CN105538259A - 三自由度姿态调整平台 - Google Patents

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    • B25H1/00—Work benches; Portable stands or supports for positioning portable tools or work to be operated on thereby
    • B25H1/14—Work benches; Portable stands or supports for positioning portable tools or work to be operated on thereby with provision for adjusting the bench top

Abstract

本发明公开一种三自由度姿态调整平台，包括：固定底座，偏置L型行走底座，偏置横轴驱动机构，偏置纵轴驱动机构，双平行四边形机构，托架。其中，偏置L型行走底座安装于固定底座侧面，偏置横轴驱动机构安装于偏置L型行走底座上方，偏置纵轴驱动机构水平安装于偏置横轴驱动机构侧面同时靠近于固定底座一侧，双平行四边形机构安装于偏置纵轴驱动机构，托架安装于双平行四边形机构末端。通过控制偏置L型行走底座、偏置横轴驱动机构及偏置纵轴驱动机构的运动，该平台能够以托架的中心为参考点方便地调整托架相对于o-X、o-Y、o-Z三个坐标轴的姿态。

Description

三自由度姿态调整平台
技术领域
本发明涉及一种姿态调整设备，特别是涉及一种可在三个坐标轴方向分别独立调整所承载物体姿态的机械式通用平台。
背景技术
在航天器件测试、消防燃烧实验以及一些民用设备领域经常需要对被测物体的三维姿态进行调整，即调整被测物体相对于三个正交坐标轴的角度。目前的调整方式可以手动形式调整设备支撑进而调整其姿态，作业效率低，劳动强度大，调整精度不易保证。发展专用三自由度姿态调整设备，可提高实验自动化程度，提高实验精度。
中国专利第CN201410551147.X号提供了一种用于空间姿态调整的双偏心盘装置。它主要包括：电机，电机支架，电机大齿轮，编码器大齿轮，关节轴承，大偏心盘轴向固定圈，尾轴，小偏心盘轴向固定圈，小偏心盘，小偏心盘轴承上衬套，深沟球轴承，小偏心盘轴承下衬套，大偏心盘，大偏心盘轴承上衬套，薄壁球轴承，大偏心盘轴承下衬套，支撑轴，外壳，大偏心盘齿轮，小偏心盘齿轮，电机小齿轮，编码器小齿轮。中国专利第CN201410226948.9号提供了一种用于航天器姿态调整的多功能转台。包括支撑框架、倾倒机构、俯仰台、升降机构、回转台、行走机构、微调机构及电控系统。该发明实现了转台较大承载时倾倒、回转、升降、在X、Y、Z三个方向平动电动微调，及小半径移动转弯等功能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种可以在空间内调整物体三维姿态的机械式通用平台。
为解决上述技术问题，本发明三自由度姿态调整平台予以实现的技术方案是，包括：固定底座，偏置L型行走底座，偏置横轴驱动机构，偏置纵轴驱动机构，双平行四边形机构，托架。偏置L型行走底座安装于固定底座侧面，偏置横轴驱动机构安装于偏置L型行走底座上方，偏置纵轴驱动机构水平安装于偏置横轴驱动机构侧面同时靠近于固定底座一侧，双平行四边形机构安装于偏置纵轴驱动机构，托架安装于双平行四边形机构末端。
固定底座包括：安装底板；固定安装于安装底板上的立轴。
偏置L型行走底座包括：立轴；通过孔轴结构安装于立轴上的L型底座；水平布置固定安装于L型底座上的销轴；通过孔轴结构间隙配合安装于销轴上的行走轮；固定连接于行走轮上的链轮；通过链传动结构连接于链轮的链条及链轮，通过固定连接于链轮的电机；固定连接于L型底座的电机安装板；电机同时通过电机安装板固定安装在L型底座上。
偏置横轴驱动机构包括：L型底座；以固定方式水平安装于L型底座上端的横轴套筒；以孔轴结构间隙配合安装于横轴套筒内的横轴；以孔轴结构固定安装于横轴上的链轮；以孔轴结构竖直固定安装于横轴上的配重杆；以固定方式安装于配重杆上端的配重块；固定连接于L型底座上的电机安装板；通过电机安装板安装于L型底座的电机；通过孔轴结构固定安装于电机轴的链轮；通过链传动方式连接链轮及链轮的链条。
