CN106584437A - 七自由度串并混联式对接平台 - Google Patents

Abstract

一种七自由度串并混联式对接平台，其包括一个固定平台、一个动平台、三个支链以及一个随动支链，各个该支链的上端部分别设置于该动平台，各个该支链的下端部分别设置于该固定平台，以使各个该支链连接于该动平台和该固定平台，该随动支链的上端部连接于该动平台的中部，该随动支链的下端部连接于该固定平台的中部，其中在七自由度对接平台在水平方向上采用并联的方式，以实现三个自由度的调整，包括绕X旋转俯仰自由度α、绕Y旋转滚转自由度γ以及沿Z向的移动。进一步地，三个该支链分别是UPS支链，另外各个该支链呈等腰三角形的形状布置在该固定平台和该动平台之间，以使该七自由度对接平台的结构紧凑、安全可靠，以满足吊装和安装空间。

Description

七自由度串并混联式对接平台

技术领域

本发明涉及一种对接平台，特别涉及一种用于机械装校的空间七自由度对接平台，其中该七自由度串并混联式对接平台是由计算机控制的用于机械装校的空间自由度一体化装置。

背景技术

现有技术中平面三自由度小车由车体、麦克纳姆轮构成，驱动可以采用电机驱动：四个电机分别驱动四个麦克纳姆轮，通过分别控制四个轮子的转速来控制小车的平面三自由度运动。也可以采用手动驱动：四个人分别推小车的四个角，来控制小车的运动方向。

现有技术中水平调整机构由动平台、连接车体和动平台的三条驱动支链及中间随动支链构成，其中三条驱动支链以球铰形式分别与动平台及车体链接。三条驱动支链的驱动方式可以采用电动缸、直线电机等直线驱动单元电动驱动，由控制系统来控制三条驱动支链的运动速度及运动量，调整动平台的位姿。三条驱动支链也可以采用螺旋升降机、液压缸等直线驱动单元手动驱动，由三个人分别控制三条驱动支链的运动量来调整动平台的位姿。

中间随动支链以虎克铰形式与动平台链接，以移动副形式与车体链接，中间随动支链为恰约束机构，其自由度正好和水平调整机构的自由度相同。中间随动支链的加入，不但使结构紧凑，增强机构的刚度，而且增加了机构的承载能力。

V型工装由V型工装体、T型滑块、调心球轴承组成，T型滑块带动V型工装在动平台上滑动，两个调心球轴承带动目标体沿自身轴线转动，既可用电机驱动，也可以人工手动转动，其旋转轴线已经限定。因此，本发明提供七自由度串并混联式对接平台，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于机械装校的空间七自由度串并混联式对接平台，其中该七自由度串并混联式对接平台是由计算机控制的用于机械装校的空间自由度一体化装置。

为了达到上述目的，本发明提供一种七自由度串并混联式对接平台，其中该七自由度串并混联式对接平台包括一个固定平台、一个动平台、三个支链以及一个随动支链，各个该支链的上端部分别设置于该动平台，各个该支链的下端部分别设置于该固定平台，以使各个该支链连接于该动平台和该固定平台，该随动支链的上端部连接于该动平台的中部，该随动支链的下端部连接于该固定平台的中部。

作为对本发明的该七自由度串并混联式对接平台台的进一步优选的实施例，各个该支链的上端部和下端部分别通过一个球铰连接于该动平台和该固定平台，以使各个该支链分别形成一个移动副，并且使各个该支链的上端部和下端部分别形成一个球铰副。

作为对本发明的该七自由度串并混联式对接平台的进一步优选的实施例，各个该支链呈等腰三角形的形状布置在该动平台和该固定平台之间。

作为对本发明的该七自由度串并混联式对接平台的进一步优选的实施例，该随动支链的下端部通过移动副的形式和该固定平台连接，该随动支链的上端部通过胡克铰的形式与该动平台连接，以使该随动支链形成一个PU支链。

