一种火箭发动机燃料贮箱绝热层自动粘贴机器人系统的制作方法

本发明属于绝热层成型技术领域，具体涉及一种火箭发动机燃料贮箱绝热层自动粘贴机器人系统。

背景技术：

固体火箭发动机壳体内绝热层材料是固体火箭发动机非常重要的部分，它在发动机壳体和固体推进剂之间起隔热和耐腐蚀的作用，可以通过本身的消耗和反应吸收大量的热量，并降低高温工质向壳体传递热量的速度，保证了壳体部分在发动机点火启动时的正常工作。

当前，发动机燃料贮箱绝热层成型工艺还是采用人工铺贴的方法。人工铺贴不可避免地存在劳动强度大的问题，目测距离、手工压紧，都不利于工艺质量的稳定，难以保证绝热层料带之间相互搭接宽度的一致性，造成绝热层鼓包、脱黏等问题，在火箭工作过程中，手工粘贴的绝热层很可能造成热保护能力下降、局部温度过高乃至热变形等严重问题。

中国发明专利cn201610535154.x公布了一种固体火箭发动机内绝热层成型方法，先将绝热层胶料碾压成细小胶片，然后将其包裹在模芯上放入硫化罐中固化，冷却后再将其切割开，粘贴到固体火箭发动机燃烧室壳体上，最后将壳体再次放入硫化罐固化并冷却。该方法需要对不同的发动机壳体定制模芯，胶片硫化成型的方式不利于保证绝热层厚度的一致性，且全过程未实现自动化，几乎都依赖人工操作，影响生产效率。

中国实用新型专利cn201520461425.2公布了一种大型储罐外表面绝热层缠绕设备，该设备能够以缠绕的方式在罐体外表面缠绕绝热被，但缠绕过程中罐体的旋转过程依赖人工操作，未实现自动化。

中国发明专利cn201710663274.2公布了一种固体火箭发动机内绝热层缠绕成型方法。该方法采用数控技术将橡胶带加压缠绕在芯模上，再经压实、固化、脱模，完成绝热层的成型。该缠绕过程虽然采用了数控技术，但需依赖芯模进行成型，无法直接将绝热层缠绕在筒体表面。

综上，现有的火箭发动机贮箱燃料绝热层成型技术仅能实现人工操作的绝热层成型，或是即使实现了成型过程自动化，也还需要脱模、再粘贴处理，离不开人工操作，都没有实现缠绕过程中箱体两端的精确对中定位和成型过程中对料带搭接量和压紧力的实时精确控制。由于依赖芯模成型，无法对不同尺寸的罐体绝热层进行成型。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有的火箭发动机贮箱燃料绝热层成型技术仅能实现人工操作的不足，提供了一种火箭发动机燃料贮箱绝热层自动粘贴机器人系统。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案来实现：

一种火箭发动机燃料贮箱绝热层自动粘贴机器人系统，包括机架，安装在机架上的两个支撑台，安装在任意一个支撑台机构上的火箭贮箱端盖夹紧及转动机构和高度调节机构，架设在机架和支撑台外侧的龙门及导轨，以及安装在龙门及导轨上的涂胶机构、晾晒机构、料带分离机构和用于粘贴的复合机械手。

本发明进一步的改进在于，机架与两个支撑台组成能够相对平移的滑动副，其中机架上安装了驱动装置a用于驱动支撑台平移运动。

本发明进一步的改进在于，火箭贮箱端盖夹紧及转动机构包括紧固装置、驱动装置b和视觉检测装置a；紧固装置用于夹紧发动机燃料贮箱端盖后，由驱动装置b带动进行转动，视觉检测装置a用于识别端盖上的标记，使得端盖转动到安装要求的位置。

本发明进一步的改进在于，高度调节机构包括v型轮，通过提前调整v型轮的高度并固定，能够保证筒体支撑轴两端处于相对水平状态，v型轮能保证筒体的定位精度，提高绝热层缠绕的精确度。

本发明进一步的改进在于，龙门及导轨包括龙门框架支撑结构和支撑其沿轴向运动的下导轨；龙门框架支撑结构为用于粘贴的复合机械手提供x-y-z三轴运动平台，使其能够沿着火箭燃料贮箱筒体的外表面运动，下导轨使得该龙门框架支撑结构能够沿筒体轴线上移动。