偏置纵轴驱动机构包括：横轴；固定连接于横轴的电机安装板；通过电机安装板固定安装于横轴上方的电机；通过孔轴结构固定安装于电机轴的链轮；通过孔轴结构固定安装于横轴的销轴；通过孔轴结构间隙安装于销轴的纵轴驱动杆；通过链传动方式安装于链轮的链条及链轮；通过孔轴结构间隙配合安装于销轴的链轮；链轮同时固定安装于纵轴驱动杆；固定安装于纵轴驱动杆上部的配重块。
双平行四边形机构包括：横轴；通过孔轴结构固定安装于横轴右端轴孔A、B的销轴及销轴；销轴、销轴同时通过孔轴结构间隙配合安装于纵轴驱动杆、纵轴辅助杆上端的轴孔A’及B’；通过孔轴结构分别固定安装于纵轴驱动杆底端轴孔C’及轴孔E’的销轴及销轴；通过孔轴结构分别固定安装于纵轴辅助杆上底端轴孔D’及轴孔F’的销轴及销轴；销轴及销轴同时通过孔轴间隙配合安装于托杆I上的轴孔C及轴孔D；销轴及销轴同时通过孔轴间隙配合安装于托杆II上的轴孔E及轴孔F；通过孔轴结构固定安装于托杆I右端轴孔G’的销轴；通过孔轴结构固定安装于托杆II右端轴孔H’的销轴；销轴及销轴同时通过孔轴结构间隙配合安装于支撑杆底端的轴孔G及轴孔H；支撑杆的顶端通过横轴的轴线延长线，支撑杆的顶端与纵轴驱动杆轴孔A、B的位置处于同一水平线；支撑杆的顶端通过立轴的轴线延长线。
托架包括：支撑杆；在中心位置固定安装于支撑杆上端的托架。
本发明三自由度姿态调整平台具有以下有益效果：
(1)该三自由度姿态调整平台的三个调整轴线相互正交，各轴姿态调整相互独立，无相互耦合问题，控制简单、稳定、可靠。
(2)偏置横轴驱动机构采用配重结构加以平衡处理，可以减小调整横轴姿态所需电机的功率，提高机械结构的稳定性，减小姿态调整误差。
(3)双平行四边形机构采用配重结构加以平衡处理，可以减小调整纵轴姿态所需电机的功率，提高机械结构的稳定性，减小姿态调整误差。
附图说明
图1是本发明三自由度姿态调整平台的整体结构示意图；
图2是本发明三自由度姿态调整平台固定底座及偏置L型行走底座结构示意图；
图3是本发明三自由度姿态调整平台偏置横轴驱动机构结构示意图；
图4是本发明三自由度姿态调整平台偏置纵轴驱动机构结构示意图；
图5是本发明三自由度姿态调整平台双平行四边形机构及托架结构示意图；
附图标记：
1-安装底板2-立轴3-L型底座
4-销轴5-行走轮6-链轮
7-链条8-链轮9-电机
10-电机安装板11-电机安装板12-电机
13-链轮14-链条15-配重块
16-配重杆17-链轮18-横轴套筒
19-横轴20-电机安装板21-电机
22-销轴23-销轴24-配重块
25-链轮26-链条27-链轮
28-纵轴驱动杆29-纵轴辅助杆30-托杆I
31-托杆II32-支撑杆33-托架
34-销轴35-销轴36-销轴
37-销轴38-销轴39-销轴
A、B为横轴19上的两个轴孔；
A’、C’、E’为纵轴驱动杆28上的三个轴孔；
B’、D’、F’为纵轴辅助杆29上的三个轴孔；
C、D、G’为托杆I30上的三个轴孔；
E、F、H’为托杆II31上的三个轴孔；
G、H为支撑杆32上的两个轴孔；
具体实施方式
下面结合实施例对本发明三自由度姿态调整平台做出详细说明。
如图1所示，三自由度姿态调整平台整体结构包括：固定底座，偏置L型行走底座，偏置横轴驱动机构，偏置纵轴驱动机构，双平行四边形机构，托架。
如图2所示，固定底座包括：安装底板1；固定安装于安装底板1上的立轴2。
如图2所示，偏置L型行走底座包括：立轴2；通过孔轴结构安装于立轴2上的L型底座3；水平布置固定安装于L型底座3上的销轴4；通过孔轴结构间隙配合安装于销轴4上的行走轮5；固定连接于行走轮上5的链轮6；通过链传动方式连接于链轮6的链条7及链轮8；固定连接于L型底座的电机安装板10；固定连接于链轮8的电机9；电机9同时通过电机安装板10固定安装在L型底座3上。
如图3所示，偏置横轴驱动机构包括：L型底座3；以固定方式水平安装于L型底座3上端的横轴套筒18；以孔轴结构间隙配合安装于横轴套筒18内的横轴19；以孔轴结构固定安装于横轴19上的链轮17；以孔轴结构在竖直方向固定安装于横轴19上的配重杆16；以固定方式安装于配重杆16上端的配重块15；固定连接于L型底座3的电机安装板11；通过电机安装板11安装于L型底座3的电机12；通过孔轴结构固定安装于电机12轴的链轮13；通过链传动方式连接链轮13及链轮17的链条14。
