CN110481673A - 主被动差动混联支腿及六自由度调姿平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主被动差动混联支腿，其包括具体包括基座、转向台、升降台、车轮座、车轮及电机减速传动系统，其中转向台与基座转动连接；升降台与转向台滑动连接且直线驱动器驱动；车轮座与升降台转动连接；所述车轮与车轮座转动连接；采用多支腿分布并联形式构建成六自由度高调姿平台，其包括车架、分布式控制器以及多支链并联腿，其中多支腿通过基座与车架固联。本发明将全向运动与调姿融合一起，解决了现有调姿平台固定或运动不灵活、结构过度复杂、占用空间高度过大、运动误差大的问题，有效扩展了六自由度调姿平台的使用范围。

Description

主被动差动混联支腿及六自由度调姿平台

技术领域

本发明涉及重载装备对接和装配辅助设备技术领域，具体涉及一种主被动差动混联支腿及六自由度调姿平台。

背景技术

在飞机、轮船、电力等重载装备领域，其产品一般由多个零部件组装而成，因此，在生产过程中常常需要进行零部件之间的对接与装配。但是由于于重工领域的零部件体积和质量较大，人工无法直接操作，需要借助六自由度调姿平台进行辅助搬运与装配。

现有的六自由度调姿平台可分为轮式搬运车和麦克纳姆轮搬运车。通常情况下，轮式搬运车和麦克纳姆轮车仅具有平面移动和绕其载物平台法线转动三个自由度，无法实现零部件的空间六自由度位姿调整，因此在零部件对接过程中常常会发生两个零部件无法对接的问题。

现有技术中，例如，公开号CN109231065A的专利文献中公开了一种基于全向移动模块的六自由度调姿系统，其将并联机构与车体结合，通过在搬运车上安装多自由度并联调姿机构，实现搬运车的六自由度调姿。通过将多自由度并联调姿机构安装到车体上，虽然可以实现零部件的六自由度调姿，但增加的并联机构使得搬运车的高度大大增加，降低了搬运车的通过性，使其无法完成一些低矮空间的设备对接和装配；并且由搬运车和并联机构组成的调姿系统，其本质上仍属于两套独立的系统，搬运车和并联机构在工作过程中所产生的运动误差相互累加，进而降低了六自由度调姿平台末端的运动精度，不利于零部件的高精度对接和装配。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供了一种主被动差动混联支腿及六自由度调姿平台，其属于重载大部件对接和装配操作设备技术领域，是一种适用于低矮空间的主动差动或被动差动混联支腿及六自由度调姿平台；其通过主被动差动混联支腿及六自由度调姿平台将全向运动与调姿融合一起，解决了现有调姿平台固定或运动不灵活、结构过度复杂、占用空间高度过大、运动误差大的问题，有效扩展了六自由度调姿平台的使用范围。

本发明的主被动差动混联支腿包括基座、转向台、升降台、车轮座、车轮及电机减速传动系统；其中转向台与所述基座转动连接，形成转动副Rz；升降台与所述转向台滑动连接，形成移动副Pz，且移动副Pz为主动副，由直线驱动器驱动；车轮座与所述升降台转动连接，形成转动副Rx，属于被动副；所述车轮包括第一车轮和第二车轮，分别位于转动副Rx的两侧，所述第一车轮与车轮座转动连接，形成转动副Ry1；所述第二车轮与车轮座转动连接，形成转动副Ry2，所述第一车轮与所述第二车轮分别由两台电机减速传动系统独立驱动。第一车轮和第二车轮形成同步驱动或主动差动机构驱动，或者单电机驱动差动锥齿轮机构实现同步驱动或被动差速驱动。

六自由度高调姿平台采用多支腿分布并联形式构建而成，具体地，其包括车架、分布式控制器以及多支链并联腿即三支腿、或四支腿、或六支腿，其中多支腿通过基座与车架固联，所有各支腿的转动副Rz彼此平行，所有各支腿的移动副Pz的导轨彼此平行；三支腿的六自由度高调姿平台的支腿采用三角形分布；四支腿的六自由度高调姿平台的支腿采用正方形或长方形或菱形布局；六支腿六自由度高调姿平台的支腿采用日字形布局。

本发明的技术方案如下：

一种主被动差动混联支腿，其包括基座、转向台、升降台、车轮座、车轮、转向电机，所述转向台通过转盘轴承转动连接至所述基座，所述转盘轴承的外周设置有轮齿，所述转向电机设置在所述基座内，所述转向电机输出轴上的传动齿轮与所述轮齿配合进行所述转向台转动及定位；所述升降台上设置有导轨，所述转向台上设置有滑块，所述升降台固连升降电机，所述升降电机通过同步带传动带动直线驱动器进行动作，从而带动所述滑块与所述导轨配合使所述升降台与所述转向台滑动连接，所述车轮座转动连接所述升降台，所述车轮座与升降台转动连接处设有摆动轴承；各车轮转动连接至所述车轮座；所述基座上设有抱闸或离合器，以便控制锁定转向台防止其相对基座转动；所述基座上还设有角度传感器，所述角度传感器连接检测齿轮，检测所述转向台相对所述基座之间的转角。

优选地，所述直线驱动器包括螺母、丝杆、升降电机、轴承座以及同步带，所述螺母与所述转向台固连，所述丝杆的两端均设有轴承座，轴承座与所述升降台固连，所述升降电机通过同步带带动所述丝杆运动从而实现升降台的升降。

