CN109795879B - 一种基于六自由度并联机构的调姿对接装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于六自由度并联机构的调姿对接装置、系统及方法，调姿对接装置包括六自由度并联机构，其包括静平台、动平台以及连接在静平台和动平台之间的至少四条支链，支链的下端均与静平台连接，支链的上端均与动平台连接，调节任意个数的支链做线性伸缩，动平台在空间内适应位于空间的目标物体做六个自由度的运动实现调姿；调姿对接装置还包括抓取机构，安装在动平台上，且随动平台适应位于空间的目标物体进行调姿后抓取目标物体。本发明的调姿对接装置可根据需要进行装载的目标物体的空间位姿来调节抓取角度以及抓取位置，能够实现对具有任意空间位姿的目标物体进行装载。

Description

一种基于六自由度并联机构的调姿对接装置、系统及方法

技术领域

本发明涉及目标物体装载设备技术领域，尤其涉及一种基于六自由度并联机构的调姿对接装置、系统及方法。

背景技术

目前，物体装载设备广泛应用于对目标物体进行装载，但由于大部分需要装载的目标物体重量和体积较大，例如集装箱、货箱；而且，需要装载的目标物体的空间位姿具有多种情况，现有的物体装载设备并不能很好地根据需要进行装载的目标物体的空间位姿来调节抓取角度以及抓取位置。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种可根据需要进行装载的目标物体的空间位姿来调节抓取角度以及抓取位置，能够实现对具有任意空间位姿的目标物体进行装载的调姿对接装置；另外，还提供一种基于六自由度并联机构的调姿对接系统和对接方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于六自由度并联机构的调姿对接装置，包括六自由度并联机构，其包括静平台、动平台以及连接在所述静平台和所述动平台之间的至少四条支链，所述支链的下端均与所述静平台连接，所述支链的上端均与所述动平台连接，调节所述支链做线性伸缩，所述动平台在空间内适应位于空间的目标物体做六个自由度的运动实现调姿；调姿对接装置还包括抓取机构，安装在所述动平台上，且随所述动平台适应位于空间的目标物体进行调姿后抓取所述目标物体。

本发明的有益效果是：通过调节本发明的调姿对接装置的至少四条支链做线性伸缩，所述动平台在空间内适应位于空间的目标物体做六个自由度的运动实现调姿，设置在动平台上的抓取机构到达适合抓取的位置并抓取目标物体进行装载；另外，通过六自由度并联机构，其在进行姿态改变时产生的抖动误差相互抵消和补偿，从而提高调姿对接装置抓取目标物体的稳定性，避免抓取过程对目标物体造成损伤或破坏。

另外，在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进，还可以具有如下附加技术特征。

进一步，所述抓取机构包括：

丝杠驱动装置，安装在所述动平台上；

抓取部件，与所述丝杠驱动装置连接并在所述丝杠驱动装置的带动下做线性运动。

通过将抓取部件与所述丝杠驱动装置连接，抓取部件可以在丝杠驱动装置的带动下做线性运动，便于抓取部件靠近目标物体移动后抓取目标物体，或将抓取的目标物体向动平台一侧拖动后将目标物体放置在动平台上，便于对目标物体进行转移。

进一步，所述丝杠驱动装置包括丝杠伸缩组件和链条-链轮传动机构，所述丝杠伸缩组件一端与所述链条-链轮传动机构连接，另一端与所述抓取部件连接，所述丝杠伸缩组件在所述链条-链轮传动机构的带动下实现伸缩。

通过将丝杠伸缩组件一端与所述链条-链轮传动机构连接，丝杠伸缩组件由链条带动，具有刚性大、结构紧凑的特点，可实现大跨距动力传递，便于可靠抓取尺寸较大的目标物体；另外，丝杠伸缩组件在同一链条-链轮传动机构的带动下实现同步伸缩，丝杠伸缩组件的同步性好，能够保证丝杠伸缩组件带动连接在其上的抓取部件同步运动，有利于抓取部件同步抓取目标物体。

进一步，所述丝杠伸缩组件连接抓取部件的一端安装有转角电机，所述转角电机的输出轴上连接有铰链座，所述抓取部件与所述铰链座铰链连接；调姿对接装置还包括驱动绳组件，安装在所述丝杠伸缩组件内，且与所述抓取部件连接，驱动所述抓取部件在竖直方向上下转动。

通过将抓取部件与转角电机的输出轴连接，转角电机偏转，可以带动抓取部件偏转，由此，抓取部件可以相对丝杠伸缩组件偏转，可以根据需要进行抓取的目标物体的空间位姿在左右方向调节抓取部件的抓取方向后抓取目标物体。另外，转角电机的输出轴上连接有铰链座，所述抓取部件与所述铰链座铰链连接，通过驱动绳组件驱动所述抓取部件在竖直方向上下转动，将所述抓取部件在竖直方向偏转，以在上下方向调节抓取部件的抓取方向后抓取目标物体。而转角电机偏转，同时驱动绳组件驱动所述抓取部件转动，抓取部件可以具有多种抓取方向，使得抓取部件可以适应多种放置方式的目标物体。

