CN110497385B - 精密测量六自由度并联机构动平台位姿的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于测量设备技术领域，具体涉及一种精密测量六自由度并联机构动平台位姿的装置及方法，旨在解决现有技术中六自由度并联机构动平台的位姿测量仪器成本高、测量精度低，不能满足特殊场合对位姿高精度测量的问题，本发明提供一种精密测量六自由度并联机构动平台位姿的装置与方法，包括大负载六自由度并联机构、采用压电陶瓷驱动的高精度六自由度并联机构、连接于上述两者之间的连接器以及控制器，当大负载并联机构动平台运动时，根据连接器反馈的数值调整测量高精度并联机构的位置与姿态，使高精度并联机构的动平台跟随大负载并联机构的动平台运动，求算得到大负载六自由度并联机构的位姿，本发明成本低，测量精度高，实用性强。

Description

精密测量六自由度并联机构动平台位姿的装置及方法

技术领域

本发明属于测量设备技术领域，具体涉及一种精密测量六自由度并联机构动平台位姿的装置及方法。

背景技术

大负载六自由度并联机构是工业、航空航天、船舶等行业中经常使用的设备。六自由度并联机构的位置与姿态一般指的是其动平台相对于定平台的位置和姿态，本领域技术人员通常简称其为位姿。对于某些应用来说，位置与姿态的精密测量对于有些应用来说非常重要。位置与姿态的测量有如下几种常用的方式：(1)利用六自由度并联机构驱动支链其自身的传感器得到的驱动支链的长度来求算，譬如利用驱动电机的编码器得到的位置先求算驱动支链的长度，再求算动平台位置与姿态；(2)利用驱动支链长度传感器直接测量驱动支链的长度，再求算动平台的位置与姿态，譬如在驱动支链两端安装光栅尺或者其它线性传感器；(3)利用传感器直接测量动平台的位置与姿态，譬如采用激光测距仪测量定平台上的点与动平台上的点之间的距离，而后通过换算得到动平台的位姿。

对于大负载的六自由度并联机构，譬如负载能力达到几吨甚至几十吨的六自由度并联机构，为保证六自由度并联机构的大承载力，则必须采用负载力大的驱动装置进行驱动。航空、航天等领域中需要对位置与姿态进行精密测量的一些特殊应用场合，通过采用上述方式(1)和方式(2)这种间接测量方式得到的位置与姿态的精度不能满足该领域对位置与姿态高精度测量的要求。方式(3)这种直接测量的方式一方面对于某些特殊的应用场合仍然达不到位姿测量精度的要求外，另一方面对激光测距仪要求比较高，成本高。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有技术中六自由度并联机构动平台的位置与姿态测量仪器成本高、测量精度低，不能满足一些特殊应用场合对位置与姿态高精度测量的要求的问题，本发明提供一种精密测量六自由度并联机构动平台位姿的装置。目前现有技术绝大部分是采用液压驱动或电机驱动的，驱动形式和现有测量方法的限制，是大负载六自由度并联机构无法获得高精度位姿测量的主要原因，为解决这一问题，本发明采用压电陶瓷驱动的、高分辨率、高频响、高精度六自由度并联机构作为位姿的测量装置，该装置通过连接器与大负载六自由度并联机构连接，从而对大负载六自由度并联机构的动平台位置与姿态进行精密测量。

具体地，本发明精密测量六自由度并联机构动平台位姿的装置包括大负载六自由度并联机构，包括定平台、第一动平台以及连接在所述定平台和所述动平台之间的六条支链；

高精度六自由度并联机构，安装在所述定平台上，且具有跟随所述第一动平台运动的第二动平台，所述高精度六自由度并联机构位于所述第一六自由度并联机构的六个支链所围成的空间内；

连接器，所述连接器第一端与所述第一动平台连接，第二端与所述第二动平台连接；

控制器，所述大负载六自由度并联机构、所述高精度六自由度并联机构以及所述连接器均与所述控制器信号连接，所述控制器的控制目标为：驱动所述第二动平台相对于所述第一动平台以一固定的相对姿态运动，基于所述固定的相对姿态和所述连接器的姿态获取所述第一动平台的位姿。

在一些优选技术方案中，所述高精度六自由度并联机构的第二动平台通过压电陶瓷驱动。

在一些优选技术方案中，所述连接器包括第一万向节、第二万向节、转动和线性装置，所述连接器通过所述第一万向节与所述第一动平台连接，所述连接器通过所述第二万向节与所述第二动平台连接。

