CN102486250A - 六自由度姿态调整平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种六自由度姿态调整平台，包括运动平台、固定平台和连接运动平台与固定平台的六个支撑构件，每个支撑构件的上下端分别通过铰链将运动平台和固定平台连接，每个支撑构件上至少包含一个驱动装置，驱动装置包括驱动部件、上壳体和与上壳体滑动配合的下壳体，上壳体上设置有伸缩杆，驱动部件设置在下壳体内壁上，伸缩杆连接有长度感测部件，长度感测部件为一曲线型支架，在曲线形支架上的相对两侧布设有多个A侧变形齿和多个B侧变形齿，A侧变形齿和B侧变形齿对应布设在信号光纤两侧，信号光纤连接有测试单元，测试单元连接有处理单元。本发明结构简单、设计合理、具有良好的抗电磁干扰能力以及良好的稳定性和可靠性。

Description

六自由度姿态调整平台

技术领域

本发明涉及一种姿态调整平台，特别涉及一种六自由度调整平台。

背景技术

在飞行模拟器、半导体制造、精密机械加工、生物医药、光学和光纤对准以及智能机器人的肢体活动等领域中，使用各种精密定位平台。如光纤无源器件中的光纤分路器在生产中，就需要使用六维调节架将分路器芯片和光纤阵列端头对准封装，目前所使用的调节架不论手动还是自动的均主要以串联结构的调节架为主，而串联结构相对于并联结构来说其缺点是：位置误差是各个自由度的积累，刚度低，惯性大，这使得要求较高的串联结构的调节架生产困难，国内用于PLC型光分路器生产的精密调节架基本为国外的产品所垄断，对稳定性、可靠性和高精度的较高要求是原因之一。

斯特沃特(stewart)平台结构是典型的并联结构型六维调节装置，其是通过六个支撑构件将上下平台连接而成，在每个支撑构件上安置有长度伸缩驱缩装置。其位置误差是各个自由度误差的平均值，且具有刚度高、惯量小的特点，目前广泛用在机器人、航空航天、机械加工、轮廓测量、汽车、医疗等多个领域。但现有的斯特沃特(stewart)上安置的传感器以电阻应变片或压电材料为主，其动态范围小、灵敏度低，使斯特沃特(stewart)平台结构的六维姿态调整平台承载力动态范围低、精度差，并且易受电磁干扰，限制了其推广使用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种六自由度姿态调整平台。本发明结构简单、设计合理、加工制作方便、成本低且使用方式灵活、寿命长、灵敏度高、具有良好的抗电磁干扰能力以及良好的稳定性和可靠性，具有推广价值。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：六自由度姿态调整平台，其特征在于：包括运动平台、固定平台和连接运动平台与固定平台的六个支撑构件，每个支撑构件的上下端分别通过铰链将运动平台和固定平台连接，每个支撑构件上至少包含一个驱动装置，所述驱动装置包括驱动部件、上壳体和与上壳体滑动配合的下壳体，所述上壳体上设置有伸缩杆，所述驱动部件设置在下壳体内壁上，所述伸缩杆连接有长度感测部件，所述长度感测部件为一曲线型支架，在所述曲线形支架上的相对两侧布设有多个A侧变形齿和多个B侧变形齿，多个A侧变形齿和多个B侧变形齿之间呈交错布设且二者的头部间形成供一个或多个信号光纤穿过的曲线形通道，A侧变形齿和B侧变形齿对应布设在信号光纤两侧，所述曲线形支架的两端分别固定上壳体和下壳体上，所述信号光纤连接有对信号光纤中的光信号功率变化量进行同步测试的测试单元，所述测试单元连接有处理单元。

上述的六自由度姿态调整平台，所述支撑构件上还设置有力值感测部件，所述力值感测部件也是两端分别固定在上壳体和下壳体上的曲线型支架，在所述曲线形支架上的相对两侧布设有多个A侧变形齿和多个B侧变形齿，多个A侧变形齿和多个B侧变形齿之间呈交错布设且二者的头部间形成供一个或多个信号光纤穿过的曲线形通道，A侧变形齿和B侧变形齿对应布设在信号光纤两侧。