优选地，所述升降电机固连至所述升降台，所述升降电机的输出轴连接主动带轮，通过所述同步带带动被动带轮运动，所述被动带轮连接直线驱动器输入端即所述丝杆。也就是说，被动带轮与丝杆输入端固连。

优选地，所述第一车轮与所述车轮座转动连接处设有第一轮轴承，所述第二车轮与车轮座转动连接处设有第二轮轴承。

优选地，当所述混联支腿为驱动腿时，第一车轮和第二车轮中至少有一个为主动轮，或两车轮均为主动。

优选地，所述第一车轮和第二车轮转动运动由行走双电机减速器分别主动差动驱动或由行走单电机通过差动轮系间接驱动。

优选地，所述差动轮系包括与第一车轮固连的第一锥齿轮，与第二车轮固连的第二锥齿轮，同时与第一锥齿轮、第二锥齿轮相啮合的行星锥齿轮，所述行星锥齿轮铰接于行星架上，所述行星架固连于大齿轮的一端面，所述大锥齿轮与车轮座转动连接，且大锥齿轮由与其啮合的驱动小齿轮驱动，所述驱动小锥齿轮与行走单电机的输出轴固连。

优选地，在差动轮系的外壳体上、与行走单电机输出轴线重合位置，与第一第二车轮轴线垂直相交对称设置两转动副，与所述升降台构成转动连接，形成转动副Rx。

优选地，所述升降台与所述转向台之间布置独立悬挂，所述独立悬挂连接升降台与转向台；所述独立悬挂由悬挂固定板、弹簧、弹簧撞块、升降撞块、导向柱组成，弹簧压缩行程小于升降台升降行程，升降运动与独立悬挂为并联关系，且升降运动行程大于弹簧长度；所述升降台升降距离大于弹簧长度时，混联支腿为升降电机控制的刚性主动悬挂减振；所述升降台升降距离小于弹簧长度时，升降撞块与弹簧撞块接触，升降电机抱闸打开，混联支腿为基于弹簧的独立悬挂的柔性被动减振；所述主被动减振构成刚柔耦合减振结构；所述独立悬挂结构所述回转台回转中心成中心对称布置，互相抵消对导轨的附加弯矩，不增加对升降导轨的额外载荷。

一种六自由度调姿平台，其包括车架、控制器以及多条混联支腿，各混联支腿中的基座与所述车架固定连接；每条混联支腿中的转动台的转动轴线彼此平行；且每条混联支腿中的升降台的直线导轨彼此平行；至少有两条所述主被动差动混联支腿为驱动腿，所述转向电机、直线驱动器为主动驱动、第一车轮和第二车轮中至少有一个为主动轮或均为主动驱动。所述车架内布置电池组，用于给车架内的分布式控制器和各条混联支腿供电。

所述车架固定连接的全部所述主被动差动混联支腿的所述第一车轮和第二车轮均与地面接触且在接触点垂直地面方向无自由度；所述车架、与所述车架相固定连接的全部所述主被动差动混联支腿与地面构成六自由度调姿平台。

可选地，所述六自由度调姿平台，所述混联支腿的数量为三，且所述混联支腿为主被动差动混联支腿，各主被动差动混联支腿中的基座分别与车架固连。所述三条主被动差动混联支腿呈三角形布置，车架的内部设有分布式控制器及电池组。

可选地，所述的六自由度调姿平台，其特征在于，所述混联支腿的数量为四条，分别设于车架的四个角上，所述四条主被动差动混联支腿中可以有两条或者三条或者四条为均驱动腿。

可选地，所述主被动差动混联支腿数量是六，分别布置于车架的两端或两侧，呈日字形布置，通过增加六自由度调姿平台支腿的数量有效提高平台的承载能力。

可选地，所述车架的四周还可以安装或搭载摄像头、超声波、激光雷达、毫米波雷达等传感器，用来提高六自由度调姿平台对外界环境的感知能力，所述车架上还可以搭载垂直升降台或其他机构或机器人来进一步扩展本六自由度调姿平台的应用范围。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

本发明从机构学的角度来讲，所述六自由度调姿平台中的车体相当于移动平台，地面相当于固定平台，所述各条混联支腿相当于连接固定平台与移动平台的运动支链，从而构成了一种全新的基于开放定平台(地面)的并联机构——六自由度调姿平台：机构学构型3-RzPzRx(Ry1+Ry2)Rp、4-RzPzRx(Ry1+Ry2)Rp、6-RzPzRx(Ry1+Ry2)Rp。

所述车轮包括第一车轮与第二车轮的驱动形式根据实际需求设计为无电机驱动的被动行走、双电机分别驱动第一车轮与第二车轮实现主动同步驱动或主动差动驱动、单电机通过布置在第一车轮与第二车轮之间的差动轮系主动差动驱动，三种驱动结构形式；第一车轮与第二车轮的主动差动运动实现的所述的主被动差动混联支腿的中心回转运动与通过回转电机实现的中心回转运动冗余，可以有效提高主被动差动混联支腿的中心回转运动精度，并且同时实现轮的行走功能。