在一些优选技术方案中，所述第一万向节和所述第二万向节均包含两个转动结构，所述第一万向节和所述第二万向节的所述两个转动结构均设置有高精度角位置传感器，所述转动关节设置有高精度角位置传感器，所述线性装置设置有高精度线性位置传感器。

在一些优选技术方案中，所述线性装置包括固定构件和移动构件，所述固定构件第一端通过所述第二万向节与所述第二动平台转动连接，所述移动构件设置于所述固定构件内部，且具有延伸出所述固定构件第二端的延伸端，所述移动构件的延伸端通过所述第一万向节与所述第一动平台转动连接。

在一些优选技术方案中，所述移动构件的延伸端通过所述转动关节与所述第一万向节转动连接。

在一些优选技术方案中，固定的相对姿态包括所述第一动平台与所述第二动平台平行。

在一些优选技术方案中，固定的相对姿态包括所述第一动平台与所述第二动平台平行，且所述第一动平台的中心与所述第二动平台的中心构成的直线垂直于所述第一动平台。

在一些优选技术方案中，固定的相对姿态包括初始位置，所述初始位置为所述第一动平台、所述第二动平台以及所述定平台平行，且所述第一动平台的中心、所述第二动平台以及所述定平台的中心构成的直线垂直于所述第一动平台。

本发明另一方面提供一种利用上述精密测量六自由度并联机构动平台位姿的装置进行测量大负载六自由度并联机构的位置与姿态，包括以下步骤：

驱动所述第二动平台相对于所述第一动平台以一固定的相对姿态运动；以及

基于所述固定的相对姿态和所述连接器的姿态获取所述第一动平台的位姿。

本发明的有益效果：

本发明可精密测量基于电机(伺服、步进、力矩、直线电机)、液压等大负载低精度驱动方式的六自由度并联机构的位姿，由于并联机构的载荷值与测量精度无法兼顾，故通常能承载大负载的六自由度并联机构的测量精度相对较低，而本发明通过带有高精度传感器的连接器将高精度六自由度并联机构的动平台与大负载六自由度并联机构的动平台连接，而后当大负载六自由度并联机构动平台运动时，连接器姿态发生变化，连接器上的各高精度传感器数值变化，根据所得传感器数据通过控制高精度六自由度并联平台使其与大负载六自由度并联机构以一固定位姿同步运动，最终通过高精度六自由度并联机构的位姿数据以及连接器的位姿数据推导出大负载六自由度并联机构的位姿。通过本发明可实现大负载的六自由度并联机构的位姿测量精度与高精度的六自由度并联平台的位姿定位精度达到接近于一致。从而提高大负载六自由度并联机构的位姿测量精度，进而实现对大负载六自由度并联机构位姿的精密控制，本发明无需使用激光测距仪即可兼具高精度及大负载，成本低、易制造。

本发明利用高精度六自由度并联机构测量大负载六自由度并联机构动平台的位姿，能使测量精度更高，测量结果更精确。另外，本发明的高精度六自由度并联机构固设于大负载六自由度并联机构内部，结构紧凑，可以避免传统高精度测量仪器(譬如激光跟踪仪)安装时存在的空间占用问题。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一实施例的整体结构示意图；

图2为图1的另一视角；

图3为本发明连接器一实施例的结构示意图；

附图标记列表：

1-大负载六自由度并联机构，11-第一动平台；2-高精度六自由度并联机构，21-第二动平台；3-连接器，31-第一万向节，32-第二万向节，33-转动关节，34-线性装置，341-固定部，342-活动部。

具体实施方式

为使本发明的实施例、技术方案和优点更加明显，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

本发明的精密测量六自由度并联机构动平台位姿的装置包括：第一六自由度并联机构、第二六自由度并联机构、连接器以及控制器；所述第一六自由度并联机构，包括第一定平台、第一动平台以及连接在所述第一定平台和所述第一动平台之间的六条驱动支链；

所述第二六自由度并联机构安装在所述第一定平台上，且具有跟随所述第一动平台运动的第二动平台，本发明大负载六自由度并连接机构通过采用电动或液压驱动实现六自由度并联机构承载大负载，

