轮式定位与空间运动调姿相结合的自动装配设备技术领域
本发明涉及的是一种航空设备领域的技术，具体是一种轮式定位与空间运动调姿
相结合的自动装配设备。
背景技术
当前我国大型部件装配过程中，例如飞机客舱段间的装配、火箭筒体间的装配，主
要是靠工艺补偿和工装来保证大部件之间装配精度，且大部分对接装备需要靠手动调整，
少部分对接装备能够实现自动调整，但调整范围仅仅局限于装配对接位置附近，效率低且
工人的劳动强度大，很容易造成磕碰和卡滞，易产生应力，降低装配质量。针对这一问题，研
制一种轮式定位与空间运动调姿相结合的自动装配设备，增大大型部件位姿调整的范围，
提高生产线的生产效率，在降低工人劳动强度的同时提高装配质量。
发明内容
本发明针对现有技术不能实现垂直于轨道方向的大范围移动定位，且不能实现绕
垂直于水平面轴线的大范围转动或平动，容易造成磕碰和卡滞等缺陷，提出了一种轮式定
位与空间运动调姿相结合的自动装配装备，能够实现水平面内三个自由度的大范围轮式定
位以及空间四个自由度(包括竖直方向的平动和三个方向的转动)的运动调姿，具有运动范
围大、布置紧凑、控制方式简单、操作精度高、装配效率高、成本低廉的特点，能够实现大部
件的自动化精密装配。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括：带有麦克纳姆轮的全方位移动定位车以及设置于车身上的四自由度
调姿平台，该四自由度调姿平台包括：用于承载待调姿大部件的动平台以及分别与动平台
相连的四个虎克铰-移动副-球副(UPS)支链和一个移动副-球副(PS)支链，其中：PS支链的
球副一端与动平台相连，移动副一端竖直设置于全方位移动定位车上；UPS支链的两端分别
与动平台和全方位移动定位车转动连接，通过所述四个UPS支链中的移动副的伸长或缩短，
实现大部件的竖直方向的平动和三个方向的转动调姿。
所述的四个UPS支链优选在全方位移动定位车的一侧以及在动平台的一侧均呈正
方形布置，且在全方位移动定位车的一侧构成的正方形的边长大于在动平台的一侧的正方
形边长。
所述的PS支链优选与全方位移动定位车以及动平台分别相连于所述正方形的正
中央。
所述的UPS支链包括：球铰、球铰副支承座、上移动副支撑杆、下移动副支撑杆、上
十字轴支撑座、下十字轴支撑座和十字轴，其中：球铰设置在球铰副支撑座内，上移动副支
撑杆上端与球铰固定连接，下端与下移动副支撑杆滑动连接，十字轴一端与上十字轴支撑
座转动连接，另一端与下十字轴支撑座转动连接，上十字轴支撑座与下移动副支撑杆固定
连接，下十字轴支撑座与全方位轮式定位车的车身转动连接。
所述的上移动副支撑杆和下移动副支撑杆之间设有驱动机构用于驱动移动副伸
长和缩短。
所述的PS支链包括：球铰副支承座、球铰、上滑动支撑杆和下滑动支撑杆，其中：球
铰设置在球铰副支撑座内，上滑动支撑杆一端与球铰固定连接，另一端与下滑动支撑杆滑
动连接，下滑动支撑杆与全方位轮式定位车的车身转动连接。
所述的全方位移动定位车包括：全方位移动定位车的车身和四个麦克纳姆轮，其
中：四个麦克纳姆轮与含有四个麦克纳姆轮的全方位移动定位车的车身转动连接，四个麦
克纳姆轮均通过伺服电机各自独立驱动，实现水平面内三个自由度的大范围移动定位。
技术效果
与现有技术相比，本发明将基于麦克纳姆轮的全方位轮式定位车与基于并联机构
空间运动调姿对接装配设备结合起来，实现了大部件在水平面内三个自由度大范围轮式定
位和在空间内四个自由度的运动调姿，进而实现自动化精密装配，提高生产效率和装配质
量。在带有麦克纳姆轮的全方位轮式定位车顶部设计四个UPS支链和一个PS支链，其中四个
UPS支链的下十字轴支撑座呈正方形布置，球副支座与调整动平台固定连接，也成正方形布
置，且下十字轴支撑座的正方形边长要大于球副支座形成的正方形；所述的PS支链的球副
支座位于四个UPS支链球副支座形成的正方形的正中央，PS支链的下移动副支撑杆位于四
个UPS支链下十字轴支撑座形成的正方形的正中央。按照计算得到的一定的规律驱动移动
副时，可以完成大部件任意四自由度的空间调姿，包括竖直方向的平动自由度和三个方向
的转动自由度；全方位轮式定位车可通过对四个麦克纳姆轮的驱动实现水平面内的三个自
由度(包括水平面内两个平动自由度以及一个垂直于水平面的转动自由度)的全方位轮式
定位。该自动装配设备结合了轮式定位和并联机构空间运动调姿两项技术，具有运动范围