进一步，所述丝杠伸缩组件包括至少两组滚珠丝杠，所述滚珠丝杠包括螺杆和伸缩臂，所述螺杆与所述链条-链轮传动机构连接且在所述链条-链轮传动机构的带动下实现转动，所述伸缩臂与所述螺杆连接且在所述螺杆转动下相对所述螺杆做线性伸缩，所述抓取部件与所述伸缩臂连接。

通过在动平台上间隔平行设置至少两组滚珠丝杠，且将其螺杆与所述链条-链轮传动机构连接，螺杆在所述链条-链轮传动机构的带动下实现转动，从而带动伸缩臂相对所述螺杆做线性伸缩，便于抓取部件靠近目标物体移动后抓取目标物体，或将抓取的目标物体向动平台一侧拖动后将目标物体放置在动平台上，便于对目标物体进行转移。

进一步，所述抓取部件为负压吸附部件，且所述负压吸附部件内形成与外界连通的吸附腔体，所述吸附腔体内安装有离心风机。

采用负压吸附部件作为抓取部件，并在吸附腔体内安装有离心风机，可以通过调节离心风机的功率来调节吸附力，当需要吸附的目标物体较重时，调大功率来增大负压吸附部件对目标物体的吸附力，以确保将目标物体吸牢，防止在对目标物体进行转运过程目标物体脱离而损坏；当目标物体较轻时，调小功率来吸附目标物体，能确保负压吸附部件可靠吸牢目标物体便可，防止吸附力过大而使目标物体产生形变，对目标物体造成损坏。总之，通过负压吸附部件来吸附目标物体，可以根据需要抓取的目标物体的重量来适当调节吸附力，提高调姿对接装置对具有不同重量的目标物体的适用性，具有较好的灵活性。

进一步，所述支链包括伸缩杆、分别设置在所述伸缩杆两端的为所述伸缩杆提供一个旋转副的第一铰链和为所述伸缩杆提供两个旋转副的第二铰链，所述伸缩杆设有为其伸缩提供动力的动力源。通过动力源为伸缩杆的伸缩提供动力，伸缩杆在动力源的驱动下伸缩，对动平台进行位姿调节并实现对目标物体进行对接。

进一步，本实施例的调姿对接装置还包括基座，所述静平台转动安装在所述基座上；通过将静平台转动安装在所述基座上，通过固定基座，静平台可相对基座进行周向转动，动平台随着静平台转动而转动，从而动平台可以周向转动任意角度，在周向可调节的角度大，提高其对具有不同空间位姿的目标物体的适用性。

另外，本发明还提供一种基于六自由度并联机构的调姿对接系统，包括：

上述的调姿对接装置；

微型摄像装置，获取所述目标物体的图像信息，并进行图像识别与位姿解析，将解析数据发送至控制系统；

激光测距仪，测量所述动平台与所述目标物体的相对距离，并将距离值发送至控制系统；

位移传感器，采集所述支链的伸缩位移，并将采集到的位移值发送至控制系统；

倾角传感器，采集所述动平台的俯仰运动和横滚运动的信息，并将采集到的信息值发送至控制系统；

所述控制系统根据所述微型摄像装置传入的解析数据建立所述目标物体的空间坐标，并计算出所述动平台需要移动到抓取目标物体的指定空间坐标，所述控制系统控制所述支链做线性伸缩，且所述控制系统分别与所述激光测距仪、位移传感器和倾角传感器形成反馈闭环控制，经过若干次反馈闭环控制后、控制所述动平台移动到抓取目标物体的空间坐标；

所述控制系统还根据目标物体的最终放置的放置平台的空间坐标，控制所述支链做线性伸缩，使抓取机构将目标物体放置在放置平台上后松开所述目标物体。

通过控制系统对调姿对接装置进行控制，控制系统控制所述支链做线性伸缩，且所述控制系统分别与所述激光测距仪、位移传感器和倾角传感器形成反馈闭环控制，从而调姿对接系统具有调姿精度高、位姿响应速度快、运动协同性强、智能化与自动化高等特点，使得动平台的姿态适应具有任意空间位姿的目标物体进行调姿并抓取目标物体，实现对具有任意空间位姿目标物体的抓取与转移。

另外，本发明还提供一种基于六自由度并联机构的调姿对接装置的对接方法，利用上述的调姿对接系统进行抓取目标物体，包括以下步骤：

步骤1，将所述调姿对接装置固定在地上或机动平台上，通过所述微型摄像装置获取目标物体的图像信息，并进行图像识别与位姿解析，将解析数据发送至控制系统，所述控制系统根据微型摄像装置传入的解析数据建立目标物体的空间坐标，并计算出动平台需要移动到的指定抓取目标物体的空间坐标；

步骤2，控制系统根据动平台需要移动到的指定空间坐标，控制所述支链做线性伸缩，在控制系统分别与激光测距仪、位移传感器和倾角传感器的反馈闭环控制下使动平台移动到指定抓取目标物体的空间坐标，实现所述动平台适应所述目标物体进行调姿；