所述第二六自由度并联机构的六条支链位于所述第一六自由度并联机构的六条支链所围成的空间内，即第二六自由度并联机构位于第一六自由度并联机构的内部，通过这样的设置减少第二六自由度并联机构的占用空间，使本发明精密测量六自由度并联机构动平台位姿的装置结构更紧凑，应用范围更广。

所述连接器第一端与所述第一动平台连接，第二端与所述第二动平台连接；所述第二六自由度并联机构通过所述连接器与所述第一六自由度并联机构连接。

所述第一六自由度并联机构、所述第二六自由度并联机构以及所述连接器均与所述控制器信号连接，所述控制器配置为：驱动所述第二动平台相对于所述第一动平台以一固定的相对姿态运动，基于所述固定的相对姿态和所述连接器的姿态获取所述第一动平台的位姿。

本发明的一些实施例中，所述第二六自由度并联机构的第二动平台通过压电陶瓷驱动，采用压电陶瓷驱动的六自由度并联机构可实现高动态下的微米级甚至是纳米级的精确定位。

本发明的一些实施例中，所述连接器包括第一万向节、第二万向节、转动和线性装置，所述连接器通过所述第一万向节与所述第一动平台连接，所述连接器通过所述第二万向节与所述第二动平台连接。

本发明的一些实施例中，所述第一万向节和所述第二万向节均包含两个转动结构，所述第一万向节和所述第二万向节的所述两个转动结构均设置有高精度角位置传感器，所述转动关节设置有高精度角位置传感器，所述线性装置设置有高精度线性位置传感器。

本发明的一些实施例中，所述线性装置包括固定构件和移动构件，所述固定构件第一端通过所述第二万向节与所述第二动平台转动连接，所述移动构件滑动设置于所述固定构件内部，且具有延伸出所述固定构件第二端的延伸端，所述移动构件的延伸端通过所述第一万向节与所述第一动平台转动连接。

本发明的一些实施例中，所述移动构件的延伸端通过所述转动关节与所述第一万向节转动连接。

本发明的一些实施例中，固定的相对姿态包括所述第一动平台与所述第二动平台平行。

本发明的一些实施例中，固定的相对姿态包括所述第一动平台与所述第二动平台平行，且所述第一动平台的中心与所述第二动平台的中心构成的直线垂直于所述第一动平台。

本发明的一些实施例中，固定的相对姿态包括初始位置，所述初始位置为所述第一动平台、所述第二动平台以及所述定平台平行，且所述第一动平台的中心、所述第二动平台以及所述定平台的中心构成的直线垂直于所述第一动平台。

本发明另一方面提供一种利用上述精密测量六自由度并联机构动平台位姿的装置进行测量第一六自由度并联机构的位置与姿态，包括以下步骤：

驱动所述第二动平台相对于所述第一动平台以一固定的相对姿态运动；以及

基于所述固定的相对姿态和所述连接器的姿态获取所述第一动平台的位姿。

为了更清晰地对本发明精密测量六自由度并联机构动平台位姿的装置进行说明，下面结合附图对本方发明一种优选实施例进行展开详述。

作为本发明的一个优选实施例，本发明的精密测量六自由度并联机构动平台位姿的装置如图1所示，本发明包括第一六自由度并联机构、第二六自由度并联机构、连接器以及控制器。本发明中的第一、第二六自由度并联机构的六组驱动支链的控制端均与控制器信号连接，控制器通过对六组驱动支链的同步控制实现动平台的空间运动。本发明中的第一、第二六自由度并联机构的连接结构大体相同，两者的六组驱动支链与定平台连接的连接端为第一连接端，六组驱动支链的第一连接端两两靠近设置以形成定平台支撑端，定平台支撑端沿定平台的周向均匀布置；驱动支链与动平台连接的连接端为第二连接端，六组驱动支链的第二连接端两两靠近设置以形成动平台支撑端，动平台支撑端沿所述动平台的周向均匀布置；即驱动支链的连接端两两一组分为三组，且三组排列沿定平台、动平台周向均匀布置，以此保证第一动平台受力平衡，其中定平台支撑端到定平台支撑端的分布中心的距离大于动平台支撑端到动平台支撑端的分布中心的距离，以保持本发明六自由度并联机构稳定，避免运行时发生侧倾。

