一种用于船舶分段柔顺对接的协同调姿装置

本发明涉及一种用于船舶分段柔顺对接的协同调姿装置，属于船舶分段对接。

背景技术：

1、在船舶制造业中，船舶分段的对接装配是一个关键环节，对接技术水平的高低很大程度上决定了提高船舶的整体建造质量和效率。然而目前国内大型船舶分段的对接装配作业仍然多数处于手工操作阶段。通常是先使用塔吊将船舶分段吊装至带有桁架平台的运输车上，再配合人工目视的方法推动一个分段缓慢靠近另一分段。这种方式自动化水平较低且对接精度和质量较差，由于装配设备不具有柔顺性，大型船舶分段的曲面弧度和倾角无法得到顺应，容易对装配部件造成损坏。

2、近年来，随着基于电气控制系统的智能控制装置在船舶总装作业中的应用，三自由度协同装配架车开始投入使用，一定程度上提高了船舶分段对接装配的精度，但是该设备仍未解决船舶分段位姿调整的自由度控制能力单一问题，以及柔顺性差导致的装配部件表面局部应力过大和损坏的问题。

3、公开号为cn 112776957a的专利公开了具有摆角顺应性的船舶总段对接协同装配架车。该装置包括二自由度协同装配架车以及设置于其上的两转一移式摆角顺应机构，通过驱动轨道轮实现x轴方向运动，通过驱动移动平台实现y轴方向移动。摆角顺应机构由三组120°布置的电缸和末端平台组成，通过驱动电缸实现z轴移动、绕x轴转动以及绕y轴转动。该方案的自由度调姿精准度低且无法完全实现船舶分段的六自由度调姿，且同时使用了四个二自由度协同装配架车来实现船舶分段曲面的自适应，结构复杂，且在移动过程中，船舶分段容易晃动，进而降低调姿精度。

技术实现思路

1、发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种用于船舶分段柔顺对接的协同调姿装置，通过配合使用三自由度调姿车、曲面自适应保型架实现了船舶分段的六自由度调姿以及船舶分段曲面的柔性对接。

2、技术方案：一种用于船舶分段柔顺对接的协同调姿装置，包括设置在轨道上的三自由度调姿车、曲面自适应保型架、控制器，所述三自由度调姿车至少设置四个且沿x轴对称设置，所述曲面自适应保型架与三自由度调姿车铰接，所述控制器与曲面自适应保型架信号连接，所述三自由度调姿车包括依次连接的x轴移动装置、y轴移动装置和z轴移动装置，所述控制器分别与x轴移动装置、y轴移动装置和z轴移动装置信号连接。

3、本发明通过将三自由度调姿车设置有x轴移动装置、y轴移动装置和z轴移动装置，并分别同时控制，以实现x、y、z轴移动，通过x轴移动装置和y轴移动装置的配合使用实现沿z轴旋转的自由度调姿，分别控制三自由度调姿车的z轴移动装置，以实现沿x轴、y轴旋转的自由度调姿，并且通过曲面自适应保型架可以自适应船舶分段的曲面弧度和倾角，减小了装配时的接触应力。

4、优选项，为了驱动三自由度调姿车沿着x轴移动；所述x轴移动装置包括车架、安装在车架上的主驱动组件和从动组件，所述主驱动组件包括x轴传动装置和轨道轮，所述从动组件包括与主驱动组件相同的轨道轮。通过控制主驱动组件带动从动组件移动，使轨道轮沿着轨道移动，以保证每台三自由度调姿车的前进轨迹一致，提高调姿的协调性。同时为了保证x轴移动装置和y轴移动装置的连接可靠性，车架上设置有铰接座，通过销轴与y轴移动装置连接。

5、优选项，为了提高x轴传动装置的可靠性；所述x轴传动装置包括x轴驱动部、互相啮合的主动齿轮和从动齿轮，所述x轴驱动部与主动齿轮连接，所述x轴驱动部与控制器信号连接，所述从动齿轮设置于轨道轮内部。x轴驱动部包括互相连接的x轴伺服电机和减速器，从动齿轮固定在轨道轮内部，轨道轮与车架连接，主动齿轮与减速器连接，通过驱动x轴伺服电机，经过减速器放大输出扭矩，主动齿轮和从动齿轮啮合传动，带动轨道轮沿轨道运动，从而使得x轴传动装置实现x轴方向的运动。

6、优选项，为了驱动三自由度调姿车沿着y轴移动；所述y轴移动装置包括安装座、移动平台和y轴传动装置，所述安装座底部与x轴移动装置连接，所述安装座和移动平台滑动式连接，所述y轴传动装置与安装座和移动平台分别连接。控制器控制y轴传动装置带动移动平台沿y轴移动，以实现y轴自由度的调姿，安装座上设有滑轨，移动平台底部设有滑块，安装座和移动平台通过滑块和滑轨实现滑动式连接。

