CN102109327A - 六自由度并联解耦机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种六自由度并联解耦机构，其特征在于：由支撑框、X向坐标传动机构、Y向坐标传动机构、Z向坐标传动机构组成；X向坐标传动机构设置有X向移动副，该X向移动副的固定导轨与支撑框固定在一起，滑动标尺穿过固定导轨，所述滑动标尺上安装有第一关节，滑动标尺经第一关节铰接在第一摆杆的前端，该第一摆杆的尾端安装有第二关节，第一摆杆经第二关节铰接在第二摆杆的一端，该第二摆杆的另一端安装有球头关节，第一摆杆和第二摆杆所在的平面与所述滑动标尺相垂直。其显著效果是：结构简单，成本低，可靠性高，维修简单，能够测量出空间任意物品在六个自由度的细微运动量，可根据被测物体的大小及运动条件灵活选择各杆的长度。

Description

六自由度并联解耦机构

技术领域

本发明属于空间位移测试技术领域，具体地说，涉及一种对物体空间运动进行六自由度解耦的六自由度并联解耦机构。

背景技术

在工业生产过程中，对物体空间运动的测量要求越来越高，如高精度工业制造中机床微动测量、远程发射或弹射装置中，发射架发射期间的微动测量等，而影响测量的一个重要因素就是物体在空间的微动有时候是六个自由度，也就是物体沿X轴移动、沿X轴转动、沿Y轴移动、沿Y轴转动、沿Z轴移动、沿Z轴转动。当机床推动工件运动后，机床中相关部件受到工件的反作用力，发生六个自由度细微运动。同理，当弹射物喷射出发射架或弹射筒的同时，弹射物的反作用力也会造成发射架或弹射筒产生细微运动。只有测得这些细微运动以后，才能对机床、发射架或弹射筒等进行准确的纠偏复原。

现有技术的缺点是：还没有一种技术能够测量空间任意物品在这六个自由度的细微运动量。

发明内容

本发明的目的是提供一种六自由度并联解耦机构，能够测量出空间任意物品在六个自由度的细微运动量。

为达到上述目的，本发明提供了一种六自由度并联解耦机构，其关键在于：由支撑框、X向坐标传动机构、Y向坐标传动机构、Z向坐标传动机构组成；

所述X向坐标传动机构设置有X向移动副，该X向移动副的固定导轨与所述支撑框固定在一起，X向移动副的滑动标尺穿过所述固定导轨，所述滑动标尺上安装有第一关节，滑动标尺经第一关节铰接在第一摆杆的前端，该第一摆杆的尾端安装有第二关节，第一摆杆经第二关节铰接在第二摆杆的一端，该第二摆杆的另一端安装有球头关节，所述第一摆杆和第二摆杆所在的平面与所述滑动标尺相垂直；

球头关节固定在被测物体上，当被测物体沿X向移动时，其移动距离就体现为固定导轨和滑动标尺之间的相互位移。

第一摆杆、第二摆杆，以及第一摆杆前端与第二摆杆的另一端D点之间的连线组成在平面中的可变三角形，当被测物体沿X向轴向转动时，D点处的球头关节随被测物体的转动而移动，带动了可变三角形的形变，但由于第摆杆和第二摆杆的长度不变，通过测得第一摆杆和第二摆杆之间的夹角，由于第一摆杆前端在平面内的位置不变，因此，通过“边角边”就能确定三角形的形状，相应就能获得D点的移动距离，求得被测物体沿X向转动的角度。

所述Y向坐标传动机构、Z向坐标传动机构与X向坐标传动机构的结构一致，其区别在于；

所述X向移动副的固定导轨和滑动标尺与X轴平行布置；

所述Y向移动副的固定导轨和滑动标尺与Y轴平行布置；

所述Z向移动副的固定导轨和滑动标尺与Z轴平行布置。

六自由度并联解耦机构可以分解出空间运动物体六个自由度上的运动分量，即物体沿X轴、Y轴、Z轴的平动及沿三个轴的转动分量。

所述支撑框设置有X平面、Y平面和Z平面，所述X平面、Y平面和Z平面互相垂直，且所述X平面与X轴垂直，Y平面与Y轴垂直，Z平面与Z轴垂直。

所述第一关节安装有角位移传感器，所述第二关节也安装有角位移传感器。

角位移传感器可以检测第一摆杆和第二摆杆之间的夹角变化，以及第一摆杆相对于其前端的角度变化。

本发明的显著效果是：本发明结构简单，成本低，可靠性高，维修简单，能够测量出空间任意物品在六个自由度的细微运动量，可根据被测物体的大小及运动条件灵活选择各杆的长度。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是X向坐标传动机构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1、2所示：一种六自由度并联解耦机构，由支撑框1、X向坐标传动机构、Y向坐标传动机构、Z向坐标传动机构组成；