步骤3，控制所述抓取机构抓取所述目标物体；

步骤4，控制系统根据目标物体的最终放置的放置平台的空间坐标，控制所述支链做线性伸缩，使抓取机构将目标物体放置在放置平台上后松开所述目标物体。

通过本发明的对接方法，实现对调姿对接装置、目标物体和放置平台的空间坐标进行量化，控制系统控制所述支链做线性伸缩，且在所述控制系统分别与所述激光测距仪、位移传感器和倾角传感器形成反馈闭环控制，由此，本发明的对接方法，具有调姿精度高、位姿响应速度快、运动协同性强、智能化与自动化高等特点，使得动平台的姿态适应目标物体的空间位姿并取放目标物体。

附图说明

图1为本发明实施例的调姿对接装置的整体结构示意图；

图2为图1逆时针旋转180度并去掉防护罩后的结构示意图；

图3为图1的伸缩臂伸长且抓取部件向下转动的结构示意图；

图4为本发明实施例的抓取部件与伸缩臂连接的结构示意图；

图5为本发明实施例的钢丝绳组件与连接杆连接的示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、基座，2、静平台，3、动平台，4、伸缩杆，5、抓取机构，6、倾角传感器，7、激光测距仪，8、微型摄像装置，9、锁定机构，10、回转驱动机构，30、载物平台，40、虎克铰，41、球铰，50、导向套，51、伸缩臂，52、负压吸附部件，53、驱动电机，54、链条，55、防护罩，56、螺杆，57、主动链轮，58、铰链叉座，101、驱动轮，102、导向轮，103、关节轮，104、钢丝蝇，105、复位弹簧，521、连接杆，561、链轮。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例：

本实施例提供的一种基于六自由度并联机构的调姿对接装置，如图1至图3所示，包括六自由度并联机构，其包括静平台2、动平台3以及连接在静平台2和动平台3之间的至少四条支链，支链的下端均与静平台2连接，支链的上端均与动平台3连接，调节支链做线性伸缩，动平台3在空间内适应位于空间的目标物体做六个自由度的运动实现调姿；调姿对接装置还包括抓取机构5，安装在动平台3上，且随动平台3适应位于空间的目标物体进行调姿后抓取目标物体。

具体的，本发明的一个实施例中，如图1至图3所示，调姿对接装置上设有四条支链，静平台2呈长方体状结构，四条支链均布设有在静平台2的四角处，动平台3呈长方体状结构且连接在四条支链上端，构成具有六个自由度的4-UPS并联机构，调节四条支链的伸缩长度，动平台3在空间内具有六个自由度；从而可以根据需要进行装载的目标物体的空间位姿来调节抓取角度以及抓取位置，通过调节四条支链的伸缩长度，对动平台3以及动平台3上的抓取机构5进行调姿，使得抓取机构5到达适合抓取的位置并抓取目标物体进行装载。另外，其通过六自由度并联机构，在进行姿态改变时产生的抖动误差相互抵消和补偿，从而提高调姿对接装置抓取目标物体的稳定性，避免抓取过程对目标物体造成损伤或破坏。具体的，本实施例的动平台3和静平台2也可以为其它形状结构，四条支链在静平台2、动平台3的位置也可以向静平台2、动平台3的中间位置设置；具体的，本实施例中的支链的结构相同。另外，当调姿对接装置上设有五条或五条以上的支链时，可以在设有四条支链的六自由度并联机构的支链之间添加支链构成。进一步的，本实施例的抓取机构5还可以为具有抓取目标物体功能的其它结构，例如机械手等。

本发明的一个实施例，如图1至图3所示，抓取机构5包括丝杠驱动装置，安装在动平台3上；抓取机构5还包括抓取部件，与丝杠驱动装置连接并在丝杠驱动装置的带动下做线性运动。具体的，本实施例通过将抓取部件与丝杠驱动装置连接，抓取部件可以在丝杠驱动装置的带动下做线性运动，便于抓取部件靠近目标物体移动后抓取目标物体，或将抓取的目标物体向动平台3一侧拖动后将目标物体放置在动平台3上，便于对目标物体进行转移。

本发明的一个实施例，如图1至图3所示，丝杠驱动装置包括丝杠伸缩组件和链条-链轮传动机构，丝杠伸缩组件一端与链条-链轮传动机构连接，另一端与抓取部件连接，丝杠伸缩组件在链条-链轮传动机构的带动下实现伸缩。具体的，本实施例通过将丝杠伸缩组件一端与链条-链轮传动机构连接，丝杠伸缩组件由链条54带动，具有刚性大、结构紧凑的特点，可实现大跨距动力传递，便于可靠抓取尺寸较大的目标物体；另外，丝杠伸缩组件在同一链条-链轮传动机构的带动下实现同步伸缩，丝杠伸缩组件的同步性好，能够保证丝杠伸缩组件带动连接在其上的抓取部件同步运动，有利于抓取目标物体。