通过引入开放的地面作为固定平台，并考虑车轮与地面之间的纯滚动运动(滑动摩擦力远远大于滚动摩擦力)。来设计车体的支腿，可使本发明中的混联支腿除了具有常规行走功能外，还具有调节车体姿态的功能，从而将车体的全向移动与姿态调节有机的整合一起，在实现空间六自由度调姿功能的同时，可提高六自由度调姿平台的在结构空间内运动的任意性；同时，由于所构成的并联机构的多冗余结构特点，所述六自由度调姿平台具有极高的运动精度，从根本上解决了移动不能调姿、调姿不能移动或移动与调姿分系统并存导致机械及控制系统极其复杂的困境，使运动与调姿在结构空间内不受限制，并有效降低六自由度调姿平台的整体高度，使其在一些较低矮的空间中，仍能实现六自由度调姿对接和装配。为智能装配领域提供新技术装备。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1是本发明一实施例示出的一种主被动差动混联支腿的结构示意图；

图2是本发明一实施例示出的一种主被动差动混联支腿的俯视图；

图3是本发明一实施例示出的一种主被动差动混联支腿的构型原理图；

图4是本发明一实施例示出的一种主被动差动混联支腿的爆炸视图；

图5是本发明又一实施例示出的一种主被动差动混联支腿的结构示意图；

图6是本发明又一实施例示出的一种主被动差动混联支腿的结构示意图；

图7是本发明又一实施例示出的一种主被动差动混联支腿的车轮驱动结构示意图；

图8是本发明又一实施例示出的一种主被动差动混联支腿的车轮被动差动驱动原理图；

图9是本发明一实施例示出的一种三腿并联六自由度调姿平台的结构示意图；

图10是图9所示的一种三腿并联六自由度调姿平台的内部结构示意图；

图11是本发明又一实施例示出的一种四腿并联六自由度调姿平台的示意图；

图12是图11所示的一种四腿并联六自由度调姿平台的内部结构示意图；

图13是本发明又一实施例示出的一种六腿并联六自由度调姿平台的结构示意图。

图14是本发明又一实施例示出的一种四腿并联六自由度调姿平台机构的构型示意图。

图15是根据本发明的一实施例示出的一种主被动差动混联支腿的独立悬挂结构的示意图。

图16是如图15所示的根据本发明的一实施例示出的一种主被动差动混联支腿俯视示意图。

图17是如图15所示的本发明的一实施例示出的一种主被动差动混联支腿结构原理图。

附图中，1-混联支腿，2-车架，3-控制器，4-电池组，11-基座，12-转向台，121-转盘轴承，122-滑块，123-直线导轨，13-升降台，131-摆动轴承，14-车轮座，141-第一轮轴承，142-第二轮轴承，15-第一车轮，16-第二车轮，17-直线驱动器，171-螺母，172-丝杆，173-升降电机，174-轴承座，175-同步带，18-角度传感器，181-检测齿轮，19-转向电机，191-驱动齿轮，20-抱闸，21-第一力矩传感器，22-行走单电机，221、222、223-行走电机，231、232-第二力矩传感器，24-带轮组，241-第一带轮，242-同步带，243-第二带轮，25-差动轮系，251-驱动锥齿轮，252-行星架，253-大锥齿轮，254-行星锥齿轮，255-第一锥齿轮，256-第二锥齿轮，5-独立悬挂系统、51-悬挂固定板、52-弹簧、53-弹簧撞块、54-升降撞块、55-导向柱。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

根据本发明的第一方面，提供一种主被动差动混联支腿，所述混联支腿为主被动差动混联支腿，具体地，其包括基座11、转向台12、升降台13、车轮座14、第一车轮15、第二车轮16以及电机转速传动系统；其中转向台12与基座11转动连接，形成转动副Rz；升降台13与转向台12滑动连接，形成移动副Pz，且移动副Pz为主动副，由直线驱动器17驱动；车轮座14与升降台13采用转动连接，形成转动副Rx，其属于被动副；车轮包括第一车轮16和第二车轮16，第一车轮15和第二车轮16分别位于转动副Rx的两侧。

优选地，第一车轮15与车轮座14转动连接，形成转动副Ry1；第二车轮16与车轮座14转动连接，形成转动副Ry2。第一车轮15和第二车轮16形成同步驱动或主动差动机构驱动，或者单电机驱动差动锥齿轮机构实现同步驱动或被动差速驱动。根据本发明的实施例，第一车轮15和第二车轮16分别由两台电机减速传动系统独立驱动。

转动副Rz的轴线与移动副Pz直线导轨123平行，所述移动副Pz直线导轨123与转动副Rx轴线垂直；所述转动副Rx轴线与转动副Ry1及转动副Ry2轴线垂直；所述转动副Ry1和转动副Ry2的轴线同轴。第一优选地，车轮座14为十字叉结构；具体地，车轮座14为十字叉形连体轴，所述十字叉形连体轴的两轴线分别为转动副Rx轴线、转动副Ry1及转动副Ry2轴线，其中两轴线相交并彼此垂直。

在实际使用中，在重力作用下与地面构成封闭结构，车轮与地面接触点之间无垂直方向移动自由度，所述混联支腿中的第一车轮15和第二车轮16与地面接触，且可相对地面做纯滚运动或轮宽度中心纯滚动，若将地面看做固定平台，车轮座14看做运动平台，则第一车轮15、第二车轮16、地面、车轮座14则构成局部并联结构。当地面不平时，第一车轮15与第二车轮16同时绕转动副Rx轴线转动、可随地面变化改变高度，时刻保持两轮压力不变。进一步地，所述基座11通过转向台12和升降台13与车轮座14串联，从而构成一种主被动差动混联支腿。

