該定位銷6伸出定位孔3b，并伸入所述浮動體5下端面的限位孔5a內，使該限位孔5a與所述定位孔3b相對應。
氣囊4間隔在基座3與浮動體5之間，實現柔性接觸，使對接平臺具有自適應的功能，當工件與對接體之間發生擠壓時，在對位行程中發生微量偏移時出現扭力，浮動體5能夠隨工件的受力方向在氣囊4上滑動和傾斜。防止工件在對位行程中發生微量偏移時出現過大扭力，避免對工件造成傷害，使對位成功。
如圖3所示所述基座3上端面均勻分布有六個距離傳感器23。
根據不同距離傳感器23的信號數據，可以檢測浮動體5與基座3之間的距離，從而控制氣囊中的氣體壓強；另一方面可以判斷氣囊是否頂起浮動體和上面的工件，只有在浮動體和工件都處于懸浮狀態才能實現在上升形成中的自適應，從而調整基座3的遞進角度和速度，防止工件在對位行程中發生的偏移過大。
所述距離傳感器23可以是電感式距離傳感器，或電容式極力傳感器等。
所述定位銷6與定位孔3b之間，定位銷6與限位孔5a之間為間隙配合。
所述氣囊4的進氣口穿過所述基座3底端的中心孔。
如圖4、5所示所述基座3安裝在機械式自調對接平臺上，該機械式自調對接平臺為六自由度對接平臺、該機械式自調對接平臺由支撐平臺8、工作平臺9、三個結構相同的平面調節機構、隨動機構和三個結構相同的豎立調節機構組成，其中基座3固定在所述工作平臺9的上表面，在工作平臺9與支撐平臺8之間設置所述三個平面調節機構和一個隨動機構，它們按正方形分布，在所述平面調節機構下方的支撐平臺8上安裝三個結構相同的豎立調節機構，它們按三角形分布；
所述平面調節機構由水平電機10、聯軸器11、絲桿12螺母13副，活動滑座14、滑塊15和軸承16組成，其中水平電機10安裝在所述支撐平臺8上，水平電機10的輸出軸經聯軸器11連接絲桿12，該絲桿12與所述支撐平臺8的上表面平行，該絲桿12上套裝所述螺母13，該螺母13固定在所述活動滑座14上，該活動滑座14底面開槽，并套裝在所述支撐平臺8上表面的滑軌21上，所述活動滑座14的上表面開有滑槽22與所述滑軌21空間垂直，該滑槽22上套裝所述滑塊15，該滑塊15固套在所述軸承16內，該軸承16固裝在所述工作平臺9底部支承柱內；在所述三個結構相同的平面調節機構中，有兩個位于同側的平面調節機構中的絲桿12軸心線相互平行，并與第三個平面調節機構中的絲桿12軸心線的延長線相垂直，該第三個平面調節機構與所述隨動機構位于同一側；所述隨動機構由活動滑座14、滑塊15和軸承16組成，該隨動機構中的活動滑座14、滑塊15和軸承16與所述平面調節機構平面調節機構中的活動滑座14、滑塊15和軸承16連接關系相同；如圖4所示所述豎立調節機構由垂直電機17、蝸輪蝸桿減速器18、螺母座19和調整螺桿20組成，其中垂直電機17固定在所述支撐平臺8上，其輸出軸連接所述蝸輪蝸桿減速器18，蝸輪蝸桿減速器18的輸出軸經聯軸器與所述調整螺桿20相連，該調整螺桿20與所述支撐平臺8垂直并伸出支撐平臺8的下端，調整螺桿20的下端套裝在所述螺母座19上。
當同側二個平面調節機構的平行絲桿同向推動活動滑座工作，另一平面調節機構停止工作時，活動滑座工作帶動滑塊、軸承和工作平臺沿X軸方向平移；當另一平面調節機構絲桿推動活動滑座工作，同側二個平面調節機構停止工作時，活動滑座工作帶動滑塊、軸承和工作平臺沿Y軸方向平移，同側二個平面調節機構的滑塊在滑槽內滑動。