本发明进一步的改进在于，龙门框架支撑结构上还安装有机械手导轨、驱动装置c和工作梯；机械手导轨和驱动装置c给用于粘贴的复合机械手的x-y-z三轴平移提供支承和动力；工作梯方便工作人员上到龙门框架支撑结构上进行调整和检修。

本发明进一步的改进在于，用于粘贴的复合机械手包括缠绕压紧滚轮、弹性伸缩装置、视觉检测装置b和力传感器；其中，缠绕压紧滚轮用于将料带压紧于火箭燃料贮箱筒壁表面，且缠绕压紧滚轮由弹性伸缩装置支撑，以保证其贴合火箭燃料贮箱筒壁表面，并具有容错性；在机械手导轨和驱动装置c的控制下，用于粘贴的复合机械手能够根据筒壁圆柱形表面进行贴合跟随运动，为保证料带缠绕粘贴的压紧力足够且合适，根据力传感器的数据，通过机械手导轨和驱动装置c调整料带粘贴机械手进行上下移动，以满足粘贴力的要求。

本发明进一步的改进在于，涂胶机构包括漏斗和涂胶滚轮；漏斗能够均匀地将液态的绝热材料漏出，涂胶滚轮用于将液态的绝热材料均匀地涂在基带上。

本发明进一步的改进在于，晾晒机构包括驱动装置d、转动滚轮、测力传感器和弹性伸缩装置；基带涂上液态的绝热材料后，均匀涂上液态的绝热材料的基带被转动滚轮撑开拉直，并在驱动装置d的驱动下前进；弹性伸缩装置保证料带时刻被张紧，增加容错性；同时根据每个转动滚轮上连接的测力传感器反馈数据，实时调整驱动装置d转速，达到运力匀速传动。

本发明进一步的改进在于，料带分离机构包括废带收纳盒、驱动装置e、视觉检测装置c和分离滚轮；液态的绝热材料经过晾晒固化成绝热带，在分离滚轮和驱动装置e的作用下与基带分离，与绝热带分离的基带进入废带收纳盒，视觉检测装置c实时监测废带收纳盒中废带的积累量，装满则提醒更换；与基带分离的绝热带在驱动装置e作用下继续向前移动。

与现有技术相比，本发明至少具有如下有益的技术效果：

本发明提供的一种火箭发动机燃料贮箱绝热层自动粘贴机器人系统，针对火箭发动机燃料贮箱绝热层成型的需要，设置了端盖夹紧及转动机构、涂胶机构、晾晒机构、料带分离机构、用于粘贴的机械手。

端盖转动及夹紧机构：预先在火箭发动机燃料贮箱的中心孔穿入一根贯穿其中并且两端伸出足够距离的支撑轴，在吊装设备的配合下，让支撑轴的轴端穿进两侧端盖转动及夹紧机构的卡盘。两侧卡盘夹紧支撑轴，使火箭发动机燃料贮箱精确装夹。端盖转动及夹紧机构中的驱动装置b能驱动卡盘沿其轴向转动，配合用于粘贴的机械手，实现自动化的料带缠绕工作。

涂胶机构：漏斗中盛装了液态的绝热材料，它溶于溶剂中，待溶剂挥发即可粘贴并成型与火箭发动机燃料贮箱的表面。在涂胶滚轮的作用下，漏斗中的液态的绝热材料均匀地涂抹在基带上，基带抗拉性能较好且不与液态的绝热材料发生反应，液态的绝热材料可以在基带上晾晒直至溶剂充分挥发，而后二者分离。

晾晒机构：绝热材料溶于溶剂中，需要涂抹在基带上晾晒使溶剂挥发并初步成型成带状。晾晒机构通过成组的转动滚轮将均匀涂抹了液态的绝热材料的基带张紧成蛇形，使其与空气充分接触。驱动装置d驱动转动滚轮使料带以合适速度前进。为了保证料带匀速、匀力地传动，每一个驱动滚轮上都安装了弹性伸缩装置和测力传感器，使料带的张紧力保持在合适范围内并有一定容错性。转动滚轮之间的距离，还能根据液态的绝热材料挥发所需的时间进行调整。