上述的六自由度姿态调整平台，所述曲线型支架由曲线型壳体构成，多个A侧变形齿和多个B侧变形齿对应布设在曲线形壳体的内壁上。

上述的六自由度姿态调整平台，所述的构成长度感测部件的曲线形壳体的一端固定于上壳体内壁，曲线形壳体的另一端与一辅助弹簧的一端固定在一起，辅助弹簧的另一端固定于驱动部件上。

上述的六自由度姿态调整平台，所述曲线型壳体两端的信号光纤安装有光反射装置。

上述的六自由度姿态调整平台，所述曲线型支架为弹簧，A侧变形齿和B侧变形齿对应布设在弹簧中相邻两圈弹簧丝之间。

上述的六自由度姿态调整平台，所述信号光纤与测试单元之间设置有光开关。

上述的六自由度姿态调整平台，所述驱动部件为液压缸、气压缸、直流电机或伺服电机。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、结构简单、加工制作简便、投入成本低且使用方式灵活、灵敏度高。

2、该装置能方便进行六维姿态的调整，具有结构精巧、适应性强、精度高、稳定性好、刚度高、动态性能好的优点，可适用于智能机器人、自动检测、控制和加工制造领域等多个方面。

3、根据力值感测部件的测试结果，可以感知该装置的所受到的六维力的状态，为上一级控制单元提供数据基础，防止过载时间的发生，保证本装置的安全运行。

4、本装置采用光纤传感和传输信号使本装置具有较好的抗电磁干扰能力，具有较广的应用范围。

综上所述，本发明结构简单、设计合理、加工制作方便、成本低且使用方式灵活、灵敏度高、使用效果好，有良好的抗电磁干扰能力，具有推广价值。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图。

图2为本发明曲线型壳体的结构示意图。

图3为本发明实施例1中驱动装置的结构示意图。

图4为本发明曲线型壳体的内部结构示意图。

图5为本发明实施例2的结构示意图。

图6为本发明实施例2的弹簧结构示意图。

图7为本发明实施例2中驱动装置结构示意图。

图8为本发明实施例3的结构示意图。

图9为本发明实施例4的结构示意图。

图10为本发明实施例5的结构示意图。

附图标记说明：

1-光缆；           4-1-A侧变形齿；    4-2-B侧变形齿；

5-测试单元；       7-处理单元；       10-支撑构件；

11-运动平台；      12-力值感测部件；  15-驱动部件；

16-固定平台；      17-铰链；          19-曲线型壳体；

20-上壳体；        21-下壳体；        22-辅助弹簧；

23-伸缩杆；        24-驱动电机；      25-控制装置；

26-连接线；        33-信号光纤；      35-光开关；

36-长度感测部件；  38-弹簧；          46-光反射装置。

具体实施方式

实施例1

如图1、图2、图3和图4所示的一种六自由度姿态调整平台，包括运动平台11、固定平台16和连接运动平台11与固定平台16的六个支撑构件10，每个支撑构件10的上下端分别通过铰链17将运动平台11和固定平台16连接，每个支撑构件10上至少包含一个驱动装置，所述驱动装置包括驱动部件15、上壳体20和与上壳体20滑动配合的下壳体21，所述上壳体20上设置有伸缩杆23，所述驱动部件15设置在下壳体21内壁上，所述伸缩杆23连接有长度感测部件36，所述长度感测部件36为一曲线型支架，在所述曲线形支架上的相对两侧布设有多个A侧变形齿4-1和多个B侧变形齿4-2，多个A侧变形齿4-1和多个B侧变形齿4-2之间呈交错布设且二者的头部间形成供一个或多个信号光纤33穿过的曲线形通道，A侧变形齿4-1和B侧变形齿4-2对应布设在信号光纤33两侧，所述曲线形支架的两端分别固定上壳体20和下壳体21上，所述信号光纤33连接有对信号光纤33中的光信号功率变化量进行同步测试的测试单元5，所述测试单元5连接有处理单元7。