本发明的一个实施例，丝杠伸缩组件包括至少两组滚珠丝杠，滚珠丝杠包括螺杆56和伸缩臂51，螺杆56与链条-链轮传动机构连接且在链条-链轮传动机构的带动下实现转动，伸缩臂51与螺杆56连接且在螺杆56转动下相对螺杆56做线性伸缩，抓取部件与伸缩臂51连接。

具体的，本发明的一个实施例中，丝杠伸缩组件包括两组滚珠丝杠，将两组滚珠丝杠平行设置在动平台3的两侧，螺杆56的一端通过支撑座支撑，螺杆56通过轴承安装在支撑座上，螺杆56靠近支撑座的一端设有链轮561，在驱动电机53的带动下，链条54带动螺杆56转动；伸缩臂51与螺杆56连接，螺杆56转动时，伸缩臂51相对螺杆56作直线运动实现伸缩，抓取部件安装在伸缩臂51远离螺杆56的一端上；由此，通过链轮-链条传动的形式，使两根螺杆56由同一个驱动电机53驱动，可实现大跨距动力传递，便于可靠抓取尺寸较大的目标物体，且两根螺杆56转动的同步性好，能够保证两个伸缩臂51带动两个抓取部件同步运动。

具体的，本实施例的伸缩臂51与螺杆56连接以实现直线运动，本实施例具体通过设有一螺母座，螺母座与螺杆56螺纹连接，而伸缩臂51固定连接在螺母座上，螺杆56转动从而驱动螺母座直线运动并带动伸缩臂51伸缩。

具体的，本实施例的滚珠丝杠上还设有导向套50，导向套50的一端固定在支撑座上，另一端通过连接板与动平台3连接，本实施例的连接板竖直设置，连接板的上端与导向套50的一侧固定连接，连接板的下端固定连接在动平台3上。具体的，本实施例的伸缩臂51适配插设在导向套50内部且套设在螺杆56的外部。

具体的，本实施例的动平台3上还设有载物平台30，载物平台30具体安装在动平台3上侧面的中间位置，载物平台30位于两根滚珠丝杠之间；抓取部件抓取目标物体后，拖动目标物体至载物平台30上。具体的，本实施例的载物平台30呈平面结构，载物平台30这上侧面设有倒角，以便于将目标物体拖动后放置在载物平台30上。

进一步的，本实施例还设有减速器，并将驱动电机53的输出轴与减速器连接，将主动链轮57安装在减速器的输出轴上，从而对驱动电机53的转速进行调节。

具体的，本实施例的动平台3上还设有防护罩55，防护罩55固定在动平台3的后侧并罩住主动链轮57、链轮561和链条54，对主动链轮57、链轮561和链条54传动进行隔离以及防护，避免与人体接触。

本发明的一个实施例，如图1至图3所示，丝杠伸缩组件连接抓取部件的一端安装有转角电机，转角电机的输出轴上连接有铰链座，抓取部件与铰链座铰链连接；还包括驱动绳组件，安装在丝杠伸缩组件内，且与抓取部件连接，驱动抓取部件在竖直方向上下转动；需要说明的是，上述的“抓取部件在竖直方向上下转动”是以图1至图3中的抓取部件为例，而当转角电机转动后，抓取部件的转动不在上下方向上。

具体的，本实施例通过将抓取部件与转角电机的输出轴连接，转角电机偏转，可以带动抓取部件偏转，由此，抓取部件可以相对丝杠伸缩组件偏转，可以根据需要进行抓取的目标物体的空间位姿在左右方向调节抓取部件的抓取方向后抓取目标物体。另外，转角电机的输出轴上连接有铰链座，抓取部件与铰链座铰链连接，通过驱动绳组件驱动抓取部件在竖直方向上下转动，将抓取部件在竖直方向偏转，以在上下方向调节抓取部件的抓取方向后抓取目标物体。而转角电机偏转，同时驱动绳组件驱动抓取部件转动，抓取部件可以具有多种抓取方向，使得抓取部件可以适应多种放置方式的目标物体。

本发明的一个实施例，丝杠伸缩组件包括至少两组滚珠丝杠，滚珠丝杠包括螺杆56和伸缩臂51，螺杆56与链条-链轮传动机构连接且在链条-链轮传动机构的带动下实现转动，伸缩臂51与螺杆56连接且在螺杆56转动下相对螺杆56做线性伸缩，抓取部件与伸缩臂51连接。

具体的，本实施例通过在动平台3上间隔平行设置至少两组滚珠丝杠，且将其螺杆56与链条-链轮传动机构连接，且螺杆56在链条-链轮传动机构的带动下实现转动，从而带动伸缩臂51相对螺杆56做线性伸缩，便于抓取部件靠近目标物体移动后抓取目标物体，或将抓取的目标物体向动平台3一侧拖动后将目标物体放置在动平台3上，便于对目标物体进行转移。

具体的，本实施例的链条-链轮传动机构包括驱动电机53、链条54和主动链轮57，驱动电机53安装在动平台3上，驱动电机53的输出轴上设置有主动链轮57，螺杆56与链条-链轮传动机构连接连接的一端上设有与主动链轮57平齐设置的与链轮561，链条54安装在主动链轮57和链轮561上。

