CN106875981B - 空间六自由度微重力灵巧装校平台 - Google Patents

Abstract

一种空间六自由度微重力灵巧装校平台，其包括一个机座、一个立柱、一个转台连接件、一个旋转台以及一个调节机构，该立柱的下端部设置于该机座，该立柱的上端部设有该转台连接件，该旋转台设置于该转台连接件，该调节机构设置于该旋转台，以形成该空间六自由度微重力灵巧装校平台，该空间六自由度微重力灵巧装校平台能够实现微重力装校以及随遇平衡，并且能够使胶装满足一定的位置精度要求。另外，该空间六自由度微重力灵巧装校平台具有行程较大、可操作性强、安全可靠性高等特点。

Description

空间六自由度微重力灵巧装校平台

技术领域

本发明涉及一种空间六自由度装校平台，特别涉及一种空间六自由度微重力灵巧装校平台，其中该空间六自由度微重力灵巧装校平台采用多组平行四边形连杆机构以及微重力调节机构可实现对既定目标对象的空间六自由度微重力对接装校，且装校灵巧轻便。

背景技术

在研究所、工厂等特定场合，存在着许多需要装校的实验仪器设备以及产品(如汽车)，这些被装校的对象存在着一些质量较大、装校精度要求较高的对象，对于这部分被装校对象的装校就存在着搬运费力且难以达到装校精度要求的问题，同时不合理的装校可能对实验仪器设备以及产品的使用造成不利影响。

为了适应新时期的工业需求，解决上述存在的问题，空间六自由度对接装校平台大量涌现，它们都能实现空间六自由度的对接装校如D.Stewart提出的Stewart机构、Eric.Gough提出的Gough机构等6‐DOF平台，但其存在着许多的不足之处，如机构较为复杂、加工装配困难、算法效果不佳(如奇异点，调节位姿耦合等)、行程不够、轨迹规划困难等。因此，本发明提供一种空间六自由度微重力灵巧装校平台，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种空间六自由度微重力灵巧装校平台，该空间六自由度微重力灵巧装校平台采用多组平行四边形连杆机构以及微重力调节机构可实现对既定目标对象的空间六自由度微重力对接装校，且装校灵巧轻便。

为了达到上述目的，本发明提供一种空间六自由度微重力灵巧装校平台，其中该空间六自由度微重力灵巧装校平台包括一个机座、一个立柱、一个转台连接件、一个旋转台以及一个调节机构，该立柱的下端部设置于该机座，该转台连接件设置于该立柱的上端部，并且该旋转台设置于该转台连接件上部，该调节机构设置于该旋转台上部，其中该调节机构进一步包括一个第一杆、一个第二杆、一个第三杆、一个第四杆、一个第五杆、一个第六杆、一个第七杆、一个第八杆、一组连接轴、一个配重元件以及一个托板，该第一杆和该第二杆的一个端部分别连接于该托板，该第一杆和该第二杆的另一个端部分别通过该连接轴连接于该第三杆和该第四杆的一个端部，该第三杆的另一个端部连接于该旋转台，该第四杆的另一个端部通过该连接轴连接于该第六杆的一个端部，该第六杆的另一个端部连接于该旋转台，该第五杆的一个端部连接于该托板，该第五杆的另一个端部通过该连接轴连接于该第八杆的一个端部，该第八杆的另一个端部连接于该旋转台，该配重元件设置于该第八杆的端部，并且该第一杆、该第二杆和该第五杆的端部分别轴连接于该托板，该第三杆、该第六杆和该第八杆的端部分别轴连接于该旋转台。

作为对本发明的该空间六自由度微重力灵巧装校平台的进一步优选的实施例，该旋转台上设有一个锁紧销轴、一个锁紧套、一个锁紧立柱、一个锁紧螺杆、两个蜗轮蜗杆减速机、一个双输出轴电机，该第六杆和该第八杆的端部分别通过键固联在该锁紧销轴上，该双输出轴电机由联轴器分别与两个该蜗轮蜗杆减速机连接，该双输出轴电机与两个该蜗轮蜗杆减速机通过螺钉固联在该旋转台上，该蜗轮蜗杆减速机通过联轴器与该锁紧立柱连接，该锁紧立柱的上端为左旋且下端为右旋，该锁紧立柱与该锁紧套螺纹连接，该锁紧套内装有摩擦片用来制动该锁紧销轴，该锁紧套的另一个端部通过该锁紧螺杆由螺纹固联在该旋转台上，并且通过该双输出轴电机的驱动来抱死该锁紧销轴，从而使该第一杆、该第二杆、该第三杆、该第四杆、该第五杆、该第六杆、该第七杆和该第八杆锁死。