如图4所示，偏置纵轴驱动机构包括：横轴19；固定连接于横轴的电机安装板20；通过电机安装板20固定安装于横轴19上方的电机21；通过孔轴结构固定安装于电机21轴的链轮27；通过孔轴结构固定安装于横轴19的销轴22；通过孔轴结构间隙配合安装于销轴22的纵轴驱动杆28；通过链传动方式安装于链轮27的链条26及链轮25；通过孔轴结构间隙配合安装于销轴22的链轮25；链轮25同时固定安装于纵轴驱动杆28；固定安装于纵轴驱动杆28上部的配重块24。
如图5所示，双平行四边形机构包括：横轴19；通过孔轴结构固定安装于横轴19右端轴孔A、B的销轴22及销轴23；销轴22、销轴23同时通过孔轴结构间隙配合安装于纵轴驱动杆28、纵轴辅助杆29上端的轴孔A’及B’；通过孔轴结构分别固定安装于纵轴驱动杆28底端轴孔C’及轴孔E’的销轴37及销轴36；通过孔轴结构分别固定安装于纵轴辅助杆上29底端轴孔D’及轴孔F’的销轴34及销轴35；销轴37及销轴34同时通过孔轴间隙配合安装于托杆I30上的轴孔C及轴孔D；销轴(36)及销轴35同时通过孔轴间隙配合安装于托杆II31上的轴孔E及轴孔F；通过孔轴结构固定安装于托杆I30右端轴孔G’的销轴38；通过孔轴结构固定安装于托杆II31右端轴孔H’的销轴39；销轴38及销轴39同时通过孔轴结构间隙配合安装于支撑杆32底端的轴孔G及轴孔H；支撑杆32的顶端通过横轴19的轴线延长线；支撑杆32的顶端与纵轴驱动杆28的轴孔A、B的位置处于同一直线；支撑杆32的顶端通过立轴2的轴线延长线。
如图5所示，托架包括：支撑杆32；在中心位置固定安装于支撑杆32上端的托架33；
下面将说明本发明三自由度姿态调整平台动作实施过程。
以图1中托架中心点处标示的o-XYZ坐标轴为托架参考坐标系，以下动作介绍均以此坐标系为基准。
1.偏置L型行走底座调整托架33相对于o-Z轴的角度
图2中电机9的输出轴转动带动与之固定连接的链轮8转动，链轮8通过链条7带动链轮6转动，链轮6带动与之固定连接的行走轮5绕销轴4转动，销轴4与L型底座3固定相连，行走轮5底部与大地接触，行走轮与大地之间的摩擦力将推动L型底座3绕立轴2相对于安装地板1转动，也即是L型底座3将最终带动托架33绕着图1所示o-Z轴线方向转动，调整托架33相对于o-Z轴的角度。
2.偏置横轴驱动机构调整托架33相对于o-X轴的角度及相关配重平衡
图3中电机12的输出轴转动带动与之固定连接的链轮13转动，链轮13通过链条14带动链轮17转动，链轮17带动与之固定连接的横轴19相对于横轴套筒18转动，也即是横轴19将通过后续结构带动托架33绕着图1所示o-X轴线方向转动，调整托架33相对于o-X轴的角度，横轴19带动与之固定连接的配重杆16转动，配重杆16带动与之固定连接的配重块15转动。当横轴19转动离开初始零位后，配重块15与横轴19之后的双平行四边形机构处于o-X轴的两侧，因此可以绕o-X轴实现重力平衡，同时配重块15与横轴19右侧的双平行四边形机构及托架33处于L型行走底座3的左侧立柱两侧，也可以起到配重平衡作用。
3.偏置纵轴驱动机构调整托架33相对于o-Y轴的角度及相关配重平衡
图5中横轴19、纵轴驱动杆28、纵轴辅助杆29、及托杆II31与轴孔A、B、E及F共同形成平行四边形结构，托杆II31与横轴19保持平行，即托杆II31保持水平，托杆II31与图1中o-X轴线平行；图5中纵轴驱动杆28、托杆I30、支撑杆32及托杆II31与轴孔C、E、G及H共同形成平行四边形结构，支撑杆32与纵轴驱动杆29保持平行。图4中电机21的输出轴转动带动与之固定连接的链轮27转动，链轮27通过链条26带动链轮25绕销轴22转动，链轮25带动与之固定连接的纵轴驱动杆28绕销轴22转动，即纵轴驱动杆28绕与销轴22固定连接的横轴19在图1所示的o-Y轴线方向转动，此时纵轴驱动杆28与横轴19之间所夹角度，即是支撑杆32与托架II31所夹角度，也即支撑杆32与横轴19之间所夹角度，也即是支撑杆32与o-X轴之间所夹角度，因此电机21可以调整支撑杆32及与之固定连接的托架33绕o-Y轴线角度。当纵轴驱动杆28离开初始零位后，配重块24与托杆I30及托杆II31处于横轴19上轴孔A的两侧，因此可以起到配重平衡作用。

