一种用于飞行器的大部件舱段对接装配的设备的制作方法

1.本技术涉及飞行器的制造装配领域，尤其涉及一种用于飞行器的大部件舱段对接装配的设备。


背景技术：

2.飞行器例如飞机是由数量众多的大部件舱段在理想情况下通过精确的测量系统测量定位及高精度调姿对接设备调姿对接后装配而成的。但是，目前飞行器的大部件舱段装配普遍采用专用刚性夹具对一个待对接装配的舱段进行装夹，然后由技术人员通过操纵简单的吊装工具并经过目测反复多次地相对于目标舱段对待对接装配的舱段进行调节，以实现舱段的对接。这种传统的装配方式严重依赖技术人员的经验、操作准确性和操作精度，并且需要多次调试，由此造成飞行器大部件舱段的整个对接装配过程存在一致性差、精度和效率低以及劳动强度大等缺点。
3.而且，虽然现有研究开展过关于飞机大部件的姿态调整用于实现对接装配的方法的探究，但是该方法基于pogo柱三点支撑进行飞机大部件的姿态调整，主要介绍了三点支撑时对飞机大部件的姿态可叠加特性的分析和支撑立柱受力变形的计算及数学模型的建立，而没有对用于大部件舱段对接装配的设备进行分析与研究。因此，对于飞行器的大部件舱段的对接装配工作，缺少硬件系统的开发，同时缺少面向工业实际应用的设备开发和实施工作。


技术实现要素：

4.因此，本技术要解决的技术问题是克服现有的飞行器的大部件舱段对接装配过程中存在的严重依赖技术人员，且装配质量一致性差、精度低、效率低以及劳动强度大的问题，提供了一种用于飞行器的大部件舱段对接装配的设备。该方法通过上方的支撑平台承载待装配的舱段，采用多个位姿调节机构驱动支撑平台运动，从而将待装配的舱段的姿态调整成满足与目标舱段对接要求的目标位姿，并采用移动式行走机构使得包括待装配的舱段的该设备能够沿多个方向行走和原地旋转。
5.具体而言，本技术提供了一种用于飞行器的大部件舱段对接装配的设备，其特点在于，该设备包括：
6.用于承载待装配的舱段的支撑平台；
7.多个位姿调节机构，多个位姿调节机构能够拆卸地设置在支撑平台的下表面下方，并且被构造成能够在控制单元的控制下驱动支撑平台运动，从而将待装配的舱段的姿态调整成满足与目标舱段对接要求的目标位姿；和
8.移动式行走机构，移动式行走机构在其底部设置有多个运动部件，每个运动部件被构造为能够在控制单元的控制下运动，从而使得移动式行走机构能够沿多个方向行走和原地旋转，其中，多个位姿调节机构设置于移动式行走机构的上表面。
9.根据本技术的一种实施方式，多个位姿调节机构被构造成能够联动地沿着其各自
的长度方向伸缩运动，从而将安置于支撑平台上的待装配的舱段的姿态调节至目标位姿。
10.根据本技术的一种实施方式，每个位姿调节机构包括具有能够伸缩的活塞杆的电动缸和安装于电动缸上的伺服电机，伺服电机被构造成能够驱动活塞杆进行伸缩运动。
11.根据本技术的一种实施方式，活塞杆的伸出端通过紧固件与固定于支撑平台下表面上的球铰固定连接。
12.根据本技术的一种实施方式，球铰被构造成能够通过紧固件与斜垫块固定连接，并经由斜垫块固定于支撑平台的下表面。
13.根据本技术的一种实施方式，每个位姿调节机构的下端通过紧固件与固定于移动式行走机构的上表面上的球铰固定连接。
14.根据本技术的另一种实施方式，每个位姿调节机构的下端与夹轨器固定连接，并且夹轨器固定连接至安装于移动式行走机构的上表面的导轨装置。
15.根据本技术的再一种实施方式，位姿调节机构被设置为八个，其均匀分布地设置在支撑平台的四周。
16.根据本技术的再一种实施方式，每个伺服电机的伺服驱动器被构造成能够通过ethercat总线采用级联的方式通信连接，并且伺服驱动器能够通过ethercat总线与控制单元通信连接。
17.根据本技术的再一种实施方式，运动部件被构造成舵轮，舵轮通过ethercat总线与控制单元通信连接并在控制单元的控制下实现万向行走和原地旋转。
18.根据本技术的再一种实施方式，移动式行走机构包括基本上呈长方形的底盘，舵轮为四个且分别设置在底盘的四个角部处。
19.根据本技术的再一种实施方式，底盘的周边围绕有壁面，控制单元安装于其中一侧的壁面上。
20.根据本技术的再一种实施方式，控制单元被构造成能够通过网线与上位机通信连接，根据来自上位机的目标位置和目标位姿并基于当前位置和当前姿态规划出合理的运动路径。
21.根据本技术的再一种实施方式，控制单元被配置成能够向位姿调节机构和移动式行走机构发送控制指令，以驱动位姿调节机构和移动式行走机构按照规划的运动路径运动，从而将待装配的舱段调整至目标位置与目标位姿。