需要说明的是，第一六自由度并联机构在本发明中主要起到承载负载的作用，具有本发明需要精密测量位姿的负载动平台，由于为了实现对大负载的承载，通常情况下六自由度并联机构会采用电机(伺服、步进、力矩、直线电机)驱动、液压驱动等，其特点是负载大精度低，所以第一六自由度并联机构属于大负载低精度六自由度并联机器人；第二六自由度并联机构在本发明中作为高精度测量装置用于测量第一六自由度并联机构的负载动平台位姿，本发明中第二六自由度并联机构的负载仅为自身的自量以及连接器，故其属于高精度小负载六自由度并联机构。本优选实施例中为明确区分第一六自由度并联机构、第二六自由度并联机构，采用特征命名对于第一六自由度并联机构命名为大负载六自由度并联机构；对于第二自由度并联机构命名为高精度六自由度并联机构加以描述。

参阅图1，本发明大负载六自由度并联机构1和高精度六自由度并联机构2在静止非工作状态时，其定平台的所在平面均与动平台的所在平台平行；其中本发明定平台和动平台外轮廓均为正三角形，定平台的中轴线与动平台的轴线重合，且两平台中心点连线垂直于定平面，定平台的顶角的角平分线与动平台的底边垂线正交，其中本实施例中定平台和动平台的顶角均设置为圆弧顶角，圆弧顶角方便本发明精密测量六自由度并联机构动平台位姿的装置的安装拆卸，同时减小本发明精密测量六自由度并联机构动平台位姿的装置安装工作时发生磕碰时的损坏。另一方面，本发明定平台、第一动平台、第二动平台上均设置有三个大小相同的扇形孔，所述三个相同的扇形孔绕平台中心均匀布置，构成环形，相邻两扇形孔间通过肋板相连，所述三个扇形孔所围成图形的中心即平台的中心，本发明的连接器3的两端分别与第一动平台11和第二动平台21的三个扇形孔所围成图形的中心相连。扇形孔的设置可防止本发明连接器3工作时万向节的转动时与平台相互干涉，同时本发明安装时外部不容易观看到内部结构，可通过扇形孔洞观察连接器3的状态。

如图1所示，大负载六自由度并联机构1，包括定平台、第一动平台11以及连接在所述定平台和所述第一动平台11之间的六条驱动支链；高精度六自由度并联机构安装在所述定平台上，且具有跟随所述第一动平台运动的第二动平台21，所述高精度六自由度并联机构2的六条支链位于所述大负载六自由度并联机构1的六条支链所围成的空间内；连接器3第一端与所述第一动平台11连接，第二端与所述第二动平台21连接；所述大负载六自由度并联机构1、所述高精度六自由度并联机构2以及所述连接器3均与所述控制器信号连接，所述控制器配置为：驱动所述第二动平台21相对于所述第一动平台11以一固定的相对姿态运动，基于所述固定的相对姿态和所述连接器3的姿态获取所述第一动平台11的位姿。上述的位姿指代第一动平台11相对于第二动平台21的空间六自由度位置与姿态。

在本实施例中控制器通过对大负载六自由度并联机构进行位置控制或力控制，以实现本发明在不同场景的应用，控制器如采用位置控制则采用经典的PID控制器，本领域技术人员也可以根据实际应用灵活选择其它的先进的控制器进行控制，譬如带模糊逻辑的PID控制等。驱动支链的力控制可通过力矩电机采用力控制以实现，其控制所需提供的期望力根据整个机构的动力学进行求算。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，本文描述的控制器、系统的具体工作过程、具体控制方式和六自由度并联机构的位姿算法不在本发明描述范围内，可以参考公知技术进行，如通过模糊PID控制器实现的力伺服控制，根据各传感器数据求算位姿等，在此不再赘述。

继续参阅图2，所述高精度六自由度并联机构2通过采用压电陶瓷进行驱动，压电陶瓷是利用某些晶体的逆压电效应来工作的，它的特点是结构紧凑，体积很小，无机械摩擦，无间隙，具有很高的位移分辨率。理论上可以达到纳米级，由于本发明的结构和工作环境所限，实际位置重复定位精度可以达到10μm以内，角度重复定位精度可以达到±10urad以内，本发明采用压电陶瓷驱动的高精度六自由度并联机构，作为大负载六自由度并联机构的测量装置，从而提高大负载六自由度并联机构的位姿测量精度。本发明利用压电陶瓷作为直线输入的执行元件，实现了机构、驱动、检测一体化的设计，成本效益好。需要说明的是压电陶瓷仅为本发明第二六自由度并联机构的一种优选驱动方式，本领域技术人员也可根据实际应用灵活选择高精度的驱动方式实现第二六自由度并联机构对于第一六自由度并联机构位姿的测量。

