一种姿态可调的新型承载平台

孙占橦　王荫洋　金圆平

摘要：在当前的工业发展形势下，文章提出了一种姿态可调的新型承载平台，该平台采用具有独创性的简易灵巧结构，这种结构可以使该承载平台具有三个坐标上的自由度，在保证承载平台具有较强的承载能力的同时，还可以有较好的姿态调节性，从而较好地解决了目前普通工装平台存在的通用性较差的问题。

关键词：承载平台；姿态可调；承载能力；通用性；自由度 文献标识码：A

中图分类号：TH711 文章编号：1009-2374（2017）01-0016-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.01.008

1 承载平台的背景技术

工装承载平台是航天航空、电子行业、仪器生产、石油化工、矿山机械、建筑行业、机械加工、汽车、水处理等20多种行业不可缺少的产品，其中以重工业使用最为普遍，约占总产量的95%。承载平台是工业生产中划线、测量、铆焊、工装工艺等不可或缺的工作台，也可以做机械试验台。

平台的局部误差和平台刚度是衡量平板质量的两大基本指标，对承载平台质量检验的合格与否起着决定性的作用。平台的局部误差是指平台工作面局部平面度加工质量，包括工作面加工的微观质量和工作面小范围内的局部畸变。所谓加工的微观质量是指加工表面极小间距微小峰谷不平度，即表面粗糙度。表面微观质量好，耐磨损，则平台使用寿命高，反之，则平台使用寿命短。而工作面小范围内的局部畸变是指加工表面不平整、有变形，这里所说的工作面小范围，对小平台而言是局部位置，对大平台而言则是局部面积。平台的平整性反映了平台局部误差，可以从提高平台的平整性等方面來提高平台的加工质量，延长平台的使用寿命。平台刚度是指平台在承受外载时抵抗变形的能力，这个指标从整体框架结构上来衡量平台的承载性能。平台在使用过程中要承受一定荷重，若平台的刚度差，承受荷重后产生的变形挠度大，使平面度变差，也就不再起到应有的基准平面作用。

2 现有承载平台简要介绍

随着机械制造行业的不断发展，为机械加工制造和装配而设计的支撑平台也越来越多。在机械制造行业中，装配过程中需要不断调节被装配工件的位置姿态，而为装配设计的工装虽然可以实现这项功能，却只能适用于大批量生产中，且通用性较差。苏州汉诺威升降台有限公司自主发明的一种升降台，可以实现所承载物品的升降，用于运输或装置作业，结构简单，操作方便，但是承载能力和平衡性不足。中国工程物理研究院应用电子学研究所研究出的一种多自由度隔振承载平台，能够在隔振条件下对平台进行4个自由度的调节，还能够实现平台的水平调节，且承载平台负载大、位置精度高、自动控制、应用广泛，但是结构相对较复杂，造价高。北京航空航天大学研发的一种用于飞机翼对接的多自由度可调整装配平台，能够快速安全、精确和效率都较好的实现飞机机翼的对接和柔性装配，但装置体积较大，不适合实验室使用，不能调节水平，属于吊装。重庆大学发明的自控式多自由度对接平台，具有自适应功能，能够自检测出对接体与对接腔体之间的对接位置和对接角度，并自动调整对接位置和对接角度，保证对接体与对接腔体的对接质量和对接效果，但装置不能旋转，不能进行主动位置控制。

3 新型承载平台技术

为了解决承载平台难以实现姿态可调、承载能力不强的问题，本文提出了一种姿态可调的新型承载平台。该姿态可调的新型承载平台的动平台与下固定平台的两条驱动支链平行分布，共同承载平台的压力，能够使承载平台具有更强的承载能力；动平台具有三个自由度，分别为两个坐标方向上的移动和一个坐标方向上的转动，从而可以有较好的姿态可调性，较好地解决了目前工装平台存在的通用性较差的问题。

3.1 新型承载平台采用的技术方案

本文提出的一种姿态可调的新型承载平台，包括上固定平台3和下固定平台1，承载平台整体结构图如图1所示。下固定平台1直接固定在地面上，上固定平台3通过四条支撑腿2固定在地面上，上固定平台3通过驱动支链4与动平台5侧面连接，动平台5下部通过驱动支链4与下固定平台1连接，驱动液压缸6通过转动副与上固定平台3和下固定平台1连接，驱动液压杆7通过转动副与所述动平台5连接。