22.根据本技术的再一种实施方式，控制单元被配置成能够接收来自位姿调节机构和移动式行走机构的有关待装配的舱段的运动状态的反馈。
23.在符合本领域常识的基础上，上述各优选实施方式，可任意组合，即得本技术各较佳实施方式。
24.本技术的上述实施方式的积极进步效果在于：
25.1、通过多个位姿调节机构调节驱动支撑平台运动，能够使得安置于支撑平台上的待装配部件的移动与旋转，从而将带装配部件调节至目标位姿；
26.2、通过控制单元驱动位姿调节机构和移动式行走机构按照规划的运动路径运动，有效地提高了舱段的对接装配效率，保证对接装配的一致性与精确性。
附图说明
27.图1为根据本技术优选实施例的用于飞行器的大部件舱段对接装配的设备的结构示意图。
28.图2为根据本技术另一优选实施例的用于飞行器的大部件舱段对接装配的设备的结构示意图。
29.图3为图2中的用于飞行器的大部件舱段对接装配的设备的俯视示意图。
30.图4为使用图2中的用于飞行器的大部件舱段对接装配的设备进行舱段对接装配的示意图。
具体实施方式
31.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合显示出根据本技术的多个实施例的附图，对本技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。应当可以理解的是，所描述的实施例仅是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中记载的实施例，本领域普通技术人员在不用花费创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都将属于本技术保护的范围。
32.除非另有定义，本技术所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本技术中在申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术；本技术的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”、“具有”等为开放式的用词，用于明确表明表示所述特征或组件的存在，但不排除存在或添加一个或更多个其他特征、机构或组合的特征、机构。
33.如图1所示，本技术中用于飞行器的大部件舱段对接装配的设备包括支撑平台1、位姿调节机构2和移动式行走机构3，其中支撑平台1位于多个位姿调节机构2的上方以用于承载待装配的舱段。相应地，多个位姿调节机构2设置于支撑平台1的下表面下方，用以驱动支撑平台1运动，从而将待装配的舱段的姿态调整成与满足与目标舱段对接要求的目标位姿。同时，移动式行走机构3设置于多个位姿调节机构2的下方，通过其底部设置的多个运动部件的运动能够沿多个方向行走和原地旋转，从而带动其上方的多个位姿调节机构2和支撑平台1及安置于支撑平台1上的待装配的舱段进行万向行走和原地旋转。
34.具体地，如图1所示，支撑平台1基本上呈长方形并具有一定厚度，能够承载待装配的舱段。备选地，支撑平台1还被构造为能够承载顶部具有与待装配的舱段的形状相匹配的凹部的柔性夹持机构，待装配的舱段能够平稳地安置于该凹部中，使得支撑平台1能够经由柔性夹持机构夹持固定待装配的舱段，从而将待装配的舱段安置于支撑平台1上。具体地，在支撑平台1上设置有贯穿的多个螺纹孔，并且多个螺纹孔与柔性夹持机构上的多个通孔一一对应，从而将柔性夹持机构固定于支撑平台1的上表面用以夹持固定待装配的舱段。
35.优选地，在支撑平台1的上表面的任意相对两侧或四周设置有多个螺纹孔，以将柔性夹持机构固定于支撑平台1的上表面的任意相对两侧，从而夹持固定待装配的舱段。更加优选地，在支撑平台1的上表面的任一中央轴线上设置有多个螺纹孔，以将柔性夹持机构固定于支撑平台1的上表面的中央，从而夹持固定待装配的舱段。优选地，柔性夹持机构能够在待对接装配的舱段的姿态调节完成后，由外力推动从而移动放置于支撑平台1上的待对接装配的舱段，再利用待装配的舱段与目标舱段上对应的孔以及定位销或固定销来完成舱
段的精确对接。
36.在支撑平台1的下方设置有多个位姿调节机构2，在多个位姿调节机构2的驱动下，支撑平台1能够沿多个方向移动和转动，从而将安置于支撑平台1上的待装配的舱段的姿态调节至目标位姿。具体地，在支撑平台1的下方设置有八个位姿调节机构2，并且这八个位姿调节机构2均匀分布地设置在支撑平台1的四周。每个位姿调节机构2包括具有能够伸缩的活塞杆22的电动缸21和安装于电动缸21的法兰盘上的伺服电机23，电动缸21和伺服电机23组成了伺服电动缸。