具体的，本实施例的抓取部件安装在伸缩臂51远离螺杆56的一端上，伸缩臂51上连接抓取部件一端的端部内形成一段空腔，空腔内安装有转角电机；转角电机的输出轴的端部连接有铰链座，铰链座具体为铰链叉座58，抓取部件下端连接有连接杆521，连接杆521与铰链叉座58连接的一端开设有连接通孔，通过固定轴与铰链叉座58铰链连接，固定轴穿过连接杆521上的连接通孔。抓取部件可以相对伸缩臂51转动。具体的，本实施例的连接杆521为板状结构，连接杆521也可以设置成其它结构。

具体的，如图4、图5所示，本实施例的驱动绳组件包括关节轮103、导向轮102、驱动轮101、钢丝绳104和复位弹簧105，驱动轮101由电机固定在伸缩臂51内部的电机驱动，电机的输出轴与固定轴相平行，关节轮103、导向轮102和驱动轮101的固定轴均与固定轴相平行，驱动轮101与电机的输出轴连接并由电机驱动转动，连接杆521的下端与关节轮103固定连接，关节轮103和导向轮102的轮缘均设有供钢丝绳104缠绕的凹槽，导向轮102的轮缘也设有导向槽，钢丝绳104缠绕一端固定并在驱动轮101，钢丝绳104另一端经过导向轮102并缠绕在关节轮103的凹槽内一周后从关节轮103上端拉伸，再与连接杆521固定连接，关节轮103的下端靠近驱动轮101一侧连接有复位弹簧105，复位弹簧105的一端固定在伸缩臂51内。电机通过驱动轮101、导向轮102、钢丝绳104和关节轮103将驱动力传递到连接杆521，实现连接杆521相对固定轴转动，而关闭电机，复位弹簧105使得连接杆521复位。具体的，本实施例的铰链叉座58上开设有用于通过钢丝绳104的通孔。另外，本实施例的驱动绳组件也可以采用机械臂或者本领域现有的钢丝绳驱动装置。

本发明的一个实施例，如图1至图4所示，抓取部件为负压吸附部件52，且负压吸附部件52内形成与外界连通的吸附腔体，吸附腔体内安装有离心风机。具体的，本实施例的抓取部件为负压吸附部件52，适用于吸附的目标物体为箱体结构或者至少具有两个平面，例如集装箱、货箱等；具体的，通过将负压吸附部件52贴紧在目标物体上并开启离心风机，负压吸附部件52与目标物体之间形成负压并吸住目标物体，再通过驱动电机53驱动螺杆56伸缩，将目标物体拖动后放置在动平台3或载物平台30上，再将目标物体转移。另外，抓取部件为负压吸附部件52，目标物体可以为由木材、塑料、金属等制成的集装箱或货箱，而且，负压吸附部件52可以直接吸附目标物体，不需要在目标物体用蝇等来将目标目标捆住，操作方便。进一步的，本实施例的抓取部件还可以为电磁铁，当抓取部件为电磁铁，通过调节通入电磁铁的电源来调节吸附目标物体的磁力大小，用于抓取由铁制成的集装箱或货箱；但是，采用电磁铁吸附由铁制成的集装箱或货箱，对于容易受磁场影响的目标物体，电磁铁产生的磁场容易影响集装箱或货箱内的目标物体而使其破坏，此时，不适用于用电磁铁进行吸附，而采用负压吸附部件52进行吸附可以避免产生磁场影响集装箱或货箱内的目标物体。

具体的，本实施例采用负压吸附部件52作为抓取部件，并在吸附腔体内安装有离心风机，可以通过调节离心风机的功率来调节吸附力，当需要吸附的目标物体较重时，调大功率来增大负压吸附部件52对目标物体的吸附力，以确保将目标物体吸牢，防止在对目标物体进行转运过程目标物体脱离而损坏；当目标物体较轻时，调小功率来吸附目标物体，能确保负压吸附部件52可靠吸牢目标物体便可，防止吸附力过大而使目标物体产生形变，对目标物体造成损坏。总之，通过负压吸附部件52来吸附目标物体，可以根据需要抓取的目标物体的重量来调节吸附力，提高调姿对接装置对具有不同重量的目标物体的适用性，具有较好的灵活性。

具体的，为了提高负压吸附部件52的吸力，本实施例的负压吸附部件52的材质采用弹性材质，在进行吸附目标物体时，负压吸附部件52与目标物体接触面产生一定的形变并吸住目标物体；而当目标物体本身具有适合吸附的平面具有一定弹性时，负压吸附部件52可以不具有弹性，此时，在开启离心风机，目标物体与负压吸附部件52接触的面产生形变并贴紧在负压吸附部件52上。另外，本实施例为了便于吸附目标物体，将负压吸附部件52设置成近半球形结构，但，负压吸附部件52的形状可以具有多种，例如圆柱形等。