进一步地，将高精度六自由度并联机构2的定平台嵌套于大负载六自由度并联机构1的定平台上，并保证两定平台共面，保证数据监测的准确性；同时，大负载六自由度并联机构1与高精度六自由度并联机构2通过连接器3进行连接，连接器3上设置有高精度传感器，大负载六自由度并联机构1的动平台运动时，连接器3可监测其数据，并输入到控制器，控制器根据连接器3检测到的数据对高精度六自由度并联机构2进行控制，从而保证高精度六自由度并联机构2的位置与姿态与大负载六自由度并联机构1的位置与姿态一致。

图3为连接器3的结构示意图，如图所示，连接器3包括第一万向节31、第二万向节32、转动关节33和线性装置34，线性装置34通过第一万向节31与第一动平台11的中心连接，线性装置34通过第二万向节32与所述第二动平台21的中心连接。第一万向节31和第二万向节32均包含两个转动结构，由于万向节的结构为本领域技术人员熟知结构，在此不再详细说明，第一万向节31和第二万向节32的所述两个转动结构均设置有高精度角位置传感器。转动关节33为连接器3进一步提供了转动自由度，本领域技术人员可根据实际应用灵活设置转动关节33的大小及结构，只要保证其能为连接器3带来转动自由度，且其上设置有高精密角位置传感器即可。线性装置34设置有高精度线性位置传感器，上述传感器均与控制器信号连接。

具体地，线性装置34为可伸缩结构，其由固定部341和活动部342组成，线性装置34的固定部341与第一万向节31的活动端连接，线性装置34的活动部342通过转动关节33与第二万向节32的活动端连接，活动部342与固定部341均为圆柱体，活动部342嵌套于固定部341内部，具活动部342有延伸于固定部341的延伸端，所述活动部342的延伸端与转动关节33相连接，所述活动部342可沿固定部341轴向滑动，所述活动部342与固定部341的内部传动机构可通过电机驱动滚珠丝杠实现，此传动机构具体结构不在本发明描述范围内，可采用公知技术进行，在此不再过多说明。线性装置34具备测量活动部342与固定部341之间的相对位置的高精度线性位置传感器。当本发明精密测量六自由度并联机构动平台位姿的装置在初始状态时，所述线性装置34的高精度线性位置传感器、所述转动关节33的高精密角位置传感器、所述分别设置于第一万向节31和第二万向节32上的高精度角位置传感器的值为初始值，即为零值。本领域技术人员可以理解的是“零值”仅为一种描述，并不能代表上述传感器的数值为0。

本发明的初始状态为高精度六自由度并联机构2的六条支链位于大负载六自由度并联机构1的六条驱动支链所围成的空间内，且第二动平台21与第一动平台11平行，且第二动平台21中心与第一动平台11的中心构成的直线垂直于定平台即连接器3为竖直状态时，此时本发明结构状态为初始状态，各传感器此时数值为零值，当大负载六自由度并联机器人1的动平台11运动时，通过测量第一万向节31和第二万向节32的所述两个转动结构的角位置值、转动关节33的角位置值和线性位置34传感器的值，调整高精度六自由度并联平台2的位置与姿态，使第一万向节31和第二万向节32的所述两个转动结构的角位置值、转动关节33的角位置值和线性位置34传感器的值与最初标定好的零值一致。从而实现高精度六自由度并联机构的动平台跟随大负载六自由度并联机器人的动平台运动，在此期间由于高精度六自由度并联平台2采用压电陶瓷为驱动元件，具有高精度、高分辨率、高频响、其反应速度灵敏，所以能始终保持高精度六自由度并联平台2与大负载六自由度并联平台1以固定的相对姿态运动，其中所述固定的相对姿态包括第一动平台11与第二动平台21平行；所述固定的相对姿态还包括第一动平台11与第二动平台21平行且第一动平台11的中心与第二动平台21的中心构成的直线垂直于第一动平台11；所述固定的相对姿态还包括初始位置，所述初始位置为所述第一动平台、所述第二动平台以及所述定平台平行，且所述第一动平台的中心、所述第二动平台以及所述定平台的中心构成的直线垂直于所述第一动平台。可以理解的是通过控制器的控制，第二动平台21能始终与第一动平台11保持一致，最终通过连接器3上的各项数据以及高精度六自由度并联机构上的数据求算得到大负载六自由度并联机构的位姿。