37.其中，每个位姿调节机构2的伺服电机23中的伺服驱动器通过以太网控制自动化技术(ethercat)总线与控制单元(未示出)通信连接，从而能够在控制单元的控制下驱动伺服电机23旋转。此时，在伺服电机23的旋转作用下，电动缸21的活塞杆22将沿着其长度方向做伸长或缩回运动(即伸缩运动)。同时，多个伺服驱动器间通过ethercat总线采用级联的方式通信连接，使得多个伺服电机23能够联动地旋转。这时，在联动地多个伺服电机23的旋转作用下，多个电动缸21的活塞杆22将相应地联动地或协同地沿着各自的长度方向做伸长或回缩运动，由此实现多个位姿调节机构2联动地沿着其各自的长度方向进行伸长或缩回，从而调节支撑平台1和安置于支撑平台1上的待装配的舱段的姿态。
38.总的来说，八个位姿调节机构2的伺服电动缸的位移为控制输入量，经控制单元控制能够使位于伺服电动缸上方的支撑平台1在空间输出不同的位姿状态，从而实现支撑平台1及安置于支撑平台1上的待装配的舱段在笛卡尔坐标下的x、y、z轴三个方向上的位移及绕各轴的旋转。
39.进一步地，每个活塞杆22的伸出端通过诸如螺钉的紧固件与支撑平台1下表面固定连接，从而通过自身的伸长或缩回驱动上方的支撑平台1运动，具体地，每个活塞杆22的伸出端通过紧固件与固定于支撑平台1下表面上的球铰24固定连接，从而将多个位姿调节机构2能够拆卸地安装在支撑平台1的下方，进而驱动支撑平台1的运动。备选地，在支撑平台的下表面还设置有多个斜垫块(未示出)，每个球铰24通过诸如螺钉的紧固件与对应的斜垫块固定连接，同时活塞杆22的伸出端通过螺纹紧固件和球铰24固定连接，从而将多个位姿调节机构2能够拆卸地安装在支撑平台1的下方。其中，斜垫片的顶面被构造为平面、底面被构造为斜面，其能够通过顶面与支撑平台1的下表面贴合，并借由螺纹紧固件而可拆卸地固定于支撑平台1的下表面。多个姿态调节机构2通过顶面为平面的斜垫块与支撑平台1的下表面连接的方式，能够增大连接处的接触面积，从而增强连接的稳定性。
40.更进一步地，每个位姿调节机构2的下端通过诸如螺钉的紧固件与固定于移动式行走机构3的上表面上的球铰25固定连接。换句话说，伺服电动缸的下端也通过球铰连接的方式固定于移动式行走机构3的上表面。另一示例性地，如图2至图3所示，每个位姿调节机构2的下端还设置有安装座26，安装座26上设置有多个通孔，每个通孔与夹轨器27上的通孔一一对应，从而能够通过螺纹紧固件将安装座26与夹轨器27固定连接，以此将位姿调节机构2的下端与夹轨器27固定连接。同时，移动式行走机构3的上表面的四周安装有导轨装置28，夹轨器27固定连接于对应的导轨装置28上，从而将位姿调节机构2安装在移动式行走机构3的上表面上。优选地，夹轨器27还被构造为与导轨装置28相互配合，从而能够移动地安装于对应的导轨装置28上。
41.在多个位姿调节机构2的下方设置有移动式行走机构3，移动式行走机构3能够通
过自身的万向行走和原地旋转带动其上方的多个位姿调节机构2、支撑平台1及安置于支撑平台1上的待装配的舱段移动和旋转。具体地，移动式行走机构3包括设置于其顶部的基本呈长方形的底盘31和固定安装在底盘31下方的多个运动部件32，其中，运动部件32是移动式行走机构3实现搬运待装配的舱段移动的核心部分，其主要作用是驱动移动式行走机构3在地面上行走。
42.具体地，运动部件32被设置为四个，其分布在底盘31的四个角部处。通过设置四个运动部件32分别位于底盘31的四个角部处，能够承载移动式行走机构3自身重量以及其负载的多个位姿调节机构2、支撑平台1和待装配的舱段等机构或部件的重量。应当可以理解地是，运动部件32的数量还可以为两个或者三个或者更多，而且多个运动部件32在底盘31下方的具体分布位置可以根据实际选择。
43.运动部件32还被构造为具有很强的灵活性，具有一定的驱动能力，从而能够在有限的试验厂房空间，较大的试验段体积环境下万向行走以及原地转弯。综合以上要求，优选地，运动部件32可以被设置为舵轮或者万向轮。当运动部件32被设置为舵轮时，能够采用控制单元直接控制舵轮的运动和转向，进而控制移动式行走机构3的沿多个方向行走和旋转。优选地，移动式行走机构3在舵轮的驱动下能够沿纵向行走、横向行走和斜向行走以及原地旋转。