具体的，本实施例的负压吸附部件52包括吸附端与连接端，吸附端开设有一吸附口，吸附口与吸附腔体相连通；吸附腔体内固定安装有离心风机，离心风机的排风口端穿过负压吸附部件52并与外界连通；将负压吸附部件52贴紧目标物体的平面的表面，吸附口覆盖并贴紧在目标物体的平面的表面，开启离心风机，离心风机将吸附腔体内的气体抽出，吸附腔体内形成负压，将目标物体吸住；具体的，吸附端也可以设置成具有多个吸附孔的结构，多个吸附孔与吸附腔体相连通。本实施例的连接端通过连接杆521与伸缩臂51连接。

具体的，将负压吸附部件52安装在转角电机的输出轴上的铰链座上，可以通过驱动转角电机偏转或驱动绳组件驱动，从而改变吸附口的朝向，也可以同时驱动转角电机偏转和驱动绳组件驱动负压吸附部件52转动，来改变吸附口的朝向，由此，负压吸附部件52可以具有多种抓取方向，可以根据目标物体的抓取平面调节吸附口的朝向，以便于吸附口与目标物体的抓取平面平行贴紧，提高吸附效果，也使得抓取部件可以适应多种放置方式的目标物体。

本发明的一个实施例，如图1至图3所示，支链包括伸缩杆4、分别设置在伸缩杆4两端的为伸缩杆4提供一个旋转副的第一铰链和为伸缩杆4提供两个旋转副的第二铰链，伸缩杆4设有为其伸缩提供动力的动力源。具体的，本实施例通过动力源为伸缩杆4的伸缩提供动力，伸缩杆4在动力源的驱动下伸缩，对动平台3进行位姿调节并实现对目标物体进行对接。

具体的，本实施例的第一铰链为球铰41，第二铰链为虎克铰40或万向节，球铰41连接在伸缩杆4的上端，虎克铰40或万向节连接在伸缩杆4的下端。

具体的，本实施例的动力源为直线电机或液压缸，通过直线电机或液压缸驱动伸缩杆4伸缩，便于对动平台3进行上下调姿；具体的，伸缩杆4内设有直线电机时，将直线电机与电源相连；伸缩杆4内设有液压缸时，将液压缸与液压系统连接。具体的，本实施例的调姿对接装置的总体尺寸可以需要根据需要进行适当的设计，可以用于抓取目标物体的重量可以达到数吨或更重，抓取的目标物体的长度可以长达三米或更长。

本发明的一个实施例，如图1至图3所示，本实施例的调姿对接装置还包括基座1，静平台2转动安装在基座1上。本实施例通过将静平台2转动安装在基座1上，通过固定基座1，静平台2可相对基座1进行周向转动，动平台3随着静平台2转动而转动，从而动平台3可以周向转动任意角度，可以在周向可调节的角度大，提高其对具有多种具有不同空间位姿的目标物体的适用性。

具体的，静平台2转动安装在基座1上的方式可有多种，可以在基座1的中央固定设有回转驱动机构10，静平台2固定在在回转驱动机构10上并可以相对基座1转动。另外，通过在基座1的中央安装有电机，并在电机的输出轴上安装有齿轮，并在静平台2的中内位置安装有与输出轴的齿轮适配内啮合的从动齿轮，通过电机驱动从动齿轮，静平台2相对基座1转动。

本发明的一个实施例，如图1至图3所示，调姿对接装置上设有锁定机构9，调姿对接装置具有收藏状态和工作状态两种模式，动平台3向静平台2靠近，打开锁定机构9，可以将动平台3锁定，实现对调姿对接装置进行收藏；而收起锁定机构9，调姿对接装置进入工作状态。具体的，本实施例的锁定机构9锁链，锁链的上端可拆卸卡设在动平台3的前侧面和后侧面，前侧面和后侧面各间隔设有两条锁链，锁链的下端可拆卸卡设在静平台2上，本实施例通过四条锁链来对动平台3进行锁定或打开。另外，锁定机构9也可以为锁杆等。

本发明的一个实施例，为了监测抓取部件抓取目标物体产生的压力，本实施例的抓取部件还设有压力传感器，通过压力传感器监测抓取部件抓取目标物体的压力，防止抓取部件抓取目标物体时压力过大或过小。

另外，本发明还提供一种基于六自由度并联机构的调姿对接系统，包括：

上述的调姿对接装置；

微型摄像装置8，获取目标物体的图像信息，并进行图像识别与位姿解析，将解析数据发送至控制系统；

激光测距仪7，测量动平台3与目标物体的相对距离，并将距离值发送至控制系统；

位移传感器，采集支链的伸缩位移，并将采集到的位移值发送至控制系统；

倾角传感器6，采集动平台3的俯仰运动和横滚运动的信息，并将采集到的信息值发送至控制系统；

控制系统根据微型摄像装置8传入的解析数据建立目标物体的空间坐标，并计算出动平台3需要移动到抓取目标物体的指定空间坐标，控制系统控制支链做线性伸缩，且控制系统分别与激光测距仪7、位移传感器和倾角传感器6形成反馈闭环控制，经过若干次反馈闭环控制后、控制动平台3移动到抓取目标物体的空间坐标；控制系统还根据目标物体的最终放置的放置平台的空间坐标，控制支链做线性伸缩，使抓取机构将目标物体放置在放置平台上后松开目标物体。