作为对本发明的该七自由度串并混联式对接平台的进一步优选的实施例，各个该支链分别为UPS支链。

本发明的该七自由度串并混联式对接平台的优势在于：

该发明提供七自由度串并混联式对接平台，其中该七自由度串并混联式对接平台包括一个固定平台、一个动平台、三个支链以及一个随动支链，各个该支链的上端部分别设置于该动平台，各个该支链的下端部分别设置于该固定平台，以使各个该支链连接于该动平台和该固定平台，该随动支链的上端部连接于该动平台的中部，该随动支链的下端部连接于该固定平台的中部，其中在七自由度对接平台在水平方向上采用并联的方式，以实现三个自由度的调整，包括绕X旋转俯仰自由度α、绕Y旋转滚转自由度γ以及沿Z向的移动。进一步地，三个该支链分别是UPS支链，另外各个该支链呈等腰三角形的形状布置在该固定平台和该动平台之间，以使该七自由度串并混联式对接平台的结构紧凑、安全可靠，以满足吊装和安装空间。

该七自由度串并混联式对接平台的中部采用随动支链，可以有效地实现整个机构严格的按照三个自由度姿态调整，同时增加了该七自由度串并混联式对接平台的承载能力，以提高整个该七自由度串并混联式对接平台的刚度，从而使该七自由度串并混联式对接平台具有良好的运动学和动力性特性，刚度大、精度高，对模拟月球表面采样封装试验研究能力的提高具有非常重要的意义。

该七自由度串并混联式对接平台的水平方向的三个自由度实现简单，避免了各个自由度相互耦合所产生的多解和误差。在有限的空间限制下，为避免干涉和提高该七自由度串并混联式对接平台的刚度和结构的合理性，空间结构布局紧凑，运动范围大，承载能力大，并且保证该七自由度串并混联式对接平台不会饶垂直方向移动，以使该七自由度串并混联式对接平台严格饶X、Y轴旋转，以使自由度准确可控。该七自由度串并混联式对接平台在运动的时候不会占用各个该支链外部的空间，能够实现空间的服用，并且能够降低该七自由度串并混联式对接平台的成本。

附图说明

为了获得本发明的上述和其他优点和特点，以下将参照附图中所示的本发明的具体实施例对以上概述的本发明进行更具体的说明。应理解的是，这些附图仅示出了本发明的典型实施例，因此不应被视为对本发明的范围的限制，通过使用附图，将对本发明进行更具体和更详细的说明和阐述。在附图中：

图1是该七自由度串并混联式对接平台的立体示意图。

图2是该七自由度串并混联式对接平台在水平方向的原理示意图。

图3是该七自由度串并混联式对接平台的转运车原理示意图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

如图1至图3，依据本发明的发明精神提供七自由度串并混联式对接平台，该七自由度串并混联式对接平台包括一个固定平台5、一个动平台3以及三自由度调整机构4，该三自由度调整机构4设置在该固定平台5和该动平台3之间，以藉由该三自由度调整机构4连接该固定平台5和该动平台3。如图1，该固定平台5可以由一个转运车形成，该三自由度调整机构4包括三个支链401、402和403以及一个随动支链404，其中各个该支链401、402和403的上端部和下端部分别连接于该动平台3和该固定平台5，并且各个该支链401、402和403的上端部和下端部分别连接于该动平台3和该固定平台5的边缘，该随动支链404的上端和下端部分别连接于该动平台3的中部和该固定平台5的中部。

优选地，各个该支链401、402和403的上端部和下端部分别通过一个球铰连接于该动平台3和该固定平台5，以使各个该支链401、402和403分别形成一个移动副，并且使各个该支链401、402和403的上端部和下端部分别形成一个球铰副。更优选地，各个该支链401、402和403分别形成一个UPS支链。各个该支链401、402和403呈等腰三角形的形状布置在该动平台3和该固定平台5之间，以使该七自由度对接平台的结构更加紧凑，并保证该七自由度对接平台的自由度调整精确度。

相对应地，该随动支链404的下端部通过移动副的形式和该固定平台5连接，即P副，该随动直连404的上端部通过胡克铰的形式与该动平台3连接，即U副，以使该随动支链404形成一个PU支链。

如图1，在该动平台3上装有一个第一工装夹具1和一个第二工装夹具2，其中该第一工装夹具1和该第二工装夹具2可以相互对称地设置于该动平台3的两端，以用于夹持一个装校对象。优选地，该第一工装夹具1和该第二工装夹具2可以分别具有一个凹槽，凹槽中各有两个调心球轴承，装校对象放到两个工装夹具上面，并且与四个调心球轴承相切，实现装校对象绕自身轴线旋转的自由度。