作为对本发明的该空间六自由度微重力灵巧装校平台的进一步优选的实施例，该托板上固联有微重力调节机构，其中该微重力调节机构包括一个上调整板、配重块、一个下调整板、一个倾角传感器以及一副夹具，该下调整板由螺钉固联在该托板上，并且该下调整板与该上调整板通过球窝与球头组成球副，该上调整板上通过螺钉联接该倾角传感器，该配重块通过滑槽在该上调整板上滑动。

本发明的该空间六自由度微重力灵巧装校平台的优势在于：

本发明的该空间六自由度微重力灵巧装校平台包括一个机座、一个立柱、一个转台连接件、一个旋转台以及一个调节机构，该立柱的下端部设置于该机座，该立柱的上端部设有该转台连接件，该旋转台设置于该转台连接件，该调节机构设置于该旋转台，以形成该空间六自由度微重力灵巧装校平台，该空间六自由度微重力灵巧装校平台能够实现微重力装校以及随遇平衡，并且能够使胶装满足一定的位置精度要求。另外，该空间六自由度微重力灵巧装校平台具有行程较大、可操作性强、安全可靠性高等特点，其中该空间六自由度微重力灵巧装校平台还包括：

1、该空间六自由度微重力灵巧装校平台能够实现灵巧对接、结构简单、无需复杂的算法、可操作性强。

2、该空间六自由度微重力灵巧装校平台采用多组平行四边形连杆机构配合配重元件可以实现在移动被装校对象时的微重力效果，还可以实现水平与竖直方向的非耦合移动，移动尺寸比例放大的效果。

3、该空间六自由度微重力灵巧装校平台可以实现在空间α、β、γ的三个角度的位姿调整，并且可以实现只需要很小的力就能够达到目标位置的效果，即，二次微重力效果。

4、该空间六自由度微重力灵巧装校平台具有较高的调节精度且操作灵巧，对空间六自由度调整具有重要意义。

5、该空间六自由度微重力灵巧装校平台的结构尺寸小，可达到的范围较大，适于中小范围空间的布置。

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是该空间六自由度微重力灵巧装校平台的示意图。

图2是该空间六自由度微重力灵巧装校平台的原理示意图。

图3是该空间六自由度微重力灵巧装校平台的多平行四边形连杆机构水平运动的位姿分析图。

图4是该空间六自由度微重力灵巧装校平台的多平行四边形连杆机构在手持水平运动时的位姿分析图。

图5是该空间六自由度微重力灵巧装校平台的多平行四边形连杆机构竖直运动的位姿分析图。

图6是该空间六自由度微重力灵巧装校平台的多平行四边形连杆机构在手持竖直运动时的位姿分析图。

图7是该空间六自由度微重力灵巧装校平台的微重力调节机构的示意图。

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、变型方案、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7所示，依本发明的发明精神提供一种空间六自由度微重力灵巧装校平台，其中该空间六自由度微重力灵巧装校平台包括一个机座10、一个立柱20、一个转台连接件30、一个旋转台40以及一个调节机构50.

该立柱20的下端部设置于该机座10，该转台连接件30设置于该立柱20的上端部，并且该旋转台40设置于该转台连接件30，该调节机构设置于该旋转台40。

该调节机构50进一步包括一个第一杆51、一个第二杆52、一个第三杆53、一个第四杆54、一个第五杆55、一个第六杆56、一个第七杆57、一个第八杆58、一组连接轴59、一个配重元件60以及一个托板61，该第一杆51和该第二杆52的一个端部分别连接于该托板61，该第一杆51和该第二杆52的另一个端部分别通过该连接轴59连接于该第三杆53和该第四54杆的一个端部，该第三杆53的另一个端部连接于该旋转台50，该第四杆54的另一个端部通过该连接轴59连接于该第六杆56的一个端部，该第六杆56的另一个端部连接于该旋转台40，该第五杆55的一个端部连接于该托板61，该第五杆55的另一个端部通过该连接轴59连接于该第八杆58的一个端部，该第八杆58的另一个端部连接于该旋转台50，该配重元件60设置于该第八杆58的端部，并且该第一杆51、该第二杆52和该第五杆55的端部分别轴连接于该托板61，该第三杆53、该第六杆56和该第八杆58的端部分别轴连接于该旋转台50。