具体的，为了更好地测量动平台3与目标物体的相对距离，本实施例在动平台3上间隔安装有两个激光测距仪7。具体的，为了便于微型摄像装置8对目标物体进行图像识别与位姿解析，微型摄像装置8安装在动平台3与抓取部件靠近的一侧；另外，激光测距仪7也安装在动平台3与抓取部件靠近的一侧，以便于测量动平台3与目标物体的相对距离。具体的，在本实施例的调姿对接装置没有设置有控制系统，调姿对接装置的抓取过程由人工操作。

具体的，控制系统主要各类传感器、信号处理器、主控制器、显控平台等组成，通过控制系统对调姿对接装置进行控制，控制系统控制支链做线性伸缩，且控制系统分别与激光测距仪7、位移传感器和倾角传感器6形成反馈闭环控制，具有调姿精度高、位姿响应速度快、运动协同性强、智能化与自动化高等特点，使得动平台3的姿态适应具有任意空间位姿的目标物体进行调姿并抓取目标物体，实现对具有任意空间位姿目标物体的抓取与转移。

进一步的，在驱动电机53上配有光电编码器来反映当前电动机的转速，将驱动电机53、伸缩杆4内的直线电机与控制系统连接；另外，当在基座1上设有用于驱动静平台2相对基座1转动的电机时，将电机与控制系统连接，从而可以通过控制系统控制电机的转角，使静平台2转动适合的角度。总之，控制系统将各传感器采集到的数据信息通过信号处理器汇总到主控制器上，并显示在显控平台上，从而实时监测该智能调姿对接系统的运行状态，实现对整套系统的准确闭环控制，从而在位移传感器、倾角传感器6、微型摄像装置8、激光测距仪7、压力传感器、光电编码器、驱动电机53、直线电机和控制系统之间协同作用对动平台3进行调姿，使得动平台3的姿态适应目标物体的空间位姿并抓取目标物体，使得调姿对接装置具有位姿响应速度快、运动协同性强、智能化与自动化高等特点。

具体的，当本实施例的抓取部件为负压吸附部件52时，本实施例的压力传感器采用负压传感器；通过负压传感器监测抓取部件吸附目标物体的吸附压力并传输给控制系统，有利于确保吸力适合，防止出现吸力不足而不能可靠吸住目标物体或吸力过大而对目标物体造成损伤甚至破坏的问题。

另外，本实施例还提供一种基于六自由度并联机构的调姿对接装置的对接方法，利用上述的调姿对接系统进行抓取目标物体，包括以下步骤：

步骤1，将调姿对接装置固定在地上或机动平台3上，通过微型摄像装置8获取目标物体的图像信息，并进行图像识别与位姿解析，将解析数据发送至控制系统，控制系统根据微型摄像装置8传入的解析数据建立目标物体的空间坐标，并计算出动平台3需要移动到的指定抓取目标物体的空间坐标；

步骤2，控制系统根据动平台3需要移动到的指定空间坐标，控制支链做线性伸缩，在控制系统分别与激光测距仪7、位移传感器和倾角传感器6的反馈闭环控制下使动平台3移动到指定抓取目标物体的空间坐标，实现动平台3适应目标物体进行调姿；

步骤3，控制抓取机构5抓取目标物体；

步骤4，控制系统根据目标物体的最终放置的放置平台的空间坐标，并计算出动平台3需要移动到的指定放置目标物体的空间坐标，控制支链做线性伸缩，使动平台3移动到指定抓取目标物体的空间坐标，控制抓取机构5将目标物体放置在放置平台上后松开目标物体。

具体的，通过本实施例的对接方法，实现对调姿对接装置、目标物体和放置平台的空间坐标进行量化，控制系统控制支链做线性伸缩，且在控制系统分别与激光测距仪7、位移传感器和倾角传感器6形成反馈闭环控制，具有调姿精度高、位姿响应速度快、运动协同性强、智能化与自动化高等特点，使得动平台3的姿态适应目标物体的空间位姿并取放目标物体。

具体而言，将本发明的调姿对接装置可以固定在地上或机动平台3上，其在工作状态下，收起锁定机构9，控制四条支链伸长或缩短，通过链条54传动驱动伸缩臂51的运动，伸缩臂51带动抓取部件抓取目标物体，目标物体在伸缩臂51的作用下被移动至对动平台3上的载物平台30上，再控制四条支链伸长或缩短将目标物体放置在指定位置。另外，本发明的调姿对接装置通过六自由度并联机构，在进行姿态改变时产生的抖动误差相互抵消和补偿，从而提高调姿对接装置抓取目标物体的稳定性，避免抓取过程对目标物体造成损伤或破坏。而且，由控制系统智能控制，具有调姿精度高、位姿响应速度快、运动协同性强、智能化与自动化高等特点，能够实现对具有任意空间位姿的目标物体的取放与转运。

另外，除本实施例公开的技术方案以外，对于本发明中的驱动绳组件、控制系统及其具体的控制等可参考本技术领域的常规技术方案，而这些常规技术方案也并非本发明的重点，本发明在此不进行详细陈述。