优选地，所述转动副Rz轴线与移动副Pz直线导轨123平行，所述移动副Pz直线导轨123与转动副Rx轴线垂直；所述转动副Rx轴线与转动副Ry1或转动副Ry2轴线垂直。

优选地，主被动差动混联支腿还包括转向电机19，所述转向台12方向及定位由设置在基座11上的转向电机19驱动。通过设置转向电机19，可主动改变混联支腿中第一车轮15与第二车轮16的轴向方向，并保持方向状态稳定性。

为避免转向台12在外部干扰力，来自于地面形状和高度不一致或混联支腿1抬起脱离地面接触的情况下发生转动，影响混联支腿1的位置状态和运动精度，优选地，所述基座11上还可以设有抱闸20或离合器，替代转向电机19、被动转向并操控锁止动作，可锁定转向台12防止其相对基座11转动，保持原有状态不变，或放开被动转向。

优选地，所述基座11上还设有角度传感器18，用于检测或记录转向台12相对基座11之间的转角。用于控制或保持多腿的状态或转动副Rx轴线方向彼此平行或形成一定相对关系、满足直线运动或转向、转弯要求。

当所述主被动差动混联支腿1为驱动腿时，所述第一车轮15和第二车轮16中应至少有一个为主动轮，即一个为主动另一个为被动或两车轮均为主动。

优选地，所述第一车轮15和第二车轮16中的主动轮由行走电机221或行走电机222直接驱动，或通过链条、带轮、齿轮等传动方式由行走电机减速器间接驱动。

优选地，所述第一车轮15和第二车轮16的转动运动由双电机减速器传动系统分别主动差动驱动、或由单电机通过差动轮系间接驱动。

优选地，所述差动轮系包括与第一车轮15固连的第一锥齿轮255，与第二车轮16固连的第二锥齿轮256，与第一锥齿轮255、第二锥齿轮256相互啮合的行星锥齿轮254。所述行星锥齿轮254铰接于行星架252上，所述行星架252固连于大锥齿轮253的一端面，所述大锥齿轮253与车轮座14转动连接，且大锥齿轮253由与其啮合的驱动锥齿轮251驱动，所述驱动锥齿轮251与设置于行星轮系外壳固联的行走单电机22的输出轴固连。在差动轮系的外壳体上、第一车轮15、第二车轮16对称位置即与行走单电机22输出轴线重合位置，相对第一车轮15、第二车轮16轴线垂直相交对称设置两转轴段，与所述升降台13采用转动连接，形成转动副Rx。第一车轮15、第二车轮16运动状态由所述转向电机19和行走单电机22共同驱动与控制。

优选地，所述直线驱动器17可以是滚珠丝杠、电机减速器组成，所述滚珠丝杠中的螺母171与转向台12固连，滚珠丝杠中的丝杆172通过支撑座与升降台13转动连接，且所述丝杆172由升降上电机减速器系统驱动。

根据本发明的第二方面，提供一组大承载的六自由度调姿平台，其通过采用多支腿分布并联形式构建而成，其包括车架2、控制器3以及三条、四条、六条的上述任一项中主被动差动混联支腿1，所述混联支腿1中的基座11与所述车架2固定连接；每条混联支腿1中的转动副Rz轴线彼此平行；每条混联支腿1中的移动副Pz直线导轨123彼此平行；三条腿六自由度调姿平台中的三条腿采用等边三角形或等腰三角形布局设置；四条腿六自由度调姿平台中的四条腿采用正方形或长方形布局设置；六条腿六自由度调姿平台中的六条腿采用“日”字形布局设置。即所述六自由度调姿平台包括车架、分布式控制器以及多支链并联腿即三支腿、或四支腿、或六支腿，其中多支腿通过基座与车架固联，所有各支腿的转动副Rz彼此平行，所有各支腿的移动副Pz的导轨彼此平行；三支腿的六自由度高调姿平台的支腿采用三角形分布；四支腿的六自由度高调姿平台的支腿采用正方形或长方形或菱形布局；六支腿六自由度高调姿平台的支腿采用日字形布局。

优选地，所述六自由度调姿平台中至少有两条所述主被动差动混联支腿整腿1为驱动腿，即转向电机19、直线驱动器17、第一车轮15和第二车轮16中至少有一个为主动轮或均为主动驱动。

优选地，所述车架2内部还设有电池组4，用于给车架1内的分布式控制器3和各条混联支腿1供电。

优选地，主被动差动混联支腿1设有独立悬挂系统5结构，所述独立悬挂系统5由悬挂固定板51、弹簧52、弹簧撞块53、升降撞块54、导向柱55组成，弹簧52压缩行程小于升降台13升降行程，升降运动与独立悬挂系统5为并联关系，且升降运动行程大于弹簧52长度；所述升降台13升降距离大于弹簧52长度时，混联支腿1为升降电机173控制的刚性主动悬挂减振；所述升降台13升降距离小于弹簧52长度时，升降撞块54与弹簧撞块53接触，升降电机173抱闸打开，混联支腿1为基于弹簧52的独立悬挂的柔性被动减振；所述主被动减振构成刚柔耦合减振结构；所述独立悬挂系统5结构所述回转台回转中心成中心对称布置，互相抵消对直线导轨123的附加弯矩，不增加对直线导轨123的额外载荷。