大、成本低廉、操作精度高，降低工人劳动强度，提高装配效率和装配质量等优点。
附图说明
图1为本发明立体结构图；
图2为本发明的正视图；
图3为本发明的左视图；
图4为本发明中带有麦克纳姆轮的全方位轮式定位车示意图；
图5为本发明UPS支链示意图；
图6为本发明PS支链示意图；
图7为本发明中虎克铰结构示意图；
图中：待调姿大部件1、大部件托架2、调整动平台3、球铰副支承座4、球铰5、上移动
副支撑杆6、下移动副支撑杆7、驱动机构8、上十字轴支撑座9、十字轴10、下十字轴支撑座
11、球铰副支承座12、球铰13、上滑动支撑杆14、下滑动支撑杆15、全方位轮式定位车的车身
16、麦克纳姆轮17、对接大部件18。
具体实施方式
如图1所示，本实施例包括：带有大部件托架2的调整动平台3、带有麦克纳姆轮17
的全方位轮式定位车以及分别与之相连接的四个UPS支链和一个PS支链，其中：待调姿大部
件1与大部件托架2通过圆弧型面接触连接，大部件托架2对齐平放在调整动平台3上并与调
整动平台3固定连接。
所述的调整动平台3采用平整加工的钢板，用来支撑大部件托架2以及待调姿大部
件1。
本实施例中，四个UPS支链的布置形式如图1至图3所示，四个UPS支链结构完全一
样。
如图4所示，所述的全方位轮式定位车包括：带有麦克纳姆轮的全方位轮式定位车
的车身16和四个麦克纳姆轮17，其中：四个麦克纳姆轮17与带有麦克纳姆轮的全方位轮式
定位车的车身16转动连接，四个麦克纳姆轮17均通过伺服电机独立驱动，实现水平面内三
个自由度的大范围轮式定位。
如图1-3所示，所述的四个UPS支链的下十字轴支撑座11呈正方形布置，球铰副支
承座4与调整动平台3固定连接，也成正方形布置，且下十字轴支撑座11的正方形边长要大
于球副支座4形成的正方形。
如图1-3所示，所述的PS支链的球副支撑座12位于四个UPS支链球铰副支承座4形
成的正方形的正中央，PS支链的下移动副支撑杆15位于四个UPS支链下十字轴支撑座11形
成的正方形的正中央。
如图1-3、5、7所示，所述的UPS支链包括：球铰5、球铰副支承座4、上移动副支撑杆
6、下移动副支撑杆7、上十字轴支撑座9、下十字轴支撑座11、十字轴10和驱动机构8，其中：
球铰5设置在球铰副支撑座4内；所述的上移动副支撑杆6上端与球铰5固定连接，下端与下
移动副支撑杆7滑动连接；十字轴10一端与上十字轴支撑座9转动连接，另一端与下十字轴
支撑座11转动连接；上十字轴支撑座9与下移动副支撑杆7固定连接；下十字轴支撑座11与
带有麦克纳姆轮的全方位轮式定位车的车身16固定连接；驱动机构8驱动上移动副支撑杆6
和下移动副支撑杆7形成的移动副伸长和缩短。
如图1-3、6所示，所述的PS支链包括：球铰副支承座12、球铰13、上滑动支撑杆14、
下滑动支撑杆15，其中：球铰13设置在球铰副支撑座12内；上滑动支撑杆14一端与球铰13固
定连接，另一端与下滑动支撑杆15滑动连接；下滑动支撑杆15与带有麦克纳姆轮的全方位
轮式定位车的车身16固定连接。
所述的四个UPS支链中的移动副通过驱动机构8驱动伸长或缩短时，大部件能够实
现四自由度空间调姿，该四自由度包括竖直方向的平动和三个方向的转动。
本实施例通过以下方式进行工作：首先确定对接大部件18的位姿，然后控制带有
麦克纳姆轮的全方位轮式定位车在水平面内运动，使待调姿大部件1运动到四个UPS支链和
一个PS支链组成的并联机构的工作空间内，实现待调姿大部件1的水平面内三个自由度的
大范围轮式定位。然后根据调姿要求生成控制方法，利用伺服电机8驱动四个移动副，待调
姿大部件1就可以随着调整动平台3得到空间四自由度的运动。确定待调姿大部件1的当前
位姿和对接大部件18的目标位姿之后，与全方位轮式定位车在水平面内运动相配合，根据
机构的运动学逆解求出调姿装配过程所需要的驱动输入量，使待调姿大部件1从当前姿态
调整到目标姿态，完成装配过程。该自动装配设备能够实现大部件在空间内的大范围运动
调姿定位，具有成本低廉，响应速度快，操作精度高，装配效率高等优点。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同
的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所
限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。