CN108010560A - 一种六自由度位姿调整转台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种六自由度位姿调整转台，采用层叠式结构，自下而上为基座、运动机构以及置物台，所述的运动机构包括自下而上的升降机构、偏航机构、摆动机构和平移机构，所述的摆动机构包含俯仰机构以及滚转机构，平移机构包括纵向运动机构和横向运动机构，每个机构进行一个自由度的控制并且不与其他自由度的控制产生耦合，设水平横向移动方向为X方向，水平纵向移动方向为Y方向，垂直升降方向为Z方向，同时，绕X方向旋转为滚转角度，绕Y方向旋转为俯仰角度，绕Z方向旋转为偏航角度，三个旋转运动的旋转中心在同一点，为运动中心点，坐标系原点位于三个旋转运动的运动中心点。

Description

一种六自由度位姿调整转台

技术领域

本发明涉及一种转台装置，尤其涉及一种可进行物体的六自由度位置及姿态调整的转台。

背景技术

随着工业向自动化、智能化发展，多自由度调整转台在工业生产中得到了广泛应用。多自由度转台在生产中的安全性能较高，并且具有效率高、节省人力、降低成本等优势。

调整转台是一种可以进行多个自由度平移或者旋转运动的装置，这种装置可以对安装/ 固定在转台平面上的物体进行位置/姿态调整。

现有技术中存在的转台大多数都是控制安放在转台台面上的物体进行姿态的变化，有些转台装置可以通过平移和旋转结构实现对台面的倾斜和水平平移运动，最多可以得到俯仰、偏航、以及两个水平平移自由度共四个自由度的位姿转变。现有专利大多采用并联机构，进行六自由度的控制，公开号为CN 104002299B的中国专利提出了一种采用并联结构的六自由度微平台，该方案采用并联结构来控制微平台的六个自由度位置及姿态，控制方式相对复杂，各并联机构之间存在相互耦合关系。公开号为CN104016266B的中国专利提出了一种三层结构的六自由度升降台，该平台分为上中下三层，中层与上层间为剪叉式结构，每一层可以负责几个方向的移动或者转动。

现实中有很多场景需要使用到可以进行六自由度移动的转台，比如大型部件的装配现场以及某些大型科学仪器调试现场等。当前的转台大多存在不能升降或者不能进行滚转等问题，对台面及物体可调整的位姿少，无法完全满足实际工作过程中对位姿调整的需要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足的情况下，提出一种可以在六个自由度进行位置及姿态调整的转台装置，该装置能够在包括三维空间位置以及俯仰、滚转和偏航三种姿态共六个自由度上的状态调整，为实际工作需求提供一种操作平台。技术方案如下：

一种六自由度位姿调整转台，采用层叠式结构，自下而上为基座、运动机构以及置物台，所述的运动机构包括自下而上的升降机构、偏航机构、摆动机构和平移机构，所述的摆动机构包含俯仰机构以及滚转机构，平移机构包括纵向运动机构和横向运动机构，每个机构进行一个自由度的控制并且不与其他自由度的控制产生耦合，设水平横向移动方向为X方向，水平纵向移动方向为Y方向，垂直升降方向为Z方向，同时，绕X方向旋转为滚转角度，绕Y 方向旋转为俯仰角度，绕Z方向旋转为偏航角度，三个旋转运动的旋转中心在同一点，为运动中心点，坐标系原点位于三个旋转运动的运动中心点。其中，

所述的俯仰机构包括驱动电机、丝杠、连接件、导轨、滑块和支撑台，所述驱动电机通过联轴器与丝杠连接，丝杠通过连接件与滑块连接，滑块与俯仰机构支撑台固定连接，所述导轨置于所述偏航机构的支撑台上，其上表面为弧形，所述俯仰机构的支撑台与上层运动机构固定连接；所述的滚转机构与俯仰机构结构相同，位于俯仰机构上层，不同之处在于混转机构的导轨与俯仰机构的导轨在空间上互相垂直；