可以理解的是，该第一杆51、该第二杆52、该第三杆53、该第四杆54、该第五杆55、该第六杆56、该第七杆57以及该第八杆58可以形成该空间六自由度微重力灵巧装校平台的多组平行四边形连杆机构。

进一步地，该旋转台上设有一个锁紧销轴62、一个锁紧套63、一个锁紧立柱64、一个锁紧螺杆65、两个蜗轮蜗杆减速机66、一个双输出轴电机67，该第六杆56和该第八杆58的端部分别通过键固联在该锁紧销轴62上，该双输出轴电机67由联轴器分别与两个该蜗轮蜗杆减速机66连接，该双输出轴电机67与两个该蜗轮蜗杆减速机66通过螺钉固联在该旋转台上，该蜗轮蜗杆减速机66通过联轴器与该锁紧立柱64连接，该锁紧立柱64的上端为左旋且下端为右旋，该锁紧立柱64与该锁紧套63螺纹连接，该锁紧套63内装有摩擦片用来制动该锁紧销轴62，该锁紧套63的另一个端部通过该锁紧螺杆65由螺纹固联在该旋转台上，并且通过该双输出轴电机67的驱动来抱死该锁紧销轴62，从而使该第一杆51、该第二杆52、该第三杆53、该第四杆54、该第五杆55、该第六杆56、该第七杆57以及该第八杆58锁死。

更进一步地，该托板61上固联有微重力调节机构70，其中该微重力调节机构70包括一个上调整板71、配重块72(图中只示意其中一个)、一个下调整板73、一个倾角传感器74以及一副夹具，该下调整板73由螺钉固联在该托板61上，并且该下调整板73与该上调整板71通过球窝与球头组成球副，该上调整板71上通过螺钉联接该倾角传感器74，该配重块72通过滑槽在该上调整板71上滑动。

从该机座10开始，上端配有该立柱20，其通过该转台连接件30与该旋转台40连接形成一个转动副，可实现空间圆柱坐标系中的θ的转动，其内有轴承故可轻松转动该旋转台40。该旋转台40上装有多组平行四边形连杆机构，其中AB与CD、CD与HG、CH与DG、DG与EF分别平行且相等，该多组平行四边形连杆机构具有多个优点，其自由度为2，由图3分析可得，可实现在x,z方向的两个非耦合的移动以及保证该微重力调节机构70的水平，同时还可实现严格的水平(x)以及竖直(z)方向的移动(也可为x,z方向的组合运动)，其上装有平行四边形组成的连杆机构其杆长需满足：

AD/DE＝EF/FJ＝C(常数) ①

合理的布置后其具有随遇平衡以及比例放大的优点，且该托板61与该配重元件60能够达到同步运动且运动距离成比例(该托板61为水平运动该配重元件60也为水平运动且位移成比例为C，该托板61为竖直运动该配重元件60也为竖直运动且位移成比例为C，详见图3至图6)，这样有利于实现对被装校对象的装校操作，同时可实现微重力调节，也即移动托板水平与竖直运动时只需要很小的力。平行四边形连杆机构的该第六杆56及该第八杆58装在相应的该锁紧销轴62上，在该旋转台40上还装有该双输出轴电机67或其他动力装置以及该蜗轮蜗杆减速机66或其他减速器再配合带有左右旋螺纹的该锁紧立柱64、内侧有摩擦材料的该锁紧套63及该锁紧螺杆65组成锁紧装置或也可其他锁紧装置，从而能够实现对上端多平行四边形连杆机构的锁紧，锁紧后经计算知上端多平行四边形连杆机构的自由度为零。能够保证其由随遇平衡状态达到稳定平衡的状态，便于左端该微重力调节机构70的调节。后面的该配重元件60以及杆长条件用以平衡左端被装校对象的重力以及保证整个装置在移动过程中始终处于微重力的平衡状态，但需要保证该配重元件60的质量与该托板61及其上的负载的质量成比例为C，这样可使操作灵巧、省力。由于G、H两点连线水平由平行四边形CDHG与ABCD可得左端该托板61处于水平状态，为该微重力调节机构70提供了基础条件。

