一種姿態(tài)可調(diào)的新型承載平臺(tái)

孫占橦　王蔭洋　金圓平

摘要：在當(dāng)前的工業(yè)發(fā)展形勢(shì)下，文章提出了一種姿態(tài)可調(diào)的新型承載平臺(tái)，該平臺(tái)采用具有獨(dú)創(chuàng)性的簡(jiǎn)易靈巧結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以使該承載平臺(tái)具有三個(gè)坐標(biāo)上的自由度，在保證承載平臺(tái)具有較強(qiáng)的承載能力的同時(shí)，還可以有較好的姿態(tài)調(diào)節(jié)性，從而較好地解決了目前普通工裝平臺(tái)存在的通用性較差的問題。

關(guān)鍵詞：承載平臺(tái)；姿態(tài)可調(diào)；承載能力；通用性；自由度 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TH711 文章編號(hào)：1009-2374（2017）01-0016-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.01.008

1 承載平臺(tái)的背景技術(shù)

工裝承載平臺(tái)是航天航空、電子行業(yè)、儀器生產(chǎn)、石油化工、礦山機(jī)械、建筑行業(yè)、機(jī)械加工、汽車、水處理等20多種行業(yè)不可缺少的產(chǎn)品，其中以重工業(yè)使用最為普遍，約占總產(chǎn)量的95%。承載平臺(tái)是工業(yè)生產(chǎn)中劃線、測(cè)量、鉚焊、工裝工藝等不可或缺的工作臺(tái)，也可以做機(jī)械試驗(yàn)臺(tái)。

平臺(tái)的局部誤差和平臺(tái)剛度是衡量平板質(zhì)量的兩大基本指標(biāo)，對(duì)承載平臺(tái)質(zhì)量檢驗(yàn)的合格與否起著決定性的作用。平臺(tái)的局部誤差是指平臺(tái)工作面局部平面度加工質(zhì)量，包括工作面加工的微觀質(zhì)量和工作面小范圍內(nèi)的局部畸變。所謂加工的微觀質(zhì)量是指加工表面極小間距微小峰谷不平度，即表面粗糙度。表面微觀質(zhì)量好，耐磨損，則平臺(tái)使用壽命高，反之，則平臺(tái)使用壽命短。而工作面小范圍內(nèi)的局部畸變是指加工表面不平整、有變形，這里所說的工作面小范圍，對(duì)小平臺(tái)而言是局部位置，對(duì)大平臺(tái)而言則是局部面積。平臺(tái)的平整性反映了平臺(tái)局部誤差，可以從提高平臺(tái)的平整性等方面來提高平臺(tái)的加工質(zhì)量，延長(zhǎng)平臺(tái)的使用壽命。平臺(tái)剛度是指平臺(tái)在承受外載時(shí)抵抗變形的能力，這個(gè)指標(biāo)從整體框架結(jié)構(gòu)上來衡量平臺(tái)的承載性能。平臺(tái)在使用過程中要承受一定荷重，若平臺(tái)的剛度差，承受荷重后產(chǎn)生的變形撓度大，使平面度變差，也就不再起到應(yīng)有的基準(zhǔn)平面作用。

2 現(xiàn)有承載平臺(tái)簡(jiǎn)要介紹

隨著機(jī)械制造行業(yè)的不斷發(fā)展，為機(jī)械加工制造和裝配而設(shè)計(jì)的支撐平臺(tái)也越來越多。在機(jī)械制造行業(yè)中，裝配過程中需要不斷調(diào)節(jié)被裝配工件的位置姿態(tài)，而為裝配設(shè)計(jì)的工裝雖然可以實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)功能，卻只能適用于大批量生產(chǎn)中，且通用性較差。蘇州漢諾威升降臺(tái)有限公司自主發(fā)明的一種升降臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)所承載物品的升降，用于運(yùn)輸或裝置作業(yè)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，但是承載能力和平衡性不足。中國(guó)工程物理研究院應(yīng)用電子學(xué)研究所研究出的一種多自由度隔振承載平臺(tái)，能夠在隔振條件下對(duì)平臺(tái)進(jìn)行4個(gè)自由度的調(diào)節(jié)，還能夠?qū)崿F(xiàn)平臺(tái)的水平調(diào)節(jié)，且承載平臺(tái)負(fù)載大、位置精度高、自動(dòng)控制、應(yīng)用廣泛，但是結(jié)構(gòu)相對(duì)較復(fù)雜，造價(jià)高。北京航空航天大學(xué)研發(fā)的一種用于飛機(jī)翼對(duì)接的多自由度可調(diào)整裝配平臺(tái)，能夠快速安全、精確和效率都較好的實(shí)現(xiàn)飛機(jī)機(jī)翼的對(duì)接和柔性裝配，但裝置體積較大，不適合實(shí)驗(yàn)室使用，不能調(diào)節(jié)水平，屬于吊裝。重慶大學(xué)發(fā)明的自控式多自由度對(duì)接平臺(tái)，具有自適應(yīng)功能，能夠自檢測(cè)出對(duì)接體與對(duì)接腔體之間的對(duì)接位置和對(duì)接角度，并自動(dòng)調(diào)整對(duì)接位置和對(duì)接角度，保證對(duì)接體與對(duì)接腔體的對(duì)接質(zhì)量和對(duì)接效果，但裝置不能旋轉(zhuǎn)，不能進(jìn)行主動(dòng)位置控制。