下面结合附图，对本发明中的主被动差动混联支腿及六自由度调姿平台进行详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。

坐标系说明，图1到17，采用同一直角坐标系，Z轴垂直于水平面，X轴、Y轴位于水平面内，所述第一车轮、第二车轮轴向方向为Y轴，滚动方向为X轴。

图1和图2中示出了根据本发明一示例性实施例示的主被动差动混联支腿1的结构示意图，其中混联支腿1的机构构型原理图参见图3。参照图1和图2，混联支腿1包括基座11、转向台12、升降台13、车轮座14、第一车轮15、第二车轮16和直线驱动器17。所述第一车轮为第一车轮，所述第二车轮为第二车轮。转向台12转动连接至基座11，升降台13与转向台12连接且升降台能够沿着所述转向台12滑动，升降台13与直线驱动器17相连，升降台13依靠直线驱动器17进行驱动。车轮座14与升降台13转动连接，各车轮分别位于车轮座14的两侧，第一车轮15与车轮座转动连接，第二车轮16与车轮座转动连接。所述转动台上设置有导轨，例如，直线轨道123，直线驱动器驱动所述升降台在所述转向台沿着直线导轨123进行滑动。

优选地，所述基座11为中空的无盖盒体，所述基座的下表面设置有圆形开口，所述转动台设置有第一开口，各开口配置用于供升降台13以及直线驱动器与所述转动台进行连接。转向台12通过转盘轴承121可转动安装至基座11，转盘轴承的外圈设置有轮齿，基座内设置有角度传感器18和转向电机19，转向电机19的输出轴连接传动齿轮191，所述角度传感器18，例如，输入端，连接有检测齿轮181，所述检测齿轮与所述传动齿轮均与所述转盘轴承外圈的轮齿配合，所述转向电机19通过检测齿轮191带动转盘轴承121进行转动，通过检测齿轮181随动，并通过角度传感器输出转盘轴承所转动的角度。

具体地，其中转向台12与基座11转动连接，形成转动副Rz；升降台13与转向台12滑动连接，形成移动副Pz，移动副Pz为主动运动副，升降台13由直线驱动器17驱动。车轮座14与升降台13转动连接形成转动副Rx，第一车轮15和第二车轮16位于转动副Rx的两侧，且第一车轮15与车轮座14转动连接形成转动副Ry1，第二车轮16与车轮座14转动连接形成转动副Ry2。所述第一车轮15与地面接触形成滚动副Rp1，所述第二车轮16与地面接触形成滚动副Rp2。

如图3所示，混联支腿1中各零件之间形成的运动副满足特定的几何关系，具体地，其中转动副Rz轴线与移动副Pz轴线不垂直，所述Rz轴线与Pz轴线最小夹角≤50度；移动副Pz轴线与转动副Rx轴线不平行，所述Pz轴线与Rx轴线最小夹角≥50度；转动副Rx轴线与转动副Ry1或转动副Ry2轴线不平行，所述Rx轴线与所述Ry1或Ry2轴线最小夹角≥50度；所述转动副Ry1和转动副Ry2的轴线平行。

优选地，如图1和图2所示，转动副Rz轴线与移动副Pz导轨平行，移动副Pz导轨与转动副Rx轴线垂直；转动副Rx轴线与转动副Ry1或转动副Ry2轴线垂直。转动副Ry1和转动副Ry2的轴线同轴。

如图4和图5所示，在一实施例中，直线驱动器17为滚珠丝杠，所述直线驱动器17包括螺母171、丝杆172、升降电机173、轴承座174以及同步带175，螺母171与转向台12固连，螺母171设置在转向台12的上表面，优选地，所述螺母171通过第一支撑板进行支撑固定；所述丝杆172两端设有轴承座174，轴承座174与升降台固连，具体地，轴承座174固连于升降台13的一侧，升降电机173通过同步带175驱动所述丝杆172旋转。优选地，所述直线驱动器17也可以是其他能够实现本发明功能的驱动结构，例如，液压缸、直线模组和/或类似物，可根据实际情况进行合理选择，所述液压缸、直线模组和/或类似物固定连接在所述升降台上，连接升降台与所述转向台。

如图4所示，为本发明一实施例提供的混联支腿1的爆炸结构视图，为减少混联支腿1各零部件连接处的摩擦力，所述转向台12与基座11通过转盘轴承121连接。

升降台13与转向台12之间通过滑块122和直线导轨123滑动连接，所述滑块122与转向台12固连，具体地，滑块122设置在转向台12的上表面且滑块122通过第一支撑板进行固定，所述滑块的滑动方向垂直于转向台12。

直线导轨123固连于升降台13上，升降电机173固连至所述升降台13，升降电机173的输出轴连接主动带轮，通过同步带175带动被动带轮运动，被动带轮连接直线驱动器17，更进一步地，所述被动带轮连接至丝杆172上端的轴承座的外侧，带动直线驱动器进行动作。具体地，所述升降台13为H型结构，所述升降台13的横梁处连接到连接杆，通过连接杆与所述车轮座14相连，所述车轮座14与升降台13转动连接处设有摆动轴承131；所述第一车轮15与车轮座14转动连接处设有第一轮轴承141，所述第二车轮16与车轮座14转动连接处设有第二轮轴承142。

