一種姿態可調的新型承載平臺

孫占橦　王蔭洋　金圓平

摘要：在當前的工業發展形勢下，文章提出了一種姿態可調的新型承載平臺，該平臺采用具有獨創性的簡易靈巧結構，這種結構可以使該承載平臺具有三個坐標上的自由度，在保證承載平臺具有較強的承載能力的同時，還可以有較好的姿態調節性，從而較好地解決了目前普通工裝平臺存在的通用性較差的問題。

關鍵詞：承載平臺；姿態可調；承載能力；通用性；自由度 文獻標識碼：A

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

1 承載平臺的背景技術

工裝承載平臺是航天航空、電子行業、儀器生產、石油化工、礦山機械、建筑行業、機械加工、汽車、水處理等20多種行業不可缺少的產品，其中以重工業使用最為普遍，約占總產量的95%。承載平臺是工業生產中劃線、測量、鉚焊、工裝工藝等不可或缺的工作臺，也可以做機械試驗臺。

平臺的局部誤差和平臺剛度是衡量平板質量的兩大基本指標，對承載平臺質量檢驗的合格與否起著決定性的作用。平臺的局部誤差是指平臺工作面局部平面度加工質量，包括工作面加工的微觀質量和工作面小范圍內的局部畸變。所謂加工的微觀質量是指加工表面極小間距微小峰谷不平度，即表面粗糙度。表面微觀質量好，耐磨損，則平臺使用壽命高，反之，則平臺使用壽命短。而工作面小范圍內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，對小平臺而言是局部位置，對大平臺而言則是局部面積。平臺的平整性反映了平臺局部誤差，可以從提高平臺的平整性等方面來提高平臺的加工質量，延長平臺的使用壽命。平臺剛度是指平臺在承受外載時抵抗變形的能力，這個指標從整體框架結構上來衡量平臺的承載性能。平臺在使用過程中要承受一定荷重，若平臺的剛度差，承受荷重后產生的變形撓度大，使平面度變差，也就不再起到應有的基準平面作用。

2 現有承載平臺簡要介紹

隨著機械制造行業的不斷發展，為機械加工制造和裝配而設計的支撐平臺也越來越多。在機械制造行業中，裝配過程中需要不斷調節被裝配工件的位置姿態，而為裝配設計的工裝雖然可以實現這項功能，卻只能適用于大批量生產中，且通用性較差。蘇州漢諾威升降臺有限公司自主發明的一種升降臺，可以實現所承載物品的升降，用于運輸或裝置作業，結構簡單，操作方便，但是承載能力和平衡性不足。中國工程物理研究院應用電子學研究所研究出的一種多自由度隔振承載平臺，能夠在隔振條件下對平臺進行4個自由度的調節，還能夠實現平臺的水平調節，且承載平臺負載大、位置精度高、自動控制、應用廣泛，但是結構相對較復雜，造價高。北京航空航天大學研發的一種用于飛機翼對接的多自由度可調整裝配平臺，能夠快速安全、精確和效率都較好的實現飛機機翼的對接和柔性裝配，但裝置體積較大，不適合實驗室使用，不能調節水平，屬于吊裝。重慶大學發明的自控式多自由度對接平臺，具有自適應功能，能夠自檢測出對接體與對接腔體之間的對接位置和對接角度，并自動調整對接位置和對接角度，保證對接體與對接腔體的對接質量和對接效果，但裝置不能旋轉，不能進行主動位置控制。

3 新型承載平臺技術

為了解決承載平臺難以實現姿態可調、承載能力不強的問題，本文提出了一種姿態可調的新型承載平臺。該姿態可調的新型承載平臺的動平臺與下固定平臺的兩條驅動支鏈平行分布，共同承載平臺的壓力，能夠使承載平臺具有更強的承載能力；動平臺具有三個自由度，分別為兩個坐標方向上的移動和一個坐標方向上的轉動，從而可以有較好的姿態可調性，較好地解決了目前工裝平臺存在的通用性較差的問題。

3.1 新型承載平臺采用的技術方案

本文提出的一種姿態可調的新型承載平臺，包括上固定平臺3和下固定平臺1，承載平臺整體結構圖如圖1所示。下固定平臺1直接固定在地面上，上固定平臺3通過四條支撐腿2固定在地面上，上固定平臺3通過驅動支鏈4與動平臺5側面連接，動平臺5下部通過驅動支鏈4與下固定平臺1連接，驅動液壓缸6通過轉動副與上固定平臺3和下固定平臺1連接，驅動液壓桿7通過轉動副與所述動平臺5連接。