该托板61上装有该微重力调节机构70，该机构可实现空间α，β，γ的三个角度的位姿调节，其由带球头且质心通过球心的该上调整板71、该配重块72、带球窝的该下调整板73，该倾角传感器74及夹具组成，当被装校对象在夹具的夹持固定下，通过该配重块72与该倾角传感器74调节，当该倾角传感器74读数为水平时，则该上调整板71、被装校对象以及夹具组成的模块的重心位于球窝球心的正下侧，这样我们就可以用很小的力来转动被装校对象则可以实现对其进行微重力精密调节，优选地，调节角度在一定范围内。

本发明为达到空间六自由度在一定范围内的效果，采用大转动与非耦合两移动配合来实现达到空间的在一定范围内的任意位置，该微重力调节机构70可以达到空间α，β，γ的三个角度的微重力位姿调节，从而构成了空间六自由度微重力灵巧装校平台的原理构型，其整体结构示意图如图1所示。

从该机座10开始，上端配有该立柱20，该旋转台40通过该转台连接件30用止推轴承铰接在该立柱20上，可实现空间圆柱坐标系中的θ角的转动，该旋转台40上装有由该第一杆51至第八杆58以及该连接轴59组成的多平行四边形连杆机构、该蜗轮蜗杆减速机66、该双输出轴电机67、该锁紧立柱64、该锁紧螺杆65及该锁紧套63。

该旋转台40上的该第六杆56与该第八杆58通过键固联在该锁紧销轴62上，该双输出轴电机67由联轴器分别与两个该蜗轮蜗杆减速机66联接，该双输出轴电机67与两个该蜗轮蜗杆减速机66通过螺钉固联到该旋转台40上，该蜗轮蜗杆减速机66通过联轴器与该锁紧立柱64联接，该锁紧立柱64为上端为左旋下端为右旋，该锁紧立柱64分别与该锁紧套63的螺纹联接，锁紧套内装有摩擦片用来制动该锁紧销轴62。该锁紧套63的另一端通过该锁紧螺杆65由螺纹固联在大旋转台上，通过该双输出轴电机67的驱动来抱死该锁紧销轴62。从而能够实现对上端由该第一杆51至第八杆58以及该连接轴59组成的多平行四边形连杆机构的锁紧，锁紧后其自由度为零。

该锁紧销轴62通过轴承与该旋转台40上的轴承座连接。该旋转台40上由该第一杆51至第八杆58以及该连接轴59组成的多平行四边形连杆机构通过铰接相互联接，其左端的该托板61与该微重力调节机构70的该下调整板73由螺钉固联，由该第一杆51至第八杆58以及该连接轴59组成的多平行四边形连杆机构右端与该配重元件60由螺钉联接，但要求该配重元件60的质量与该托板61及其上的负载的质量成比例为C用以实现拖动该托板61达到微重力调节的效果，其中在移动过程中整个系统能量基本不变，这样可使操作灵巧、省力。由于G、H两点连线水平则可保证左端该托板61亦处于水平状态，为微重力调节机构提供了基础条件。由该第一杆51至第八杆58以及该连接轴59组成的多平行四边形连杆机构中的部分杆长还应满足：AD/DE＝EF/FJ＝C(常数)

多平行四边形连杆机构有两个自由度，由图2分析可得，并且可以实现在x,z方向的两个非耦合的移动，这样有便于机构的操作性使其更加灵巧。通过上述的该锁紧立柱64(带有左右旋螺纹)、该锁紧螺杆65及该锁紧套63等锁紧使其由随遇平衡处于稳定平衡的状态，便于左端该托板61上的该微重力调节机构70的调节。

该托板61上固联连有该微重力调节机构70，该机构可实现空间α，β，γ的三个角度的位姿调节，其由该上调整板71、该配重块72、该下调整板73、该倾角传感器74及夹具组成，其中该下调整板73由螺钉固联在该托板61上，其与该上调整板71通过球窝与球头组成球副，该上调整板71上通过螺钉联接该倾角传感器74，该配重块72通过滑槽使其在该上调整板71滑动，当该倾角传感器74读数为水平时，通过该配重块72上的螺钉与该上调整板71锁紧，详见图7，被装校对象在夹具的夹持固定下，通过配重块调节确保该上调整板71、被装校对象以及夹具组成的模块的重心位于球窝球心的正下侧(即调整至该倾角传感器74读数为水平，这样我们现在得到该上调整板71就达到比较平衡的状态，此时只需要很小的力就可以实现空间α，β，γ的三个角度的位姿调节，从而达到微重力调节效果。