平移机构主要包括水平方向互相垂直的两个自由度上的纵向运动机构以及横向运动机构，纵向运动机构包括驱动电机、丝杠、连接件、导轨、支撑台，驱动电机通过联轴器与丝杠连接，丝杠与滚转机构的支撑台固定连接，导轨与滚转机构的支撑台固定连接，并且在平行于运动方向的两侧对称分布，支撑台与导轨配合并且通过连接件与丝杠连接；横向运动机构包括驱动电机、丝杠、连接件、导轨、支撑台，驱动电机通过联轴器与丝杠连接，丝杠与横向运动机构的支撑台固定连接，导轨与纵向运动机构的支撑台固定连接，支撑台与导轨配合并且通过连接件与丝杠连接。

本发明主要优点及特色体现在如下几个方面：

1、本发明的六自由度调整转台装置，通过升降机构可以进行台面的上下位置调整，通过偏航机构可以进行台面的水平偏航运动，通过俯仰机构可以进行台面的左右倾斜运动，通过滚转机构可以进行台面的前后倾斜运动，通过纵向运动机构可以进行台面在水平纵向的平移运动，通过横向运动结构可以进行台面在水平横向的平移运动。

2、对于不同尺寸的调整物体，只需要更改转台装置相应的俯仰机构与滚转机构的加工尺寸，使本转台装置的旋转中心位于待调位姿物体的中心轴上，即可适应不同尺寸的调整物体。

3、本发明提出的六自由度位姿调整转台装置，可以通过多个运动机构使台面具有六个自由度，从而使固定在台面上的物体具有六个自由度下的位姿，使得可调整的位姿更多，在实际中的应用更广，更加能够满足用户的需求，在对接以及装配等现场拥有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例中六自由度位置及姿态调整转台的立体结构等轴侧示意图；

图2为本发明实施例中六自由度位置及姿态调整转台的立体结构右视示意图。；

图3为本发明实施例中六自由度位置及姿态调整转台的立体结构前视示意图；

图4为本发明实施例中六自由度位置及姿态调整转台的坐标系示意图；

图5为本发明实施例中俯仰机构的导轨及滑块结构示意图；

图6为本发明实施例中滚转机构的导轨及滑块结构示意图；

其中：1、支撑地脚，2、基座，3、滚珠丝杠，4、起重顶杆，5、支撑台，6、旋转台， 7、支撑台，8、导轨，9、滑块，10、支撑台，11、导轨，12、滑块，13、支撑台，14、丝杠，15、导轨，16、支撑台，17、支撑台，18、连接件，19、置物台，20、固定件，21、丝杠，22、连接件，23、固定件，24、导轨。

具体实施方式

本发明提出了一种可以进行六自由度位姿调整的转台装置，结合实施例及附图详细的说明如下：

参见图1至图3，本发明的六自由度位置及姿态调整转台包括基座、升降机构、平移机构、俯仰机构、滚转机构、偏航机构以及置物台等部分。

本发明的六自由度位姿调整转台装置，通过六个运动机构来控制六个自由度，每个运动机构负责进行一个自由度的调整，如图4所示，坐标系建立在放置物体的控制中心上，沿物体的横向轴线的水平横向移动为X方向，水平纵向移动方向为Y方向，垂直升降方向为Z 方向，同时，绕X方向旋转为滚转角度，绕Y方向旋转为俯仰角度，绕Z方向旋转为偏航角度，三个旋转运动的旋转中心在同一点，坐标系原点位于三个旋转运动的运动中心点。通过六个轴的运动可以进行物体在笛卡尔坐标系下X、Y、Z的三个位置自由度与俯仰、偏航、滚转三个旋转自由度的位置及姿态调整。

本发明所述的基座2底部设置有四个用于支撑的地脚1，保持转台装置的稳定与水平。支撑地脚1包括地脚座、螺纹杆以及螺母，螺母与螺杆螺纹连接，并且螺母的顶部与地脚座顶部固定连接，螺纹杆通过螺母固定于地脚座上。基座2由四块面板固定在四根支柱上包围形成，同时顶部有盖板固定在支柱上，这样基座内部形成较大空间，在该空间内包含升降结构的四个滚珠丝杠3以及驱动升降结构的电机。