料带分离机构：经充分晾晒后的绝热材料，在基带上已经基本固化成型为具有粘性的条带状，在分离滚轮作用下与基带分离，基带分离后进入废带收纳盒，废带收纳盒配有视觉检测装置c判断其是否装满，若装满则提醒工作人员更换。初步成型为条带状的绝热材料在分离滚轮和驱动装置e驱动下继续向前准备粘贴缠绕。

用于粘贴的机械手：考虑到火箭发动机燃料贮箱的外表面为圆柱形，同时还有不对中误差和径向跳动，用于粘贴缠绕的机械手具有x-y-z三个平动自由度，在视觉检测装置b的引导下，保证对圆柱形筒壁的贴合跟随能力。缠绕压紧滚轮在力传感器的反馈作用下，以适当的压紧力将绝热材料行程的条带压紧于贮箱表面。绝热层缠绕成型的原理是贮箱绕轴线自转、用于粘贴的机械手沿贮箱轴向平移以行程螺旋运动，使绝热层料带在贮箱表面螺旋缠绕粘贴成型，并条带与条带之间有合适的搭接量。视觉检测装置b和三自由度的机械手能够保证缠绕粘贴时条带之间的搭接量保持在合适范围。

进一步的，本发明的端盖夹紧及转动机构、用于粘贴的机械手，使火箭发动机燃料贮箱绝热层的缠绕成型完全自动化进行，避免了人工操作造成的高强度劳动和成型质量的不稳定性。本发明的涂胶机构和晾晒机构使绝热材料的成型实现了自动化，并且可调整，其排布提高了空间利用率，提高了绝热层成型的一致性，非常适合大型罐体外表面涂层的成型。

附图说明

图1为本发明所述一种火箭发动机燃料贮箱绝热层自动粘贴机器人系统整体示意图；

图2为本发明所述一种火箭发动机燃料贮箱绝热层自动粘贴机器人系统的机架示意图；

图3为本发明所述一种火箭发动机燃料贮箱绝热层自动粘贴机器人系统支撑台及调高机构正面示意图；

图4为本发明所述一种火箭发动机燃料贮箱绝热层自动粘贴机器人系统支撑台及调高机构背面示意图；

图5为本发明所述一种火箭发动机燃料贮箱绝热层自动粘贴机器人系统的龙门及导轨整体示意图；

图6为本发明所述一种火箭发动机燃料贮箱绝热层自动粘贴机器人系统的龙门及导轨上半部分示意图

图7为本发明所述一种火箭发动机燃料贮箱绝热层自动粘贴机器人系统的用于粘贴的复合机械手示意图；

图8为本发明所述一种火箭发动机燃料贮箱绝热层自动粘贴机器人系统涂胶机构示意图；

图9为本发明所述一种火箭发动机燃料贮箱绝热层自动粘贴机器人系统晾晒机构整体示意图；

图10为本发明所述一种火箭发动机燃料贮箱绝热层自动粘贴机器人系统晾晒机构的侧视图；

图11为本发明所述一种火箭发动机燃料贮箱绝热层自动粘贴机器人系统料带分离机构示意图。

附图标记说明：

1为机架，101为驱动装置a；

2为支撑台；

3为火箭贮箱端盖夹紧及转动机构，301为紧固装置，302为驱动装置b，303为视觉检测装置a；

4为高度调节机构，401为v型轮；

5为龙门及导轨，501为龙门框架支撑结构，502为下导轨，503为机械手导轨，504为驱动装置c，505为工作梯；

6为用于粘贴的复合机械手，601为缠绕压紧滚轮，602为弹性伸缩装置，603为视觉检测装置b，604为力传感器；

7为涂胶机构，701为漏斗，702为涂胶滚轮；

8为晾晒机构，801为驱动装置d，802为转动滚轮，803为测力传感器，804为弹性伸缩装置；

9为料带分离机构，901为废带收纳盒，902为驱动装置e，903为视觉检测装置c，904为分离滚轮。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细的说明，在此申明，谨以此示意性实施例对本发明进行解释，但并不作为对本发明的限定。