优选地，所述直线导轨123设置在所述升降台13的远离升降电机173的竖梁的侧部。

通过在移动副Pz处设置滑块122以及导轨，例如直线导轨123，在转动副Rz、转动副Rx、转动副Ry1和转动副Ry2处设置各轴承，有效减小混联支腿1在运动过程中所产生的摩擦阻力。

优选地，所述基座11上还设有抱闸20，如图5所示，所通过抱闸20控制转向台12相对基座11转动或锁死，从而避免转向台12在外部干扰力或混联支腿1抬起的情况下发生转动，影响混联支腿1的运动精度，其中所述抱闸20也可以用离合器等替代。

为提高混联支腿1的控制精度，所述转向台12与基座11转动连接处还可以选择安装角度传感器18，所述角度传感器18的输出端安装有检测齿轮181，所述检测齿轮181与转盘轴承121外周的轮齿啮合，用来实时监测转向台12的转角大小。

如图6所示，在一可选实施例中，所述基座11上还设有转向电机19，所述转向台12由转向电机19驱动转动。具体地，所述转向电机19的输出端安装有传动齿轮191，所述传动齿轮191与转盘轴承121外周的轮齿啮合，通过控制转向电机19可主动改变转向台12的转动方向和转动位置，进而控制第一车轮15和第二车轮16的行进方向。所述转向电机19的输出端还可以进一步设有第一力矩传感器21，用来实时监测转向台12相对基座11之间的转向转矩。

当所述混联支腿1为驱动腿时，所述第一车轮15和第二车轮16中至少有一个为主动轮或两个车轮均为主动构成主动差动运动。在一可选实施例中，所述第二车轮16为主动轮，第二车轮16可由行走电机222直接驱动，也可由行走电机222通过链条、带轮、齿轮等传动方式间接驱动，在图6所示的实施例中，所述第二车轮16通过带轮组24由行走电机222间接驱动，所述行走电机222安装于车轮座14上，所述带轮组24包括第一带轮241、同步带242,、第二带轮243，所述第一带轮241与行走电机222的输出轴固连，所述第二带轮243固连于第二车轮16的一侧，所述同步带242配合安装于第一带轮241与第二带轮243上。

如图7所示，在一可选实施例中，所述第一车轮15和第二车轮16均为主动轮，所述第一车轮15和第二车轮16分别由两个独立的行走电机221、222分别驱动，当两个行走电机221驱动第一车轮15和222驱动第二车轮16同向转动时，可使混联支腿1向前或后行走，当两个行走电机221驱动第一车轮15和222驱动第二车轮16差动或异向转动时，可使升降台13相对转向台12转动，改变混联支腿1的行进方向。为进一步提高第一车轮15和第二车轮16的控制精度，所述行走电机221、222的输出端还可安装第二力矩传感器231、232，实时监测第一车轮15或第二车轮16的轮上转矩。

如图8所示，在一可选实施例中，所述第一车轮15和第二车轮16通过差动轮系25由行走电机223间接驱动。通过一个行走电机223同时驱动第一车轮15和第二车轮16，解决在转向过程中第一车轮15和第二车轮16转速不同的被动差动问题。

其中，所述差动轮系25包括与第一车轮15固连的第一锥齿轮255，与第二车轮16固连的第二锥齿轮256，与第一锥齿轮255、第二锥齿轮256同时相互啮合的行星锥齿轮254，所述行星锥齿轮254与行星架252转动连接，行星架252固连与大锥齿轮253上，所述大锥齿轮253与车轮15的轴以转动连接，且大齿轮253由与其啮合的驱动锥齿轮251驱动，所述驱动齿轮251与行走电机223的输出轴固连。第一车轮15固连的第一锥齿轮255轴线与第二车轮16固连的第二锥齿轮256的轴线同轴，并通过转动副支撑在车轮座14上，行走电机223及驱动锥齿轮251的轴线与行星锥齿轮254轴线同轴，在车轮座14上分别设置两段转轴与升降台13构成转动连接，即构成Rx转动副并与行星锥齿轮254轴线同轴。

如图9和图10所示是本发明提供的六自由度调姿平台的一实施例，所述六自由度调姿平台包括车架2和混联支腿1，所述混联支腿的数量为三个，且所述混联支腿为主被动差动混联支腿，各主被动差动混联支腿1中的基座11分别与车架2固连。所述三条主被动差动混联支腿1呈三角形布置，车架2的内部设有分布式控制器3及电池组4。

优选地，所述三条主被动差动混联支腿1中可以有两条或者三条为驱动腿，各驱动腿中的第一车轮15或第二车轮16至少有一个为主动轮，分别由驱动电机221或222带动主动轮转动。所述车架2为由型材焊接而成的框架式结构，可有效提高车架2的承载力，且车架2的外周面安装有装饰板。三条主被动差动混联支腿1即1a、1b、1c应满足姿态条件，姿态条件即为每条主被动差动混联支腿中的转动副Rz轴线彼此平行、移动副Pz导轨彼此平行。

进一步地，为提高六自由度调姿平台的适用范围，所述车架2的内部还设有电池组4，用来给控制器3和各个混联支腿1供电，使本六自由度调姿平台在外部电源供电下工作，特定环境，在车载电池供电的情况下，依然可以正常工作。