當三個平面調節機構的絲桿沿同時按順/逆時針方向推動活動滑座工作時，活動滑座工作帶動滑塊、軸承和工作平臺沿Z軸方向轉動。
固定住三個豎立調節機構的螺母座19，當調整螺桿20在螺母座內移動，調整螺桿20同向推動支撐平臺運行，保持三個調整螺桿20的行程一致時，實現支撐平臺和工作平臺沿Z軸方向移動。
當三個豎立調節機構調整螺桿20的行程不等時，實現支撐平臺和工作平臺沿X軸和Y軸方向轉動。
如圖4所示所述支撐平臺8的中部開有空腔，該空腔內安裝所述垂直電機17和蝸輪蝸桿減速器18。
所述調整螺桿20上套裝有軸承24的內圈，該軸承24的外圈與所述支撐平臺8固定連接。
軸承24有利于增強調整螺桿20的穩定性。
其工作原理是將工件固定在浮動體5上，工件大小形狀與對接體1中空腔1a相適應，氣囊4支撐浮動體5具有非常好的靈活性，基本的實施過程是用風機將高壓空氣通過基座3下面的進氣口壓進氣囊4，氣囊4內壓力高于外界壓力，將浮動體5上面放置的工件抬升一定高度。下連接體1將工件對位送入空腔1a中，在對位行程中發生微量偏移時出現扭力，當對接體1與工件之間發生擠壓，浮動體5能夠隨受力方向在氣囊4上進行任意角度的滑動，同時，在浮動體5與基座3的接觸面之間裝有距離傳感器23，可用來測量浮動體5與基座3之間的距離。以此來判斷工件是否被抬升起來。當工件處于被抬升而離開基座3一定高度時，即處于一種無約束的平衡狀態。工件在進入對接體1的上升行程中發生位置的微量偏移時，通過對接體1對工件的作用力即可使浮動體5自動恢復到原來正確位置，從而對接平臺的自適應能力就體現出來了。
其中在基座上設計有兩個定位銷6，它們下面有定位彈簧7的作用，使得定位銷6始終與浮動體5緊密接觸。其主要作用在于防止當氣囊4抬起浮動體5以及上面的工件時，浮動體5過大的偏離原來的位置，同時確保當氣囊4中氣體被排除時浮動體5能落回先前準確位置。
權利要求
1.一種氣懸浮柔性空間對接平臺，包括機械式自調對接平臺，其特征在于所述機械式自調對接平臺上安裝有氣懸浮柔性裝配平臺，所述氣懸浮柔性裝配平臺由基座(3)、氣囊(4)、浮動體(5)、定位銷和定位彈簧(7)組成，其中浮動體(5)放置在所述基座(3)上，基座(3)的上端中部開有圓形凹槽(3a)，該圓形凹槽(3a)內裝所述氣囊(4)，氣囊(4)的進氣口穿出所述基座(3)下端，所述基座(3)上端周邊開有至少二個定位孔(3b)，該定位孔(3b)內裝所述定位彈簧(7)，該定位彈簧(7)上面放置所述定位銷，該定位銷伸出定位孔(3b)，并伸入所述浮動體(5)下端面的限位孔(5a)內，使該限位孔(5a)與所述定位孔(3b)相對應。
2.根據權利要求1所述的氣懸浮柔性空間對接平臺，其特征在于所述基座(3)上端面均勻分布有至少三個距離傳感器(23)。
3.根據權利要求1所述的氣懸浮柔性空間對接平臺，其特征在于所述定位銷與定位孔(3b)之間，定位銷與限位孔(5a)之間為間隙配合。
4.根據權利要求1所述的氣懸浮柔性空間對接平臺，其特征在于所述氣囊(4)的進氣口穿過所述基座(3)底端的中心孔。