在实际操作过程中手扶持该托板61进行水平运动时，此时由该第一杆51至第八杆58以及该连接轴59组成的多平行四边形连杆机构原理以及该托板61与该配重元件60同步运动原理示意图见图4，经分析的此时的多平行四边形连杆机构的自由度为1，在手扶持下该机构具有确定的运动，并且方便、省力。同理在实际操作过程中手扶持该托板61进行竖直运动时，此时由该第一杆51至第八杆58以及该连接轴59组成的多平行四边形连杆机构原理以及该托板61与该配重元件60同步运动原理示意图见图6，经分析此时的多平行四边形连杆机构的自由度为1，在手扶持下该机构具有确定的运动。在手扶持下该机构进行水平与竖直的耦合运动时分析与上述相同，不再赘述。

该微重力调节机构70如图7，其是实现空间六自由度调节的关键一环，通过该配重块72水平调整完毕后，即可达到二次微重力调节的效果。

同时整个平台在空间六自由度的调整上具有较高的位置调节精度，且避免了复杂的算法，在装校被装校对象时可以达到安装的精度要求，为装校工作提供了技术支持。

实例：

水平分析:

竖直分析:

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 (2)

1.一种空间六自由度微重力灵巧装校平台，其特征在于，该空间六自由度微重力灵巧装校平台包括一个机座、一个立柱、一个转台连接件、一个旋转台以及一个调节机构，该立柱的下端部设置于该机座，该转台连接件设置于该立柱的上端部，并且该旋转台设置于该转台连接件，该调节机构设置于该旋转台，其中该调节机构进一步包括一个第一杆、一个第二杆、一个第三杆、一个第四杆、一个第五杆、一个第六杆、一个第七杆、一个第八杆、一组连接轴、一个配重元件以及一个托板，该第一杆和该第二杆的一个端部分别连接于该托板，该第一杆和该第二杆的另一个端部分别通过该连接轴连接于该第三杆和该第四杆的一个端部，该第三杆的另一个端部连接于该旋转台，该第四杆的另一个端部通过该连接轴连接于该第六杆的一个端部，该第六杆的另一个端部连接于该旋转台，该第五杆的一个端部连接于该托板，该第五杆的另一个端部通过该连接轴连接于该第八杆的一个端部，该第八杆的另一个端部连接于该旋转台，该配重元件设置于该第八杆的端部，并且该第一杆、该第二杆和该第五杆的端部分别轴连接于该托板，该第三杆、该第六杆和该第八杆的端部分别轴连接于该旋转台；

该旋转台上设有一个锁紧销轴、一个锁紧套、一个锁紧立柱、一个锁紧螺杆、两个蜗轮蜗杆减速机、一个双输出轴电机，该第六杆和该第八杆的端部分别通过键固联在该锁紧销轴上，该双输出轴电机由联轴器分别与两个该蜗轮蜗杆减速机连接，该双输出轴电机与两个该蜗轮蜗杆减速机通过螺栓固联在该旋转台上，该蜗轮蜗杆减速机通过联轴器与该锁紧立柱连接，该锁紧立柱的上端为左旋且下端为右旋，该锁紧立柱与该锁紧套螺纹连接，该锁紧套内装有摩擦片用来制动该锁紧销轴，该锁紧套的另一个端部通过该锁紧螺杆由螺纹固联在该旋转台上，并且通过该双输出轴电机的驱动来抱死该锁紧销轴，从而使该第一杆、该第二杆、该第三杆、该第四杆、该第五杆、该第六杆、该第七杆和该第八杆锁死。

2.如权利要求1所述的一种空间六自由度微重力灵巧装校平台，其特征在于，该托板上固联有微重力调节机构，其中该微重力调节机构包括一个上调整板、配重块、一个下调整板、一个倾角传感器以及一副夹具，该下调整板由螺钉固联在该托板上，并且该下调整板与该上调整板通过球窝与球头组成球副，该上调整板上通过螺钉联接该倾角传感器，该配重块通过滑槽在该上调整板上滑动。