44.具体地，舵轮通过ethercat总线与控制单元通信连接并在控制单元的控制下实现万向行走和原地旋转。并且，移动式行走机构3还包括伺服驱动器以及对应的io模块。通过选择合适型号的舵轮及伺服驱动器，能够使得移动式行走机构3中各模块、组件或部件采用的通信协议与位姿调节机构2以及控制器之间的通信协议相匹配，从而保证该设备中各机构、部件、单元及模块之间的通信连接及数据传输能力，使得控制单元能够接收来自位姿调节机构和移动式行走机构的有关待装配的舱段的运动状态的反馈。
45.控制单元还被构造成能够建立上位机(未示出)、多个位姿调节机构2及移动式行走机构3的正常通信，从而接收来自上位机的指令控制多个位姿调节机构2进行姿态调节运动(多电动缸联动)以及控制移动式行走机构3行走与原地旋转。具体地，控制单元能够通过网线与上位机通信连接，根据来自上位机的目标位置和目标位姿并基于当前位置和当前姿态进行无奇异路径规划以规划出合理的运动路径。
46.然后，控制单元通过ethercat总线向位姿调节机构2和移动式行走机构3发送运动指令，以驱动位姿调节机构2和移动式行走机构3按照规划的运动路径运动，从而将待装配的舱段调整至目标位置与目标位姿。通过ethercat总线，控制单元还能够接收来自位姿调节机构2和移动式行走机构3的有关待装配的舱段的运动状态的反馈，从而进行显示或者将前述运动状态的反馈数据上传至上位机。
47.另一示例性地，控制单元还被配置成能够通过每个位姿调节机构2中的伺服驱动器23的io模块收集位姿调节机构2和/或待装配的舱段的当前位姿，以及通过舵轮的io模块收集移动式行走机构3和/或待装配的舱段的位置数据并将当前位姿数据和当前位置数据传输至上位机，然后上位机根据当前位姿与目标位姿以及当前位置和目标位置规划出一条合理的路径，之后向控制单元发送控制指令，由控制单元控制位姿调节机构2和移动式行走机构3进行相应的运动，从而将待装配的舱段移动至目标位置并调节至目标位姿。
48.优选地，控制单元还能够控制位姿调节机构2和移动式行走机构3的回零与急停，
从而保证安全。示例性地，底盘31的周边如图2至图3所示还围绕有壁面33，控制单元固定安装于其中一侧的壁面33上。备选地，本技术中的设备还包括供电装置和电缆等，从而为电动缸21、伺服电机23、伺服驱动器、舵轮31和控制单元进行供电。
49.如图4所示，使用本技术中的设备进行飞行器的大部件舱段的对接装配过程包括：将待装配的大部件舱段放置在固定于支撑平台1上表面的柔性夹持机构上；通过上位机输入目标位置数据并将根据该目标位置生成的运动指令发送至移动式行走机构3，使得移动式行走机构3的舵轮31能够根据运动指令移动到目标位置(即目标舱段需要对接的位置)；上位机中的位姿解算程序通过拟合得到的特征，计算得到支撑平台1的中心、待装配的舱段的对接面中心及目标舱段的对接面中心的坐标系并由此计算出坐标系之间的位姿转换关系，最后解算出完成调姿对接时支撑平台1和/或待装配舱段的目标位姿，并将目标位姿发送至控制单元；控制单元通过位姿解算将支撑平台1和/或待装配舱段的目标位姿转换成八个活塞杆的伸长量，并将运动指令发送给八个位姿调节机构2，支撑平台1和/或待装配舱段即在八个位姿调节机构2的联动驱动下按照规划的运动路径运行到目标位姿，从而实现待装配的舱段的姿态调节运动，最终完成待装配的舱段的对接装配。
50.本技术设计的用于飞行器的大部件舱段对接装配的设备进行待装配舱段的移动和/或搬运的灵活性高、可以准确地调节待装配的舱段的姿态，从而有效地提高舱段对接装配效率，保证装配的一致性与精确性，极大地节省人力成本。此外，该设备基于计算控制和调姿技术，能够后续再辅以测量实时定位，由此集成为一体化的舱段自动对接系统，从而能够显著地扩大工业应用场景。
51.虽然以上描述了本技术的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本技术的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本技术的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本技术的保护范围。

技术特征：