本实施例中，曲线形支架式由曲线形壳体19构成，多个A侧变形齿4-1和多个B侧变形齿4-2对应布设在曲线形壳体19的内壁上。驱动部件15为驱动电机24，所述驱动电机24通过连接线26连接有控制驱动电机24的控制装置25，上壳体20和与之滑动配合下壳体21分别连接着支撑构件10的两个部分，上下壳体内是驱动电机24、伸缩杆23以及两端分别固定在上壳体20内壁和驱动电机24上的曲线形壳体19，驱动电机24固定于下壳体21的内壁上，伸缩杆23在驱动电机24的驱动下伸长或缩短，从而使支撑构件10的长度变化，又使曲线形壳体19的长度变化，从而使布设于曲线形壳体19内的A、B两侧变形齿间的距离改变，导致夹持于A、B两侧变形齿间的信号光纤33的弯曲曲率变化，使传输于信号光纤33内的光信号的功率变化，通过光缆1测试单元5测得该变化信号并传递给处理单元7，处理单元7经计算得到曲线形壳体19的长度变化状态，并推算出伸缩杆23状体变化，然后得出支撑构件10的长度变化，通过确定六个支撑构件10的长度状态，使运动平台11的姿态进行了调整。

一种优选的做法是在支撑构件10上还安置有力值感测部件12，以便确定六维姿态调整平台各个支撑构件10的受力状态，防止过载而损坏。优选的做法是力值感测部件12是另一两端固定于支撑构件10上的曲线形支架，在所述曲线形支架上的相对两侧布设有多个A侧变形齿4-1和多个B侧变形齿4-2，多个A侧变形齿4-1和多个B侧变形齿4-2之间呈交错布设且二者的头部间形成供一个或多个信号光纤33穿过的曲线形通道，A侧变形齿4-1和B侧变形齿4-2对应布设在信号光纤33两侧。本实施例中，力值感测部件12中的曲线形支架也采用的是曲线形壳体19。

所述的驱动部件15也可以是液压缸、气压缸、直线电机、伺服电机。

一种优选的做法是长度感测部件36和力值感测部件12中的曲线形壳体19两端的信号光纤33上安装有光反射装置46，从而使测试单元5在测试时消除光源、探测器和关系链路的性能变化或衰减变化的影响，进一步提高测试精度。所述的光反射装置46可以是光反射镜、光纤光栅或包含光反射气泡的光纤。

所述信号光纤33为外部包有多层保护层的光纤，所述信号光纤33为外部包有多层光纤保护层的光纤，如紧套光纤、碳涂覆光纤、聚酰亚胺涂覆光纤等；所述信号光纤33也可以是塑料光纤、多芯光纤、细径光纤或光子晶体光纤；或是多根信号光纤33并排夹持在A侧变形齿4-1和B侧变形齿4-2之间，或是多根信号光纤33通过树脂合并为信号光纤束或信号光纤带。所述信号光纤33外部包覆有一层防水材料层，如防水油膏，可进一步防止水分子对信号光纤33的侵蚀，延长了信号光纤33的使用寿命。

实施例2

如图5、图6、图7所示，本实施例中，与实施例1不同的是：所述曲线形支架为弹簧38，A侧变形齿4-1和B侧变形齿4-2对应布设在弹簧38中相邻相邻两圈弹簧丝之间，且A侧变形齿4-1和B侧变形齿4-2相互交错布设。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。

实施例3

如图8所示，本实施例中，与实施例1不同的是：所述的构成长度感测部件36的曲线形壳体19的一端固定于上壳体20内壁，曲线形壳体19的另一端与一辅助弹簧22的一端固定在一起，辅助弹簧22的另一端固定于驱动电机24上，这可以使曲线形壳体19具有更大的长度测试动态范围。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。