Claims (3)

1.一种三自由度姿态调整平台，包括：固定底座，偏置L型行走底座，偏置横轴驱动机构，偏置纵轴驱动机构，双平行四边形机构，托架；
所述固定底座包括：安装底板(1)；固定安装于安装底板(1)上的立轴(2)；
所述偏置L型行走底座包括：立轴(2)；通过孔轴结构安装于立轴(2)上的L型底座(3)；水平布置固定安装于L型底座(3)上的销轴(4)；通过孔轴结构间隙配合安装于销轴(4)上的行走轮(5)；固定连接于行走轮上(5)的链轮(6)；通过链传动结构连接于链轮(6)的链条(7)及链轮(8)，固定连接于链轮(8)的电机(9)；固定连接于L型底座(3)上的电机安装板(10)；电机(9)同时通过电机安装板(10)固定安装在L型底座(3)上；
所述偏置纵轴驱动机构包括：横轴(19)；固定安装于横轴(19)的电机安装板(20)；通过电机安装板(20)固定安装于横轴(19)上方的电机(21)；通过孔轴结构固定安装于电机(21)轴的链轮(27)；通过孔轴结构固定安装于横轴(19)的销轴(22)；通过孔轴结构间隙安装于销轴(22)的纵轴驱动杆(28)；通过链传动方式安装于链轮(27)的链条(26)及链轮(25)；通过孔轴结构间隙配合安装于销轴(22)的链轮(25)；链轮(25)同时固定安装于纵轴驱动杆(28)；固定安装于纵轴驱动杆(28)上部的配重块(24)；
所述托架包括：支撑杆(32)；在中心位置固定安装于支撑杆(32)上端的托架(33)；
其特征在于，偏置L型行走底座安装于固定底座侧面，偏置横轴驱动机构安装于偏置L型行走底座上方，偏置纵轴驱动机构水平安装于偏置横轴驱动机构侧面同时靠近于固定底座一侧，双平行四边形机构安装于偏置纵轴驱动机构，托架安装于双平行四边形机构末端。
2.根据权利要求1所述的三自由度姿态调整平台，其特征在于，所述偏置横轴驱动机构包括：L型底座(3)；以固定方式水平安装于L型底座(3)上端的横轴套筒(18)；以孔轴结构间隙配合安装于横轴套筒(18)内的横轴(19)；以孔轴结构固定安装于横轴(19)上的链轮(17)；以孔轴结构在竖直方向固定安装于横轴(19)上的配重杆(16)；以固定方式安装于配重杆(16)上端的配重块(15)；固定安装于L型底座(3)上的电机安装板(11)；通过电机安装板(11)安装于L型底座(3)的电机(12)；通过孔轴结构固定安装于电机(12)轴的链轮(13)；通过链传动方式连接链轮(13)及链轮(17)的链条(14)。
3.根据权利要求1所述的三自由度姿态调整平台，其特征在于，所述双平行四边形机构包括：横轴(19)；通过孔轴结构固定安装于横轴(19)右端轴孔A、B的销轴(22)及销轴(23)；销轴(22)、销轴(23)同时通过孔轴结构间隙配合安装于纵轴驱动杆(28)、纵轴辅助杆(29)上端的轴孔A’及B’；通过孔轴结构分别固定安装于纵轴驱动杆(28)底端轴孔C’及轴孔E’的销轴(37)及销轴(36)；通过孔轴结构分别固定安装于纵轴辅助杆上(29)底端轴孔D’及轴孔F’的销轴(34)及销轴(35)；销轴(37)及销轴(34)同时通过孔轴间隙配合安装于托杆I(30)上的轴孔C及轴孔D；销轴(36)及销轴(35)同时通过孔轴间隙配合安装于托杆II(31)上的轴孔E及轴孔F；通过孔轴结构固定安装于托杆I(30)右端轴孔G’的销轴(38)；通过孔轴结构固定安装于托杆II(31)右端轴孔H’的销轴(39)；销轴(38)及销轴(39)同时通过孔轴结构间隙配合安装于支撑杆(32)底端的轴孔G及轴孔H；支撑杆(32)的顶端通过横轴(19)的轴线延长线；支撑杆(32)的顶端与纵轴驱动杆(28)的轴孔A、B的位置处于同一直线；支撑杆(32)的顶端通过立轴(2)的轴线延长线。
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