该固定平台5由该转运车形成，其中该固定平台5进一步包括四个全向轮501、502、503和504以及一个转运车平台505，各个该全向轮501、502、503和504分别设置于该转运车平台505的下部，以使该转运车平台505能够被移动。各个该支链401、402和403的下端部可以通过该球铰和该转运车平台505连接在一起，该随动支链404的下端部也可以和该转运车平台505连接在一起，以形成该七自由度对接平台。

如图1所示，建立坐标系，固定坐标系O-XYZ，以该固定平台5的三个该球铰所组成的平面为XY平面，原点为该随动支链404与该固定平台5的交点，Y轴指向该球铰B₁的球心，Z轴沿该随动支链404周线向上，X轴由右手螺旋定则确定。惯性坐标系O₁-xyz以该动平台3的三个该球铰所组成的平面为xy平面，原点在该随动支链404与该动平台3平面的交点处。惯性坐标系O₁-xyz各轴分别与固定坐标系O-XYZ各轴对应平行。并联机器人结构尺寸共需要8个参数，分别为该球铰A₂与该球铰A₃在惯性坐标系O₁-xyz的x轴方向上的距离的一半d₃，该球铰A₂与该球铰A₁在惯性坐标系O₁-xyz的y轴方向上的距离的一半d₄，该球铰B₂与该球铰B₃在固定坐标系O-XYZ的X轴方向上的距离的一半d₁，该球铰B₂与该球铰B₁在固定坐标系O-XYZ的Y轴方向上的距离的一半d₂，三条该支链401、402和403的长度l₁、l₂、l₃及,及该随动支链404的高度H。

已知该动平台3的运动规律，根据并联机构的特点，求出三条该支链401、402和403的长度，此过程便是运动学逆解。下球铰在固定坐标系中的位置坐标可根据几何关系直接求出，上球铰在惯性坐标系中的位置坐标可根据几何关系直接求出。

下球铰在固定坐标系中的位置坐标为：

上球铰在惯性坐标系中的位置坐标为：

上球铰坐标从惯性坐标系到固定坐标系的转换：

上式中，P＝(0,0,h)^T表示惯性坐标系在固定坐标系中的位置向量，R为惯性坐标系到固定坐标系的旋转变换矩阵，动平台相对该固定平台5只绕x轴y轴旋转，其欧拉角分别为α，β。

其中cβ＝cosβ，sβ＝sinβ，cα＝cosα,sα＝sinα。由此上球铰和下球铰在固定坐标系中的位置坐标全部可以求得,动平台的三个该球铰在固定坐标系中位置坐标记为A_i。则三条该支链401、402和403的长度矢量L_i：

L_i＝A_i-B_i (3)

则三条该支链401、402和403的长度l_i：

将(5)式三条该支链401、402和403的长度公式对时间求导，得到移动副的速度表达式，再将速度公式对时间求导，得到加速度表达式。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但该内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (6)

1.一种七自由度串并混联式对接平台，其特征在于，该七自由度对接平台包括一个固定平台、一个动平台、三个支链以及一个随动支链，各个该支链的上端部分别设置于该动平台，各个该支链的下端部分别设置于该固定平台，以使各个该支链连接于该动平台和该固定平台，该随动支链的上端部连接于该动平台的中部，该随动支链的下端部连接于该固定平台的中部。

2.如权利要求1所述的一种七自由度对接平台，其特征在于，各个该支链的上端部和下端部分别通过一个球铰连接于该动平台和该固定平台，以使各个该支链分别形成一个移动副，并且使各个该支链的上端部和下端部分别形成一个球铰副。

3.如权利要求2所述的一种七自由度串并混联式对接平台，其特征在于，各个该支链呈等腰三角形的形状布置在该动平台和该固定平台之间。

4.如权利要求1‐3中的任意一个所述的一种七自由度串并混联式对接平台，其特征在于，该随动支链的下端部通过移动副的形式和该固定平台连接，该随动支链的上端部通过胡克铰的形式与该动平台连接，以使该随动支链形成一个PU支链。

5.如权利要求1‐3中的任意一个所述的一种七自由度串并混联式对接平台，其特征在于，各个该支链分别是UPS支链。

6.如权利要求4所述的一种七自由度串并混联式对接平台，其特征在于，各个该支链分别是UPS支链。