参见图1和图2，本发明提出的一种火箭发动机燃料贮箱绝热层自动粘贴机器人系统，包括固连于地面的机架1、安装在机架1上的支撑台2、安装在支撑台2上的火箭贮箱端盖夹紧及转动机构3和高度调节机构4，固连于地面的龙门及导轨5，龙门及导轨5上的用于粘贴的复合机械手6，涂胶机构7、晾晒机构8，料带分离机构9。机架1安装在地面上，与两个支撑台2组成滑动副，并通过驱动装置a101提供动力，实现两个支撑台的轴向平移运动。

参见图3和图4，支撑台2上安装了火箭贮箱端盖夹紧及转动机构3，火箭贮箱端盖夹紧及转动机构3包括了紧固装置301、驱动装置b302、视觉检测装置a303。紧固装置301夹紧发动机燃料贮箱端盖后，由驱动装置b302带动发动机燃料贮箱端盖进行转动，视觉检测装置a303识别端盖上的标记，驱动装置b302在视觉检测装置a303的反馈下，让发动机燃料贮箱端盖转动到安装要求的位置，实现发动机燃料贮箱端盖的准确安装。

参见图4，支撑台2上安装了高度调节机构4，通过提前调整v型轮401的高度并固定，能够很好地保证筒体支撑轴两端处于相对水平状态，v型轮401能保证筒体的定位精度，显著提高绝热层缠绕的精确度。

参见图5和图6，龙门及导轨5包括由龙门框架支撑结构501和支撑其沿轴向运动的下导轨502，龙门框架支撑结构501为用于粘贴的复合机械手6提供了x-y-z三轴运动平台，使其能沿着火箭燃料贮箱筒体的外表面运动，导轨502使该龙门框架支撑结构501能在筒体轴线上移动。门框架支撑结构501上还安装了机械手导轨503、驱动装置c504、用于粘贴的复合机械手6、工作梯505。导轨503和驱动装置c504给用于粘贴的复合机械手6的x-y-z三轴平移提供了支承和动力。工作梯505方便了工作人员上到框架上进行调整和检修。该机构实现了筒体自转、用于粘贴的复合机械手6沿筒体轴线平移而形成螺旋粘贴缠绕。

参见图7，用于粘贴的复合机械手6，包括了缠绕压紧滚轮601、弹性伸缩装置602、视觉检测装置b603、力传感器604。其中，缠绕压紧滚轮601将料带压紧于火箭燃料贮箱筒壁表面。考虑到设计中心和实际旋转中心不重合的误差，以及对粘贴力度的要求，缠绕压紧滚轮601由弹性伸缩装置602支撑，以保证其贴合火箭燃料贮箱筒壁表面，且有一定容错性。在导轨503和驱动装置c504的控制下，用于粘贴的复合机械手6能够根据筒壁圆柱形表面进行贴合跟随运动，为保证料带缠绕粘贴的压紧力足够且合适，根据力传感器604的数据，通过导轨503和驱动装置c504可以调整缠绕压紧滚轮601进行上下移动，以满足粘贴力的要求。为保证绝热层料带之间搭接量控制在合适范围内，根据视觉检测装置b603的数据，通过导轨503和驱动装置c504可以调整缠绕压紧滚轮601移动，使绝热层料带以精确的位置和压紧力粘贴于筒体表面。

参见图8，涂胶机构7包括漏斗701、涂胶滚轮702。漏斗701均匀地将液态的绝热材料漏出，涂胶滚轮702将液态的绝热材料均匀地涂在基带上。涂胶机构实现了绝热层料带的初步成型。

参见图9和图10，晾晒机构8包括了驱动装置d801、转动滚轮802、测力传感器803、弹性伸缩装置804。基带涂上液态的绝热材料后，需要合适时间的晾干，使液态的绝热材料中的溶剂挥发。均匀涂上液态的绝热材料的基带被两组转动滚轮802组成的阵列撑开并并拉直，并在驱动装置d801的驱动下前进。弹性伸缩装置804保证料带时刻被张紧，增加容错性。根据每个转动滚轮802上连接的测力传感器803反馈数据，实时调整驱动装置d801转速，达到运力匀速传动。晾晒机构8实现了绝热层料带成型的中间过程，使液态的绝热材料中的溶剂充分挥发，绝热材料成型固化为条带状。