所述六自由度调姿平台具有普通运载车的运载功能，可实现沿地面任意方向的移动，以及绕z轴及平行z轴的任意轴线的转动。同时本六自由度调姿平台还具有调节车架2空间姿态的功能，通过控制所述三条混联支腿1中的直线驱动器17同步上下运动，可实现车架2的上下升降运动；控制三条混联支腿1中的直线驱动器17异步运动时，可使车架2相对地面发生任意方向倾斜。

具体地，如图9所示，为区别各个混联支腿，将不同位置的混联支腿分别命名为1a、1b和1c，当控制混联支腿1a和混联支腿1b升高，同时使混联支腿1c降低，可使车架2绕x轴转动，当然也可令混联支腿1a和混联支腿1b降低，令混联支腿1c升高来实现绕x轴的反向转动。当控制混联支腿1a升高或降低，对应地令混联支腿1b降低或升高，可实现车架2绕y轴的转动。

上述只是对车架2的姿态调节控制的简单描述，在实际控制中，当车架2的姿态发生改变时，混联支腿中的第一车轮15和第二车轮16也会发生相应的运动。这是因为将地面当做固定平台时，第一车轮15和第二车轮16与地面接触所形成的滚动副Rp1和滚动副Rp2参与了车架2的自由度构建，因此对车架2的姿态进行调整时，还需要控制第一车轮15和第二车轮16进行相应的微运动补偿。

如图11和图12所示是本发明提供的六自由度调姿平台的又一实施例，在本实施例中所述车架2上连接有四条主被动差动混联支腿1，分别设于车架2的四个角上，通过设置四条主被动差动混联支腿1，可有效提高六自由度调姿平台的承载面积和承载力，所述四条主被动差动混联支腿1中可以有两条或者三条或者四条为均驱动腿。

在本实施例中，四条主被动差动混联支腿1中有一条为冗余支腿，通过设置冗余支腿，一方面可以提高六自由度调姿平台的承载力，另一方面可以提高六自由度调姿平台的稳定性。当四条主被动差动混联支腿中，有一条支腿发生故障时，所述冗余支腿可代替该故障支腿继续工作或短时保持状态，不影响六自由度调姿平台的正常工作，这对卫星、火箭等重要产品的安装对接安全性至关重要。在每一条主被动差动混联支腿1中均设置有位移和力的检测传感器。位移监测用于调姿过程控制位子与姿态精度，而力监测用于避免出现虚拟腿或过载腿。

所述车架2的四周还可以安装或搭载摄像头、超声波、激光雷达、毫米波雷达等传感器，用来提高六自由度调姿平台对外界环境的感知能力，所述车架2上还可以搭载垂直升降台或其他机构或机器人来进一步扩展本六自由度调姿平台的应用范围。

如图13所示是本发明提供的六自由度调姿平台的又一实施例，在本实施例中所述车架2上连接有六条主被动差动混联支腿1，分别设于车架2的两端或两侧，通过增加六自由度调姿平台支腿的数量可有效提高平台的承载能力，进一步提高六自由度调姿平台的运动稳定性及移动精度。

如图15、图16和图17所示，在一实施例中，所述升降台13与转向台12之间布置独立悬挂5，其中独立悬挂5包括悬挂固定板51、弹簧52、弹簧撞块53、升降撞块54以及导向柱55，所述弹簧52可以是压缩弹簧、蝶形弹簧或者空气弹簧，根据负载与悬挂行程进行合理选择。

如图15所示，是本发明又一实施例提供的具有独立悬挂的主被动差动混联支腿结构示意图，所述独立悬挂5连接升降台13与转向台12，且布置两组，与所述Pz为并联关系；所述悬挂固定板5与转向台12固定连接；所述弹簧52与弹簧撞块53固定连接；所述导向柱55与悬挂固定板51固定连接，且穿过弹簧52、弹簧撞块53，形成滑动连接；所述升降撞块53与升降台13固定连接，且升降撞块53与导向柱55滑动连接。

如图16所示，是又一实施例示出的一种具有独立悬挂的主被动差动混联支腿俯视示意图；所述独立悬挂5相对回转台12回转中心成中心对称布置，互相抵消对导轨的附加弯矩，不增加对升降导轨的额外载荷。

如图17所示，是又一实施例示出的一种具有独立悬挂的主被动差动混联支腿结构原理图；弹簧52压缩形成小于升降台13升降行程，升降运动与独立悬挂为并联关系，且升降运动行程L1大于弹簧长度L2；当升降台13升降距L1离大于弹簧52长度L2时，混联支腿为升降电机173控制的刚性主动悬挂减振；当升降台13升降距离L1小于弹簧52长度L2时，升降撞块54与弹簧撞块53接触，升降电机173抱闸打开，混联支腿为基于弹簧52的独立悬挂5的柔性被动减振，且压缩弹簧可以有效降低丝杠172承受载荷，当弹簧压缩量最大时，丝杠载荷为零；所述主被动减振构成刚柔耦合减振结构。

需要说明的是，所述六自由度调姿平台的支腿的数量可以根据实际工况进行选择，并不局限上图8至图12中所示出的几种实施案例。所有支腿必须满足姿态条件即为每条主被动差动混联支腿中的转动副Rz轴线彼此平行、移动副Pz导轨彼此平行。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (9)