3 新型承載平臺(tái)技術(shù)

為了解決承載平臺(tái)難以實(shí)現(xiàn)姿態(tài)可調(diào)、承載能力不強(qiáng)的問題，本文提出了一種姿態(tài)可調(diào)的新型承載平臺(tái)。該姿態(tài)可調(diào)的新型承載平臺(tái)的動(dòng)平臺(tái)與下固定平臺(tái)的兩條驅(qū)動(dòng)支鏈平行分布，共同承載平臺(tái)的壓力，能夠使承載平臺(tái)具有更強(qiáng)的承載能力；動(dòng)平臺(tái)具有三個(gè)自由度，分別為兩個(gè)坐標(biāo)方向上的移動(dòng)和一個(gè)坐標(biāo)方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而可以有較好的姿態(tài)可調(diào)性，較好地解決了目前工裝平臺(tái)存在的通用性較差的問題。

3.1 新型承載平臺(tái)采用的技術(shù)方案

本文提出的一種姿態(tài)可調(diào)的新型承載平臺(tái)，包括上固定平臺(tái)3和下固定平臺(tái)1，承載平臺(tái)整體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。下固定平臺(tái)1直接固定在地面上，上固定平臺(tái)3通過四條支撐腿2固定在地面上，上固定平臺(tái)3通過驅(qū)動(dòng)支鏈4與動(dòng)平臺(tái)5側(cè)面連接，動(dòng)平臺(tái)5下部通過驅(qū)動(dòng)支鏈4與下固定平臺(tái)1連接，驅(qū)動(dòng)液壓缸6通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與上固定平臺(tái)3和下固定平臺(tái)1連接，驅(qū)動(dòng)液壓桿7通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與所述動(dòng)平臺(tái)5連接。

驅(qū)動(dòng)支鏈4為RPR結(jié)構(gòu)，即轉(zhuǎn)動(dòng)副—移動(dòng)副—轉(zhuǎn)動(dòng)副結(jié)構(gòu)，支鏈結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。驅(qū)動(dòng)支鏈由驅(qū)動(dòng)液壓缸6和驅(qū)動(dòng)液壓桿7組成，支鏈的數(shù)目為四條，四條驅(qū)動(dòng)支鏈結(jié)構(gòu)完全相同，可以使動(dòng)平臺(tái)5具有兩個(gè)坐標(biāo)方向上的移動(dòng)和一個(gè)坐標(biāo)方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)共三個(gè)自由度。連接動(dòng)平臺(tái)5與上固定平臺(tái)3的兩條驅(qū)動(dòng)支鏈4對(duì)稱分布，連接動(dòng)平臺(tái)5與下固定平臺(tái)1的兩條驅(qū)動(dòng)支鏈4平行分布。

3.2 新型承載平臺(tái)的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)

這種姿態(tài)可調(diào)的新型承載平臺(tái)，其具有獨(dú)創(chuàng)性的設(shè)計(jì)在于：上固定平臺(tái)和下固定平臺(tái)采用分離式結(jié)構(gòu)，分別與地面固定。上固定平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)、下固定平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)都通過驅(qū)動(dòng)支鏈連接，驅(qū)動(dòng)支鏈采用液壓傳動(dòng)裝置，由驅(qū)動(dòng)液壓缸和驅(qū)動(dòng)液壓桿組成。這種新型承載平臺(tái)在生產(chǎn)應(yīng)用中的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在以下方面：

3.2.1 本文提出的姿態(tài)可調(diào)的新型承載平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)坐標(biāo)方向上的移動(dòng)和一個(gè)坐標(biāo)方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)，可以在空間中得到更多的空間姿態(tài)，能夠使該承載平臺(tái)具有更好的姿態(tài)可調(diào)性，定位精度更高。