驱动支链4为RPR结构，即转动副—移动副—转动副结构，支链结构图如图2所示。驱动支链由驱动液压缸6和驱动液压杆7组成，支链的数目为四条，四条驱动支链结构完全相同，可以使动平台5具有两个坐标方向上的移动和一个坐标方向上的转动共三个自由度。连接动平台5与上固定平台3的两条驱动支链4对称分布，连接动平台5与下固定平台1的两条驱动支链4平行分布。

3.2 新型承载平台的特点和优点

这种姿态可调的新型承载平台，其具有独创性的设计在于：上固定平台和下固定平台采用分离式结构，分别与地面固定。上固定平台和动平台、下固定平台和动平台都通过驱动支链连接，驱动支链采用液压传动装置，由驱动液压缸和驱动液压杆组成。这种新型承载平台在生产应用中的优点体现在以下方面：

3.2.1 本文提出的姿态可调的新型承载平台可以实现两个坐标方向上的移动和一个坐标方向上的转动，可以在空间中得到更多的空间姿态，能够使该承载平台具有更好的姿态可调性，定位精度更高。

3.2.2 本文提出的姿态可调的新型承载平台，连接动平台与下固定平台的两条驱动支链平行分布，共同承载平台的压力，能够使承载平台具有更强的承载能力。

3.2.3 本文提出的这种新型承载平台中采用了液压传动。液压装置工作比较平稳，由于质量和惯性小，易于实现快速启动、制动和频繁的换向；当将液压装置和电气控制、电子控制或气动控制结合起来使用时，整个传动装置能实现很复杂的顺序动作，也能方便地实现远程控制和自动化；而且由于液压元件已实现了标准化、系列化和通用化，其设计、制造和使用都比较方便，更换起来也比较方便，可实现重复利用，降低成本，节约资源。

3.2.4 本文提出的这种新型承载平台中各个组成构件形状简单，易于加工。在普通的机械加工车间即可完成，成本较低，对工作人员的技术要求也不高，而且机械加工的工艺规程和装配工艺规程简单，易于加工生产。

3.2.5 本文提出的这种姿态可调的新型承载平台的各部分组件可以达到通用性，即互换性。这样在机械加工生产的过程中可以将一台机器中众多的零部件，分散地进行高效率的专业化生产，然后又集中起来进行装配，从而为生产的专业化创造了条件，也能促進自动化生产的发展，有利于降低生产成本，提高质量。

4 新型承载平台的应用发展前景

近些年来，微电子技术、计算机技术、网络信息技术以及机械制造技术的发展和深度结合，将当代的很多技术和产品带入了一个崭新的境界，计算机辅助技术（CAX）、计算机集成制造系统、数控技术、柔性制造系统等先进的制造系统和制造模式改变了加工制造的面貌。而机械制造对整个工业的发展起到基础和支撑的作用，是衡量一个国家科技水平和综合实力的重要标志，在相当长的时期里，中国经济需要靠制造业牵引，而工装承载平台对我们机械制造等行业的发展有着不可估量的作用。当然，如果没有工装承载平台的提高和发展，很多产业都无法取得大的突破。

随着汽车产业的不断发展，软工装的设计和制造加工造成了巨大的资源浪费，为缩短汽车新车型的开发制造周期，上汽通用五菱汽车股份有限公司提出在软工装制造过程中，采用柔性化总拼平台，可以大量节约软工装制造成本，减少工装制造周期和人力成本等。该项技术的提出引领工装承载平台向着柔性化方向持续发展。

飞机数字化装配技术兴起于20世纪末，在美欧等发达国家迅速兴起。空客公司2005年机翼盒自动装配的AWBA2研究项目应用了多种数字化柔性装配技术，减少了生产投入，缩短了成产周期，完成了月产38套机翼的目标。

随着工业生产的不断推进，新兴的制造装配技术带动着承载平台向着高精度、大负载、多自由度、组合式、柔性化、数字化等方向不断发展。本文提出的新型姿态可调整的承载平台符合定位精度高、负载能力强、多自由度的发展要求，因而在现代工业生产中具有良好的应用发展前景。

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作者简介：孙占橦（1994-），山东潍坊人，山东科技大学机械电子工程学院学生，研究方向：材料成型及控制工程。

（责任编辑：黄银芳）