7、优选项，为了提高y轴传动装置的可靠性；所述y轴传动装置包括y轴驱动部、轴承座和丝杠机构，所述轴承座分别与y轴驱动部和丝杠机构连接，所述y轴驱动部与控制器信号连接。通过y轴驱动部，即y轴伺服电机带动丝杠机构旋转，在滑轨滑块的配合下，将丝杠机构的旋转运动转化为移动平台的直线运动，使得y轴传动装置实现y轴方向的运动。

8、优选项，为了实现z轴自由度调姿；所述z轴移动装置包括梯形丝杠、配合使用的上导向套和下导向套、以及安装于移动平台内部的z轴传动装置，所述移动平台上开设有第一安装孔，所述梯形丝杠贯穿第一安装孔与z轴传动装置连接，所述上导向套和下导向套分别套设于梯形丝杠外部，且分别与第一安装孔固定连接。控制器控制z轴传动装置以驱动梯形丝杠沿z轴移动，实现z轴自由度调姿，通过在梯形丝杠外部设置上导向套和下导向套，不仅起到导向作用，同时提高设备安全性。

9、优选项，为了提高z轴传动装置的可靠性；所述z轴传动装置包括蜗轮蜗杆机构和z轴驱动部，所述蜗轮蜗杆机构分别与z轴驱动部和梯形丝杠连接，所述上导向套靠近船体的一端内部设置有限位键，所述梯形丝杠沿z轴方向开设有限位键槽，所述限位键与限位键槽滑动连接。蜗轮蜗杆机构与梯形丝杠螺纹连接，z轴驱动部驱动蜗轮蜗杆机构运动，限位键与限位键槽配合使用，防止梯形丝杠随着蜗轮蜗杆机构旋转而随动旋转，使其无法实现z轴移动且容易带动与丝杠连接的其他设备一同旋转，从而造成设备之间的干涉，例如用于测量z轴移动量的拉线传感器；因此在蜗轮蜗杆机构的运动下，使梯形丝杠沿着限位键槽直线运动，以实现z轴方向的运动；

10、同时为了防止船体放置于曲面自适应保型架上进行调姿时，z轴移动装置和曲面自适应保型架若为固定连接，容易造成结构变形，因此在梯形丝杠顶部设置球铰支座与曲面自适应保型架连接，用以减少结构受力引起的应力和变形，以及减少侧向力的传递，从而降低支座和曲面自适应保型架的应力，有助于提高结构的整体稳定性和安全性，同时设置球铰支座后，通过多台三自由度调姿车的协同运动，可以实现船体分段分别绕x、y、z轴的旋转运动，提高调姿的可靠性与精准性。

11、优选项，为了自适应船舶分段的曲面弧度和倾角；所述曲面自适应保型架包括托架本体、夹紧机构、主支撑部、调节支撑部，所述夹紧机构、调节支撑部、主支撑部沿y轴方向依次安装于托架本体上且分别沿x轴方向对称设置，所述主支撑部包括互相连接的支撑棍子和主支撑座，所述主支撑座与托架本体固定安装，所述调节支撑部包括与主支撑部相同的支撑棍子。通过主支撑部对船体做总体支撑，通过调节支撑部适应船舶分段的曲面弧度，适应完曲面弧度和倾角后，控制夹紧机构靠近船舶分段外壁，且同时夹紧，提高船舶分段在后续调姿过程中的稳定性。

12、优选项，为了提高曲面自适应时的可靠性，所述调节支撑部还包括调节支撑座、升降柱和升降柱电机，所述升降柱贯穿托架本体与调节支撑座连接，所述升降柱与升降柱电机连接。通过升降柱电机驱动升降柱沿z轴上下移动，从而使调节支撑部配合主支撑部自适应船舶分段的不同弧度和倾角，提高了对接时的柔顺性，减小装配时的接触应力。

13、优选项，所述夹紧机构包括夹紧部、安装底座和齿轮齿条传动装置，所述夹紧部和安装底座滑动式连接，所述安装底座与托架本体连接，所述齿轮齿条传动装置分别与夹紧部、安装底座连接。

14、为了提高夹紧机构的可靠性，夹紧部顶部设有滑块，安装底座上设有导轨，滑块与导轨滑动式连接；同时夹紧部包括互相连接的夹板和电磁吸盘，电磁吸盘包括保护壳、铁芯和接线盒，外部线缆经过接线盒与工控机相连，当给保护壳内部的励磁线圈通电后，铁芯产生强磁力，使吸盘内部的铁芯吸附分段外壁，将船舶分段夹紧。

15、有益效果：本发明通过将三自由度调姿车设置为x轴移动装置、y轴移动装置和z轴移动装置的组合，通过控制器控制其按照运动轨迹行进，实现了六自由度调姿，同时搭配曲面自适应保型架，实现船舶分段曲面的自适应，通过设置夹紧机构，可以保证船舶分段在调姿过程中，不产生晃动，提高调姿精确度以及安全性，并且可以降低装配部件表面局部应力大导致的损坏问题，提高船舶分段对接的装配质量和效率。