1.一种主被动差动混联支腿，其包括基座、升降台、车轮座和独立悬挂组件，其特征在于，所述基座通过转盘轴承转动连接有转向台，所述转盘轴承的外周设置有轮齿，所述转向电机设置在所述基座内，所述转向电机的输出轴上的传动齿轮与所述轮齿配合进行所述转向台转动及定位；

所述升降台上设置有导轨，所述转向台上设置有滑块，所述升降台固连升降电机，所述升降电机通过同步带传动带动直线驱动器进行动作，从而带动所述滑块与所述导轨配合使所述升降台与所述转向台滑动连接；以及

所述车轮座转动连接所述升降台，所述车轮座与升降台转动连接处设有摆动轴承；所述车轮座设置有转动连接的第一车轮和第二车轮；第一车轮和第二车轮中至少有一个为主动轮，或第一车轮和第二车轮均为主动轮；所述第一车轮和第二车轮的转动运动由行走双电机减速器分别主动同步驱动或者差动驱动，或者由行走单电机通过差动轮系间接驱动；以及

所述独立悬挂组件设置在所述升降台与所述转向台之间，所述独立悬挂组件包括悬挂固定板、弹簧、弹簧撞块、升降撞块和导向柱；在所述独立悬挂组件中，所述弹簧的压缩行程小于升降台的升降行程，升降运动与独立悬挂为并联关系，且升降运动行程大于弹簧长度；所述升降台升降距离大于弹簧长度时，能够为升降电机控制的刚性主动减振；所述升降台的升降距离小于弹簧长度时，升降撞块与弹簧撞块接触，升降电机的抱闸打开，能够因基于弹簧的独立悬挂的柔性而被动减振，且上述主动减振和被动减振构成刚柔耦合减振结构。

2.根据权利要求1所述的主被动差动混联支腿，其特征在于，所述直线驱动器包括螺母、丝杆、升降电机、轴承座以及同步带，所述螺母与所述转向台固连，所述丝杆的两端均设有轴承座，所述轴承座与所述升降台固连，所述升降电机通过同步带带动所述丝杆运动从而实现升降台的升降；所述升降电机固连至所述升降台，所述升降电机的输出轴连接主动带轮，通过所述同步带带动被动带轮运动，所述被动带轮连接直线驱动器输入端，所述输入端为所述丝杆。

3.根据权利要求2所述的主被动差动混联支腿，其特征在于，所述差动轮系包括与第一车轮固连的第一锥齿轮，与第二车轮固连的第二锥齿轮，同时与第一锥齿轮、第二锥齿轮相啮合的行星锥齿轮，所述行星锥齿轮铰接于行星架上，所述行星架固连于大齿轮的一端面，所述大锥齿轮与车轮座转动连接，且大锥齿轮由与其啮合的驱动锥齿轮驱动，所述驱动锥齿轮与行走单电机的输出轴固连；在差动轮系的外壳体上、与行走单电机输出轴线重合位置，与第一第二车轮轴线垂直相交对称设置两转动副，与所述升降台构成转动连接，形成转动副Rx。

4.根据权利要求1至3之一所述的主被动差动混联支腿，其特征在于，所述基座上设有抱闸或离合器，以便控制锁定转向台防止其相对基座转动；所述基座上还设有角度传感器，所述角度传感器连接检测齿轮，检测所述转向台相对所述基座之间的转角。

5.一种含有权利要求1至4中任一项所述主被动差动混联支腿的六自由度调姿平台，其特征在于，其包括车架、控制器以及多条所述主被动差动混联支腿，

所述车架与多条所述主被动差动混联支腿中的基座固定连接；

所述车架设有电池组，用来给所述控制器和所述主被动差动混联支腿供电；

每条所述主被动差动混联支腿中的转动台的转动轴线彼此平行；且每条所述主被动差动混联支腿中的升降台的直线导轨彼此平行；至少有两条所述主被动差动混联支腿为驱动腿，所述转向电机、直线驱动器为主动驱动、第一车轮和第二车轮中至少有一个为主动轮或均为主动驱动；与所述车架固定连接的所述主被动差动混联支腿的所述第一车轮和第二车轮均与地面接触且在接触点垂直地面方向无自由度，所述车架、与所述车架相固定连接的全部所述主被动差动混联支腿与地面构成六自由度调姿平台。

6.根据权利要求5所述的六自由度调姿平台，其特征在于，所述主被动差动混联支腿的数量为三条时，且所述混联支腿为主被动差动混联支腿，各主被动差动混联支腿中的基座分别与车架固连，所述三条主被动差动混联支腿呈三角形布置。

7.根据权利要求5所述的六自由度调姿平台，其特征在于，所述主被动差动混联支腿的数量为四条时，分别设于车架的四个角上，四条所述主被动差动混联支腿中有两条或者三条或者四条均为驱动腿。

8.根据权利要求5所述的六自由度调姿平台，其特征在于，所述主被动差动混联支腿的数量是六条时，分别布置于车架的两端或两侧且呈日字形布置。

9.根据权利要求5所述的六自由度调姿平台，其特在在于，所述车架的四周安装或搭载摄像头、超声波、激光雷达或者毫米波雷达，用来提高六自由度调姿平台对外界环境的感知能力，所述车架上还设有搭载垂直升降台或机器人从而扩展应用范围。