1.一种用于飞行器的大部件舱段对接装配的设备，其特征在于，所述设备包括：用于承载待装配的舱段的支撑平台；多个位姿调节机构，所述多个位姿调节机构能够拆卸地设置在所述支撑平台的下表面下方，并且被构造成能够在控制单元的控制下驱动所述支撑平台运动，从而将所述待装配的舱段的姿态调整成满足与目标舱段对接要求的目标位姿；和移动式行走机构，所述移动式行走机构在其底部设置有多个运动部件，每个运动部件被构造为能够在所述控制单元的控制下运动，从而使得所述移动式行走机构能够沿多个方向行走和原地旋转，其中，所述多个位姿调节机构设置于所述移动式行走机构的上表面。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述多个位姿调节机构被构造成能够联动地沿着其各自的长度方向伸缩运动，从而将安置于所述支撑平台上的待装配的舱段的姿态调节至目标位姿。3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，每个位姿调节机构包括具有能够伸缩的活塞杆的电动缸和安装于所述电动缸上的伺服电机，所述伺服电机被构造成能够驱动所述活塞杆进行伸缩运动。4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述活塞杆的伸出端通过紧固件与固定于所述支撑平台下表面上的球铰固定连接。5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述球铰被构造成能够通过紧固件与斜垫块固定连接，并经由所述斜垫块固定于所述支撑平台的下表面。6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，每个位姿调节机构的下端通过紧固件与固定于所述移动式行走机构的上表面上的球铰固定连接。7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，每个位姿调节机构的下端与夹轨器固定连接，所述夹轨器固定连接至安装于所述移动式行走机构的上表面的导轨装置。8.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述位姿调节机构被设置为八个，其均匀分布地设置在所述支撑平台的四周。9.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，每个伺服电机的伺服驱动器被构造成能够通过ethercat总线采用级联的方式通信连接，并且所述伺服驱动器能够通过ethercat总线与所述控制单元通信连接。10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述运动部件被构造成舵轮，所述舵轮通过ethercat总线与所述控制单元通信连接并在所述控制单元的控制下实现万向行走和原地旋转。11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述移动式行走机构包括呈长方形的底盘，所述舵轮为四个且分别设置在所述底盘的四个角部处。12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述底盘的周边围绕有壁面，所述控制单元安装于其中一侧的壁面上。13.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述控制单元被构造成能够通过网线与上位机通信连接，根据来自上位机的目标位置和目标位姿并基于当前位置和当前姿态规划出合理的运动路径。14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，所述控制单元被配置成能够向所述位姿调节机构和所述移动式行走机构发送控制指令，以驱动所述位姿调节机构和所述移动式行
走机构按照规划的运动路径运动，从而将待装配的舱段调整至所述目标位置与所述目标位姿。15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述控制单元被配置成能够接收来自所述位姿调节机构和所述移动式行走机构的有关待装配的舱段的运动状态的反馈。

技术总结
本申请提供一种用于飞行器的大部件舱段对接装配的设备，其包括用于承载待装配的舱段的支撑平台；能够拆卸地设置在支撑平台的下表面下方的多个位姿调节机构，并且多个位姿调节机构被构造成能够在控制单元的控制下驱动支撑平台运动，从而将待装配的舱段的姿态调整成满足与目标舱段对接要求的目标位姿；和移动式行走机构，在移动式行走机构的底部设置有多个运动部件，每个运动部件被构造为能够在控制单元的控制下运动，从而使得移动式行走机构能够沿多个方向行走和原地旋转，其中，多个位姿调节机构设置于移动式行走机构的上表面。节机构设置于移动式行走机构的上表面。节机构设置于移动式行走机构的上表面。


技术研发人员：栾英伟 刘奎 张新宇 邢宏文 范晓骏 陈融融 陈玲玲
受保护的技术使用者：上海飞机制造有限公司
技术研发日：2022.12.02
技术公布日：2023/6/16