所述X向坐标传动机构设置有X向移动副X2，该X向移动副X2的固定导轨1a与所述支撑框1固定在一起，X向移动副X2的滑动标尺1b穿过所述固定导轨1a，所述滑动标尺1b上安装有第一关节3，滑动标尺1b经第一关节3铰接在第一摆杆4的前端，该第一摆杆4的尾端安装有第二关节5，第一摆杆4经第二关节5铰接在第二摆杆6的一端，该第二摆杆6的另一端D安装有球头关节，所述第一摆杆4和第二摆杆6所在的平面a与所述滑动标尺1b相垂直；

所述Y向坐标传动机构、Z向坐标传动机构与X向坐标传动机构的结构一致，其区别在于；

所述X向移动副X2的固定导轨1a和滑动标尺1b与X轴平行布置；

所述Y向移动副Y2的固定导轨2a和滑动标尺2b与Y轴平行布置；

所述Z向移动副Z2的固定导轨3a和滑动标尺3b于Z轴平行布置。

所述支撑框1设置有X平面、Y平面和Z平面，所述X平面、Y平面和Z平面互相垂直，且所述X平面与X轴垂直，Y平面与Y轴垂直，Z平面与Z轴垂直。

所述第一关节3安装有角位移传感器，所述第二关节5也安装有角位移传感器。

本发明中关键运动部件是坐标传动机构。其传动原理图为图2。球头关节为坐标传动机构与被测物体的连接物。摆杆之间的连接运动副为空间铰链。

从其空间布置可以看出，本发明并没有阻碍到空间被测物体的运动，对于各个测量点，即D点，被测物体的运动可以转化为各平动杆的移动及各转动杆的转动。

本发明自由度的计算公式可见：

P＝6×n-5×P₅-4×P₄-3×P₃-2×P₂-P₁

＝6×10-5×9-3×3＝6

式中，n为机构中活动零件的个数，P_i为机构中限制i个自由度的约束个数。

3个测量点，也就是3个D点的坐标，即为被测空间运动物体上不共线的三个点，由此三个点的空间坐标，可以完全确定被测物体在空间的位置状态。同时，测出不同时刻该三个点的空间坐标，与原始的坐标进行比较，就可以得出该运动时刻空间运动物体的六自由度的改变量大小。

用此装置测量各检测D点的空间坐标十分方便，只须在位移副处安装光栅尺，在各转动关节处安装圆光栅，就可方便读出任意时刻的直线位移及角位移。由于光栅尺检测尺寸精度十分高，因此该装置可以用于精度要求较高的检测场合。

通过其初始的空间坐标值

及当前时刻三个参考点的空间坐标值

就可以计算出该空间运动物体在六个自由度上的运动分量分别为多大。

Claims (3)

1.一种六自由度并联解耦机构，其特征在于：由支撑框(1)、X向坐标传动机构、Y向坐标传动机构、Z向坐标传动机构组成；

所述X向坐标传动机构设置有X向移动副(X2)，该X向移动副(X2)的固定导轨(1a)与所述支撑框(1)固定在一起，X向移动副(X2)的滑动标尺(1b)穿过所述固定导轨(1a)，所述滑动标尺(1b)上安装有第一关节(3)，滑动标尺(1b)经第一关节(3)铰接在第一摆杆(4)的前端，该第一摆杆(4)的尾端安装有第二关节(5)，第一摆杆(4)经第二关节(5)铰接在第二摆杆(6)的一端，该第二摆杆(6)的另一端(D)安装有球头关节，所述第一摆杆(4)和第二摆杆(6)所在的平面(a)与所述滑动标尺(1b)相垂直；

所述Y向坐标传动机构、Z向坐标传动机构与X向坐标传动机构的结构一致，其区别在于；

所述X向移动副(X2)的固定导轨(1a)和滑动标尺(1b)与X轴平行布置；

所述Y向移动副(Y2)的固定导轨(2a)和滑动标尺(2b)与Y轴平行布置；

所述Z向移动副(Z2)的固定导轨(3a)和滑动标尺(3b)与Z轴平行布置。

2.根据权利要求1所述的六自由度并联解耦机构.其特征在于：所述支撑框(1)设置有X平面、Y平面和Z平面，所述X平面、Y平面和Z平面互相垂直，且所述X平面与X轴垂直，Y平面与Y轴垂直，Z平面与Z轴垂直。

3.根据权利要求1所述的六自由度并联解耦机构，其特征在于：所述第一关节(3)安装有角位移传感器，所述第二关节(5)也安装有角位移传感器。

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