本发明所述的升降机构由驱动电机、滚珠丝杠3、起重顶杆4以及支撑台5组成，所述起重顶杆4内包括滚珠丝杠，丝杠下端通过联轴器与驱动电机相连，通过电机的转动带动起重顶杆4在进给方向运动，起重顶杆4上端与支撑台5相连接，所述滚珠丝杠3下端与基座相互连接，上端与支撑台5固定连接，所述支撑台5上端与上层运动机构固定连接。通过驱动电机带动起重顶杆内的滚珠丝杠运动，可以同步带动四角四个滚珠丝杠的运动，从而通过支撑台5带动所有上层结构的升降运动，实现整个调整转台的升降运动，最终实现对放置物体的Z方向的位置的调节。在升降方向安装有上、中、下三个限位开关，作为升降运动的上极限位置、零点位置以及下极限位置。

本发明利用了部分现有技术，偏航机构中用到了公开号为CN203031570U的中国专利的电动旋转台结构。偏航机构包括驱动电机、旋转台6以及支撑台7构成，所述旋转台6分为内环与外环两个部分，内环与外环相互独立，外环部分与本发明所述升降机构的支撑台5固定连接，内环部分与所述偏航机构的支撑台7固定连接，驱动电机通过连接件与所述旋转台6的内环部分连接，所述偏航机构的支撑台7与上层运动机构固定连接。通过驱动电机的轴转动带动连接件带旋转台6的内环转动，而支撑台7与内环固定连接，即可通过支撑台7带动所有上层运动机构的偏航运动，实现整个调整转台的偏航运动，最终实现对放置物体的偏航角度的调节。由于偏航运动旋转范围不受限制，因此不需要限定极限位置，只确定零点位置即可，在旋转台外环固定安装有一个限位开关，作为偏航运动的零点位置。

本发明所述的俯仰机构主要包括驱动电机、丝杠、连接件、导轨8、滑块9、支撑台10构成，所述驱动电机通过联轴器与丝杠连接，丝杠通过连接件与滑块9连接，滑块9与俯仰机构的支撑台10固定连接，所述导轨8置于所述偏航机构的支撑台7上与支撑台7固定连接，所述俯仰机构的支撑台10与上层运动机构固定连接。滑块9可以在导轨8上沿圆周轨迹运动，通过驱动电机的轴转动带动丝杠上连接件进行直线运动，连接件再带动滑块9沿导轨8进行圆周运动，而支撑台10与滑块9固定连接，即可通过支撑台10带动所有上层运动机构的俯仰运动，实现整个调整转台的俯仰运动，最终实现对放置物体的俯仰角度的调节。沿电机的直线运动方向设置有左、中、右三个限位开关，作为俯仰运动的正极限位置、零点位置以及负极限位置。

本发明所述的滚转机构主要包括驱动电机、丝杠、连接件、导轨11、滑块12、支撑台13构成，所述驱动电机通过联轴器与丝杠连接，丝杠通过连接件与滑块11连接，滑块11 与滚转机构的支撑台13固定连接，所述导轨12置于所述俯仰机构的支撑台10上与支撑台 10固定连接，所述滚转机构的支撑台13与上层运动机构固定连接。滑块12可以在导轨11 上沿圆周轨迹运动，通过驱动电机的轴转动带动丝杠上连接件进行直线运动，连接件再带动滑块12沿导轨11进行圆周运动，而支撑台13与滑块12固定连接，即可通过支撑台13带动所有上层机构的滚转运动，实现整个调整转台的滚转运动，最终实现对放置物体的滚转角度的调节。沿电机的直线运动方向设置有左、中、右三个限位开关，作为滚转运动的正极限位置、零点位置以及负极限位置。

本发明所述平移机构主要包括水平方向互相垂直的X、Y两个自由度上的纵向运动机构以及横向运动机构。

本发明所述的纵向运动机构主要由驱动电机、丝杠21、连接件22、导轨24、支撑台16 组成，驱动电机通过联轴器与丝杠21连接，连接件22置于丝杠21上，丝杠21与滚转机构的支撑台13通过固定件23固定连接，导轨24与滚转机构的支撑台13固定连接，并且在平行于运动方向的两侧对称分布，支撑台16通过滑块与导轨24配合并且通过连接件22与丝杠21连接。驱动电机的轴转动带动丝杠21传动使连接件22带动支撑台16沿丝杠21进行纵向平移运动，从而实现对放置物体的Y方向的位置调节。沿电机的直线运动方向设置有左、中、右三个限位开关，作为纵向平移运动的正极限位置、零点位置以及负极限位置。