3.2.2 本文提出的姿態(tài)可調(diào)的新型承載平臺(tái)，連接動(dòng)平臺(tái)與下固定平臺(tái)的兩條驅(qū)動(dòng)支鏈平行分布，共同承載平臺(tái)的壓力，能夠使承載平臺(tái)具有更強(qiáng)的承載能力。

3.2.3 本文提出的這種新型承載平臺(tái)中采用了液壓傳動(dòng)。液壓裝置工作比較平穩(wěn)，由于質(zhì)量和慣性小，易于實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和頻繁的換向；當(dāng)將液壓裝置和電氣控制、電子控制或氣動(dòng)控制結(jié)合起來使用時(shí)，整個(gè)傳動(dòng)裝置能實(shí)現(xiàn)很復(fù)雜的順序動(dòng)作，也能方便地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和自動(dòng)化；而且由于液壓元件已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，其設(shè)計(jì)、制造和使用都比較方便，更換起來也比較方便，可實(shí)現(xiàn)重復(fù)利用，降低成本，節(jié)約資源。

3.2.4 本文提出的這種新型承載平臺(tái)中各個(gè)組成構(gòu)件形狀簡(jiǎn)單，易于加工。在普通的機(jī)械加工車間即可完成，成本較低，對(duì)工作人員的技術(shù)要求也不高，而且機(jī)械加工的工藝規(guī)程和裝配工藝規(guī)程簡(jiǎn)單，易于加工生產(chǎn)。

3.2.5 本文提出的這種姿態(tài)可調(diào)的新型承載平臺(tái)的各部分組件可以達(dá)到通用性，即互換性。這樣在機(jī)械加工生產(chǎn)的過程中可以將一臺(tái)機(jī)器中眾多的零部件，分散地進(jìn)行高效率的專業(yè)化生產(chǎn)，然后又集中起來進(jìn)行裝配，從而為生產(chǎn)的專業(yè)化創(chuàng)造了條件，也能促進(jìn)自動(dòng)化生產(chǎn)的發(fā)展，有利于降低生產(chǎn)成本，提高質(zhì)量。

4 新型承載平臺(tái)的應(yīng)用發(fā)展前景

近些年來，微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)以及機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展和深度結(jié)合，將當(dāng)代的很多技術(shù)和產(chǎn)品帶入了一個(gè)嶄新的境界，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)（CAX）、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)、數(shù)控技術(shù)、柔性制造系統(tǒng)等先進(jìn)的制造系統(tǒng)和制造模式改變了加工制造的面貌。而機(jī)械制造對(duì)整個(gè)工業(yè)的發(fā)展起到基礎(chǔ)和支撐的作用，是衡量一個(gè)國(guó)家科技水平和綜合實(shí)力的重要標(biāo)志，在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期里，中國(guó)經(jīng)濟(jì)需要靠制造業(yè)牽引，而工裝承載平臺(tái)對(duì)我們機(jī)械制造等行業(yè)的發(fā)展有著不可估量的作用。當(dāng)然，如果沒有工裝承載平臺(tái)的提高和發(fā)展，很多產(chǎn)業(yè)都無法取得大的突破。

隨著汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，軟工裝的設(shè)計(jì)和制造加工造成了巨大的資源浪費(fèi)，為縮短汽車新車型的開發(fā)制造周期，上汽通用五菱汽車股份有限公司提出在軟工裝制造過程中，采用柔性化總拼平臺(tái)，可以大量節(jié)約軟工裝制造成本，減少工裝制造周期和人力成本等。該項(xiàng)技術(shù)的提出引領(lǐng)工裝承載平臺(tái)向著柔性化方向持續(xù)發(fā)展。

飛機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)興起于20世紀(jì)末，在美歐等發(fā)達(dá)國(guó)家迅速興起?？湛凸?005年機(jī)翼盒自動(dòng)裝配的AWBA2研究項(xiàng)目應(yīng)用了多種數(shù)字化柔性裝配技術(shù)，減少了生產(chǎn)投入，縮短了成產(chǎn)周期，完成了月產(chǎn)38套機(jī)翼的目標(biāo)。

隨著工業(yè)生產(chǎn)的不斷推進(jìn)，新興的制造裝配技術(shù)帶動(dòng)著承載平臺(tái)向著高精度、大負(fù)載、多自由度、組合式、柔性化、數(shù)字化等方向不斷發(fā)展。本文提出的新型姿態(tài)可調(diào)整的承載平臺(tái)符合定位精度高、負(fù)載能力強(qiáng)、多自由度的發(fā)展要求，因而在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中具有良好的應(yīng)用發(fā)展前景。

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作者簡(jiǎn)介：孫占橦（1994-），山東濰坊人，山東科技大學(xué)機(jī)械電子工程學(xué)院學(xué)生，研究方向：材料成型及控制工程。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）