5.根據權利要求1所述的氣懸浮柔性空間對接平臺，其特征在于所述基座(3)安裝在機械式自調對接平臺上，該機械式自調對接平臺由支撐平臺(8)、工作平臺(9)、三個結構相同的平面調節機構、隨動機構和三個結構相同的豎立調節機構組成，其中基座(3)固定在所述工作平臺(9)的上表面，在工作平臺(9)與支撐平臺(8)之間設置所述三個平面調節機構和一個隨動機構，它們按正方形分布，在所述平面調節機構下方的支撐平臺(8)上安裝三個結構相同的豎立調節機構，它們按三角形分布；所述平面調節機構由水平電機(10)、聯軸器(11)、絲桿(12)螺母(13)副，活動滑座(14)、滑塊(15)和軸承(16)組成，其中水平電機(10)安裝在所述支撐平臺(8)上，水平電機(10)的輸出軸經聯軸器(11)連接絲桿(12)，該絲桿(12)與所述支撐平臺(8)的上表面平行，該絲桿(12)上套裝所述螺母(13)，該螺母(13)固定在所述活動滑座(14)上，該活動滑座(14)底面開槽，并套裝在所述支撐平臺(8)上表面的滑軌(21)上，所述活動滑座(14)的上表面開有滑槽(22)與所述滑軌(21)空間垂直，該滑槽(22)上套裝所述滑塊(15)，該滑塊(15)固套在所述軸承(16)內，該軸承(16)固裝在所述工作平臺(9)底部支承柱內；在所述三個結構相同的平面調節機構中，有兩個位于同側的平面調節機構中的絲桿(12)軸心線相互平行，并與第三個平面調節機構中的絲桿(12)軸心線的延長線相垂直，該第三個平面調節機構與所述隨動機構位于同一側；所述隨動機構由活動滑座(14)、滑塊(15)和軸承(16)組成，該隨動機構中的活動滑座(14)、滑塊(15)和軸承(16)與所述平面調節機構平面調節機構中的活動滑座(14)、滑塊(15)和軸承(16)連接關系相同；所述豎立調節機構由垂直電機(17)、蝸輪蝸桿減速器(18)、螺母座(19)和調整螺桿(20)組成，其中垂直電機(17)固定在所述支撐平臺(8)上，其輸出軸連接所述蝸輪蝸桿減速器(18)，蝸輪蝸桿減速器(18)的輸出軸經聯軸器與所述調整螺桿(20)相連，該調整螺桿(20)與所述支撐平臺(8)垂直并伸出支撐平臺(8)的下端，調整螺桿(20)的下端套裝在所述螺母座(19)上。
6.根據權利要求5所述的氣懸浮柔性空間對接平臺，其特征在于所述支撐平臺(8)的中部開有空腔，該空腔內安裝所述垂直電機(17)和蝸輪蝸桿減速器(18)。
7.根據權利要求5所述的六自由度對接平臺，其特征在于所述調整螺桿(20)上套裝有軸承(24)的內圈，該軸承(24)的外圈與所述支撐平臺(8)固定連接。
全文摘要
本發明公開了一種氣懸浮柔性空間對接平臺，包括機械式自調對接平臺，其特征在于所述機械式自調對接平臺上安裝有氣懸浮柔性裝配平臺，所述氣懸浮柔性裝配平臺由基座、氣囊、浮動體、定位銷和定位彈簧組成，其中浮動體放置在所述基座上，基座的上端中部開有圓形凹槽內裝氣囊，所述基座上端周邊開有定位孔，該定位孔內裝定位彈簧，該定位彈簧上面放置所述定位銷，該定位銷伸出定位孔，并伸入所述浮動體下端面的限位孔內。本發明的顯著效果是氣囊間隔在基座與浮動體之間，實現柔性接觸，使對接平臺具有自適應或自調節的功能，可以防止工件在對位行程中發生微量偏移時出現的過大扭力，避免對工件造成傷害，提高空間對接質量和對接效果。
文檔編號B25H1/02GK101081506SQ20071007863
公開日2007年12月5日 申請日期2007年6月20日 優先權日2007年6月20日
發明者謝志江, 朱小龍, 歐陽奇, 王雪, 孫紅巖, 陳平, 倪衛, 葉凡, 王侃, 郭煜敬, 徐新來, 李夢奇 申請人:重慶大學