在本发明中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于六自由度并联机构的调姿对接装置，其特征在于，包括：

调姿对接装置，所述调姿对接装置包括：

六自由度并联机构，其包括静平台、动平台以及连接在所述静平台和所述动平台之间的至少四条可线性伸缩的支链，所述支链的下端均与所述静平台连接，所述支链的上端均与所述动平台连接，调节任意个数的所述支链做线性伸缩，所述动平台在空间内适应位于空间的目标物体做六个自由度的运动实现调姿；

抓取机构，安装在所述动平台上，且随所述动平台适应位于空间的目标物体进行调姿后抓取所述目标物体；

所述抓取机构包括：

丝杠驱动装置，安装在所述动平台上；

抓取部件，与所述丝杠驱动装置连接并在所述丝杠驱动装置的带动下做线性运动；

所述丝杠驱动装置包括丝杠伸缩组件和链条-链轮传动机构，所述丝杠伸缩组件一端与所述链条-链轮传动机构连接，另一端与所述抓取部件连接，所述丝杠伸缩组件在所述链条-链轮传动机构的带动下实现伸缩；

所述丝杠伸缩组件包括至少两组滚珠丝杠，所述滚珠丝杠包括螺杆和伸缩臂，所述螺杆与所述链条-链轮传动机构连接且在所述链条-链轮传动机构的带动下实现转动，所述伸缩臂与所述螺杆连接且在所述螺杆转动下相对所述螺杆做线性伸缩，所述抓取部件与所述伸缩臂连接；

基于六自由度并联机构的调姿对接装置还包括：

微型摄像装置，获取所述目标物体的图像信息，并进行图像识别与位姿解析，将解析数据发送至控制系统；

激光测距仪，测量所述动平台与所述目标物体的相对距离，并将距离值发送至控制系统；

位移传感器，采集所述支链的伸缩位移，并将采集到的位移值发送至控制系统；

倾角传感器，采集所述动平台的俯仰运动和横滚运动的信息，并将采集到的信息值发送至控制系统；

所述控制系统根据所述微型摄像装置传入的解析数据建立所述目标物体的空间坐标，并计算出所述动平台需要移动到抓取目标物体的指定空间坐标，所述控制系统控制所述支链做线性伸缩，且所述控制系统分别与所述激光测距仪、位移传感器和倾角传感器形成反馈闭环控制，经过若干次反馈闭环控制后、控制所述动平台移动到抓取目标物体的空间坐标；

所述控制系统还根据目标物体的最终放置的放置平台的空间坐标，控制所述支链做线性伸缩，使抓取机构将目标物体放置在放置平台上后松开所述目标物体。

2.根据权利要求1所述一种基于六自由度并联机构的调姿对接装置，其特征在于，所述丝杠伸缩组件连接抓取部件的一端安装有转角电机，所述转角电机的输出轴上连接有铰链座，所述抓取部件与所述铰链座铰链连接；所述调姿对接装置还包括：

驱动绳组件，安装在所述丝杠伸缩组件内，且与所述抓取部件连接，驱动所述抓取部件在竖直方向上下转动。

3.根据权利要求1至2任一项所述一种基于六自由度并联机构的调姿对接装置，其特征在于，所述抓取部件为负压吸附部件，且所述负压吸附部件内形成与外界连通的吸附腔体，所述吸附腔体内安装有离心风机。

4.根据权利要求3所述一种基于六自由度并联机构的调姿对接装置，其特征在于，所述支链包括伸缩杆、分别设置在所述伸缩杆两端的为所述伸缩杆提供一个旋转副的第一铰链和为所述伸缩杆提供两个旋转副的第二铰链，所述伸缩杆设有为其伸缩提供动力的动力源。

5.根据权利要求1至2、4任一项所述一种基于六自由度并联机构的调姿对接装置，其特征在于，所述调姿对接装置还包括：

基座，所述静平台转动安装在所述基座上。

6.一种基于六自由度并联机构的调姿对接装置的对接方法，其特征在于，利用权利要求1至5任一项所述的调姿对接装置进行抓取目标物体，包括以下步骤：

步骤1，将所述调姿对接装置固定在地上或机动平台上，通过所述微型摄像装置获取目标物体的图像信息，并进行图像识别与位姿解析，将解析数据发送至控制系统，所述控制系统根据微型摄像装置传入的解析数据建立目标物体的空间坐标，并计算出动平台需要移动到的指定抓取目标物体的空间坐标；

步骤2，控制系统根据动平台需要移动到的指定空间坐标，控制所述支链做线性伸缩，在控制系统分别与激光测距仪、位移传感器和倾角传感器的反馈闭环控制下使动平台移动到指定抓取目标物体的空间坐标，实现所述动平台适应所述目标物体进行调姿；

步骤3，控制所述抓取机构抓取所述目标物体；

步骤4，控制系统根据目标物体的最终放置的放置平台的空间坐标，控制所述支链做线性伸缩，使抓取机构将目标物体放置在放置平台上后松开所述目标物体。

Images