参见图11，料带分离机构9，包括废带收纳盒901、驱动装置e902、视觉检测装置c903、分离滚轮904。液态的绝热材料经过晾晒固化成绝热带，在分离滚轮904和驱动装置e902的作用下与基带分离，与绝热带分离的基带进入废带收纳盒901，视觉检测装置c903实时监测废带收纳盒中废带的积累量，装满则提醒更换。与基带分离的绝热带在驱动装置e902的作用下继续向前移动。料带分离机构使固化后的绝热带与其固化过程中使用的载体基带分离。

本发明的工作过程如下：

火箭发动机燃料贮箱的装夹：由于火箭发动机燃料贮箱的圆柱形外壁不宜直接承力，预先在火箭发动机燃料贮箱的中心孔穿入一根贯穿其中并且两端伸出足够距离的支撑轴，并利用两端伸出的轴端进行吊装。两个支撑台2分离至足够距离，在吊装设备配合下，火箭发动机燃料贮箱移动至两个支撑台2中间，使火箭发动机燃料贮箱的中心轴线与两个紧固装置301的轴线大致重合，然后两个支撑台2靠近火箭发动机燃料贮箱，使火箭发动机燃料贮箱的支撑轴两端分别穿过两个紧固装置的中心孔，此时两台紧固装置301分别夹紧支撑轴的两端，火箭发动机燃料贮箱完成定位装夹。

火箭发动机燃料贮箱端盖的安装：驱动装置a302带动火箭发动机燃料贮箱的端盖旋转，视觉检测装置a303识别端盖上的标记，转动到预定位置后火箭发动机燃料贮箱端盖停止转动。驱动装置a101带动支撑台2平移，使火箭发动机燃料贮箱端盖安装到火箭发动机燃料贮箱上。

涂胶机构涂抹绝热材料：漏斗中溶于溶剂中的液态的绝热材料均匀地漏出，基带在后续驱动装置a101的带动下匀速地经过漏斗下方，使液态的绝热材料均匀地涂抹在基带上。

绝热材料晾晒固化：均匀涂抹了液态的绝热材料的基带被两组转动滚轮802撑开，并在驱动装置d801作用下匀速前进。基带呈蛇形排布，液态的绝热材料与空气大面积接触，使其中溶剂充分挥发，绝热材料逐渐固化成条带状。弹性伸缩装置804保证基带被时刻张紧并有一定容错性，根据每个转动滚轮802上连接的测力传感器803反馈数据，实时调整驱动装置d801转速，使基带匀力匀速传动。

绝热带与基带分离：经过晾晒后的液态绝热材料固化成绝热带，在分离滚轮904和驱动装置e902的作用下与基带分离，与绝热带分离的基带进入废带收纳盒901，视觉检测装置c903实时监测废带收纳盒中废带的积累量，装满则提醒更换。与基带分离的绝热带在驱动装置e902作用下继续向前移动。

绝热带的缠绕粘贴成型：缠绕压紧滚轮601将绝热带压紧于火箭发动机燃料贮箱筒壁表面，并在机械手导轨503驱动下按一定速度沿火箭发动机燃料贮箱的轴向移动。火箭发动机燃料贮箱在完成定位装夹和端盖安装后，就在驱动装置b302作用下匀速转动，与缠绕压紧滚轮601的轴向平移共同形成了螺旋运动，使绝热带以螺旋状缠绕粘贴于火箭发动机燃料贮箱表面。根据视觉检测装置b603的数据，通过导轨503和驱动装置c504可以调整缠绕压紧滚轮601移动，保证绝热层条带之间的搭接量保持在预设范围内。根据力传感器604的数据，通过导轨503和驱动装置c504可以调整缠绕压紧滚轮601进行上下移动，以满足粘贴力的要求。考虑到设计中心和实际旋转中心不重合的误差，以及对粘贴力度的要求，缠绕压紧滚轮601由弹性伸缩装置602支撑，以保证其贴合火箭燃料贮箱筒壁表面，且有一定容错性。

以上内容显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明要求保护的范围内。

本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。