本发明所述的横向运动机构主要由驱动电机、丝杠14、连接件18、导轨15、支撑台17 组成，驱动电机通过联轴器与丝杠14连接，连接件18置于丝杠14上，丝杠14与纵向运动机构的支撑台16通过固定件20固定连接，导轨15与纵向运动机构的支撑台16固定连接，并且在平行于运动方向的两侧对称分布，支撑台17通过滑块与导轨15配合并且通过连接件18与丝杠14连接。驱动电机的轴转动带动丝杠14传动使连接件18带动支撑台17沿丝杠 14进行横向平移运动，从而实现对放置物体的X方向的位置调节。沿电机的直线运动方向设置有左、中、右三个限位开关，作为横向平移运动的正极限位置、零点位置以及负极限位置。

可选的，本发明所述的置物台19与所述的横向运动机构的支撑台17固定连接。置物台用于安装所需要进行调整的物体。

本发明所述的六自由度位置及姿态调整转台装置，将物体放置在对应的置物台上，通过升降机构可以进行物体的上下位置调整，对应空间中的Z方向位置调整；通过偏航机构可以进行物体的水平偏航运动，对应空间中的偏航方向的姿态调整；通过俯仰机构可以进行台面的左右倾斜运动，对应空间中的俯仰方向的姿态调整；通过滚转机构可以进行台面的前后倾斜运动，对应空间中的滚转方向的姿态调整；通过纵向运动机构可以进行台面在水平纵向的平移运动，对应空间中的Y方向位置调整；通过横向运动结构可以进行台面在水平横向的平移运动，对应空间中的X方向位置调整。综上，可以通过多个运动机构使物体具有六个自由度，使得可调整的位姿更多，在实际中的应用更广，更加能够满足用户的需求。

Claims (1)

1.一种六自由度位姿调整转台，采用层叠式结构，自下而上为基座、运动机构以及置物台，所述的运动机构包括自下而上的升降机构、偏航机构、摆动机构和平移机构，所述的摆动机构包含俯仰机构以及滚转机构，平移机构包括纵向运动机构和横向运动机构，每个机构进行一个自由度的控制并且不与其他自由度的控制产生耦合，设水平横向移动方向为X方向，水平纵向移动方向为Y方向，垂直升降方向为Z方向，同时，绕X方向旋转为滚转角度，绕Y方向旋转为俯仰角度，绕Z方向旋转为偏航角度，三个旋转运动的旋转中心在同一点，为运动中心点，坐标系原点位于三个旋转运动的运动中心点。其中，

所述的俯仰机构包括驱动电机、丝杠、连接件、导轨、滑块和支撑台，所述驱动电机通过联轴器与丝杠连接，丝杠通过连接件与滑块连接，滑块与俯仰机构支撑台固定连接，所述导轨置于所述偏航机构的支撑台上，其上表面为弧形，所述俯仰机构的支撑台与上层运动机构固定连接；所述的滚转机构与俯仰机构结构相同，位于俯仰机构上层，不同之处在于混转机构的导轨与俯仰机构的导轨在空间上互相垂直；

平移机构主要包括水平方向互相垂直的两个自由度上的纵向运动机构以及横向运动机构，纵向运动机构包括驱动电机、丝杠、连接件、导轨、支撑台，驱动电机通过联轴器与丝杠连接，丝杠与滚转机构的支撑台固定连接，导轨与滚转机构的支撑台固定连接，并且在平行于运动方向的两侧对称分布，支撑台与导轨配合并且通过连接件与丝杠连接；横向运动机构包括驱动电机、丝杠、连接件、导轨、支撑台，驱动电机通过联轴器与丝杠连接，丝杠与横向运动机构的支撑台固定连接，导轨与纵向运动机构的支撑台固定连接，支撑台与导轨配合并且通过连接件与丝杠连接。