实施例4

如图9所示，本实施例中，与实施例1不同的是：多个支撑构件10上的多个曲线形壳体19串联在一根信号光纤33上，并通过光缆1接测试单元5，这时测试单元5的优选采用OTDR监测仪器，可以同时测试多个曲线形壳体19的状态，一种优选的做法是在每个曲线形壳体19两端安置有光反射装置46，通过监测光反射装置46的反射光的功率大小计算出每个曲线形壳体19的损耗，并可以消除光源、探测器以及光缆等部分的变化的影响。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。

实施例5

如图10所示，本实施例中，与实施例1不同的是：光缆1通过光开关35与测试单元5连接，光开关35在处理单元7的控制下，分别对每一个曲线形壳体19进行测试，达到对多个曲线形壳体19的同时监测。本实施例中，其余部分的结构、连接关系和工作原理均与实施例1相同。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.六自由度姿态调整平台，其特征在于：包括运动平台(11)、固定平台(16)和连接运动平台(11)与固定平台(16)的六个支撑构件(10)，每个支撑构件(10)的上下端分别通过铰链(17)将运动平台(11)和固定平台(16)连接，每个支撑构件(10)上至少包含一个驱动装置，所述驱动装置包括驱动部件(15)、上壳体(20)和与上壳体(20)滑动配合的下壳体(21)，所述上壳体(20)上设置有伸缩杆(23)，所述驱动部件(15)设置在下壳体(21)内壁上，所述伸缩杆(23)连接有长度感测部件(36)，所述长度感测部件(36)为一曲线型支架，在所述曲线形支架上的相对两侧布设有多个A侧变形齿(4-1)和多个B侧变形齿(4-2)，多个A侧变形齿(4-1)和多个B侧变形齿(4-2)之间呈交错布设且二者的头部间形成供一个或多个信号光纤(33)穿过的曲线形通道，A侧变形齿(4-1)和B侧变形齿(4-2)对应布设在信号光纤(33)两侧，所述曲线形支架的两端分别固定上壳体(20)和下壳体(21)上，所述信号光纤(33)连接有对信号光纤(33)中的光信号功率变化量进行同步测试的测试单元(5)，所述测试单元(5)连接有处理单元(7)。

2.根据权利要求1所述的六自由度姿态调整平台，其特征在于：所述支撑构件(10)上还设置有力值感测部件(12)，所述力值感测部件(12)也是两端分别固定在上壳体(20)和下壳体(21)上的曲线型支架，在所述曲线形支架上的相对两侧布设有多个A侧变形齿(4-1)和多个B侧变形齿(4-2)，多个A侧变形齿(4-1)和多个B侧变形齿(4-2)之间呈交错布设且二者的头部间形成供一个或多个信号光纤(33)穿过的曲线形通道，A侧变形齿(4-1)和B侧变形齿(4-2)对应布设在信号光纤(33)两侧。

3.根据权利要求1或2所述的六自由度姿态调整平台，其特征在于：所述曲线型支架由曲线型壳体(19)构成，多个A侧变形齿(4-1)和多个B侧变形齿(4-2)对应布设在曲线形壳体(19)的内壁上。

4.根据权利要求3所述的六自由度姿态调整平台，其特征在于：所述的构成长度感测部件(36)的曲线形壳体(19)的一端固定于上壳体(20)内壁，曲线形壳体(19)的另一端与一辅助弹簧(22)的一端固定在一起，辅助弹簧(22)的另一端固定于驱动部件(15)上。

5.根据权利要求3所述的六自由度姿态调整平台，其特征在于：所述曲线型壳体(19)两端的信号光纤(33)安装有光反射装置(46)。

6.根据权利要求1或2所述的六自由度姿态调整平台，其特征在于：所述曲线型支架为弹簧(38)，A侧变形齿(4-1)和B侧变形齿(4-2)对应布设在弹簧(38)中相邻两圈弹簧丝之间。

7.根据权利要求1所述的六自由度姿态调整平台，其特征在于：所述信号光纤(33)与测试单元(5)之间设置有光开关(35)。

8.根据权利要求1所述的六自由度姿态调整平台，其特征在于：所述驱动部件(15)为液压缸、气压缸、直流电机或伺服电机。

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