驅動支鏈4為RPR結構，即轉動副—移動副—轉動副結構，支鏈結構圖如圖2所示。驅動支鏈由驅動液壓缸6和驅動液壓桿7組成，支鏈的數目為四條，四條驅動支鏈結構完全相同，可以使動平臺5具有兩個坐標方向上的移動和一個坐標方向上的轉動共三個自由度。連接動平臺5與上固定平臺3的兩條驅動支鏈4對稱分布，連接動平臺5與下固定平臺1的兩條驅動支鏈4平行分布。

3.2 新型承載平臺的特點和優點

這種姿態可調的新型承載平臺，其具有獨創性的設計在于：上固定平臺和下固定平臺采用分離式結構，分別與地面固定。上固定平臺和動平臺、下固定平臺和動平臺都通過驅動支鏈連接，驅動支鏈采用液壓傳動裝置，由驅動液壓缸和驅動液壓桿組成。這種新型承載平臺在生產應用中的優點體現在以下方面：

3.2.1 本文提出的姿態可調的新型承載平臺可以實現兩個坐標方向上的移動和一個坐標方向上的轉動，可以在空間中得到更多的空間姿態，能夠使該承載平臺具有更好的姿態可調性，定位精度更高。

3.2.2 本文提出的姿態可調的新型承載平臺，連接動平臺與下固定平臺的兩條驅動支鏈平行分布，共同承載平臺的壓力，能夠使承載平臺具有更強的承載能力。

3.2.3 本文提出的這種新型承載平臺中采用了液壓傳動。液壓裝置工作比較平穩，由于質量和慣性小，易于實現快速啟動、制動和頻繁的換向；當將液壓裝置和電氣控制、電子控制或氣動控制結合起來使用時，整個傳動裝置能實現很復雜的順序動作，也能方便地實現遠程控制和自動化；而且由于液壓元件已實現了標準化、系列化和通用化，其設計、制造和使用都比較方便，更換起來也比較方便，可實現重復利用，降低成本，節約資源。

3.2.4 本文提出的這種新型承載平臺中各個組成構件形狀簡單，易于加工。在普通的機械加工車間即可完成，成本較低，對工作人員的技術要求也不高，而且機械加工的工藝規程和裝配工藝規程簡單，易于加工生產。

3.2.5 本文提出的這種姿態可調的新型承載平臺的各部分組件可以達到通用性，即互換性。這樣在機械加工生產的過程中可以將一臺機器中眾多的零部件，分散地進行高效率的專業化生產，然后又集中起來進行裝配，從而為生產的專業化創造了條件，也能促進自動化生產的發展，有利于降低生產成本，提高質量。

4 新型承載平臺的應用發展前景

近些年來，微電子技術、計算機技術、網絡信息技術以及機械制造技術的發展和深度結合，將當代的很多技術和產品帶入了一個嶄新的境界，計算機輔助技術（CAX）、計算機集成制造系統、數控技術、柔性制造系統等先進的制造系統和制造模式改變了加工制造的面貌。而機械制造對整個工業的發展起到基礎和支撐的作用，是衡量一個國家科技水平和綜合實力的重要標志，在相當長的時期里，中國經濟需要靠制造業牽引，而工裝承載平臺對我們機械制造等行業的發展有著不可估量的作用。當然，如果沒有工裝承載平臺的提高和發展，很多產業都無法取得大的突破。

隨著汽車產業的不斷發展，軟工裝的設計和制造加工造成了巨大的資源浪費，為縮短汽車新車型的開發制造周期，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，可以大量節約軟工裝制造成本，減少工裝制造周期和人力成本等。該項技術的提出引領工裝承載平臺向著柔性化方向持續發展。

飛機數字化裝配技術興起于20世紀末，在美歐等發達國家迅速興起。空客公司2005年機翼盒自動裝配的AWBA2研究項目應用了多種數字化柔性裝配技術，減少了生產投入，縮短了成產周期，完成了月產38套機翼的目標。

隨著工業生產的不斷推進，新興的制造裝配技術帶動著承載平臺向著高精度、大負載、多自由度、組合式、柔性化、數字化等方向不斷發展。本文提出的新型姿態可調整的承載平臺符合定位精度高、負載能力強、多自由度的發展要求，因而在現代工業生產中具有良好的應用發展前景。

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作者簡介：孫占橦（1994-），山東濰坊人，山東科技大學機械電子工程學院學生，研究方向：材料成型及控制工程。

（責任編輯：黃銀芳）