本实施例另一方面提供一种精密测量六自由度并联机构动平台位姿的方法，该方法需要一个需要被测量的第一六自由度并联机构如上述实施例所示的大负载六自由度并联机构、一个用于测量第一六自由度并联机构的第二六自由度并联机构如上述实施例所示的高精度六自由度并联机构以及连接于两者之间的如上述实施例所示的连接器，具体测量方法包括以下步骤：

步骤1：确保高精度六自由度并联机构定平台与大负载六自由度并联机构定平台固定，使两定平台在同一平面内；

步骤2：调整高精度六自由度并联机构的动平台与大负载六自由度并联机构的动平台的位姿，确保所述两动平台中心与定平台中心所构成的直线垂直于定平台，此时状态为初始状态，记录此时两端连接于两动平台中心的连接器上的各传感器数据，得到零值；

步骤3：启动大负载六自由度并联机构使其动平台在空间内自由运动，根据连接器上的各传感器的值，通过控制器调整高精度六自由度并联机构的动平台的位姿；

步骤4：通过控制器控制，确保连接器上的各传感器的数值与步骤2所记录的零值一致，从而使高精度六自由度并联机构的动平台跟随大负载并联机构的动平台运动保持一致。

步骤5：根据高精度六自由度并联机构上各传感器的数值与连接器上各传感器的数值计算得到大负载六自由度并联机构动平台的位置与姿态。

本领域技术人员可以理解的是，此方法中作为测量装置的第二六自由度并联机构的位置精度高于需要被测量的第一六自由度并联机构即可实现，即通过高精度六自由度并联机构即连接器去测量低精度六自由度并联机构的位姿，基于这种原理的测量方法均应限定在本发明内。另外，需要说明的是，本实施例中所描述的初始位置仅为优选初始位置，实际应用中初始位置也可以为其他姿态，但其他姿态的初始零值及算法相较于本实施例中的优选初始位置的位姿算法复杂一些。

上述本申请实施例中的技术方案中，至少具有如下的技术效果及优点：

本发明可精密测量基于电机(伺服、步进、力矩、直线电机)、液压等大负载驱动方式的六自由度并联机构的位姿，由于并联机构的大负载与测量精度无法兼顾，故通常能承载大负载的六自由度并联机构的测量精度相对较低，而本发明通过带有高精度传感器的连接器将高精度六自由度并联机构的动平台与大负载六自由度并联机构的动平台连接，而后当大负载六自由度并联机构动平台运动时，连接器姿态发生变化，连接器上的各高精度传感器数值变化，根据所得传感器数据通过控制高精度六自由度并联平台使其与大负载六自由度并联机构以一固定位姿同步运动，最终通过高精度六自由度并联机构的位姿数据以及连接器的位姿数据求算出大负载六自由度并联机构的位姿。通过本发明可实现大负载的六自由度并联机构的位姿测量精度与高精度的六自由度并联平台的位姿定位精度达到接近于一致。从而提高大负载六自由度并联机构的位姿测量精度，本发明无需激光测距仪即可实现对大负载六自由度并联机构位姿的精密测量，节省成本，本发明兼具高精度及大负载，可广泛的应用于多种领域。

本发明利用高精度六自由度并联机构测量大负载六自由度并联机构，能使测量精度更高，测量结果更精确。

本发明高精度六自由度并联机构的六个支链位于大负载六自由度并联机构的六个支链所围成的空间内，占用体积小，定向刚度高，动态响应快，可实现六维运动。在整个系统承载大惯量负载时仍能保证位姿的精确控制，本发明能够获得大负载六自由度并联机构实时相对位姿信息，且不施加多余约束，不干涉平台运动。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种精密测量六自由度并联机构动平台位姿的装置，其特征在于，包括：

第一六自由度并联机构，包括定平台、第一动平台以及连接在所述定平台和所述第一动平台之间的六条驱动支链；

第二六自由度并联机构，安装在所述定平台上，且具有跟随所述第一动平台运动的第二动平台，所述第二六自由度并联机构的六条支链位于所述第一六自由度并联机构的六条驱动支链所围成的空间内；

连接器，所述连接器第一端与所述第一动平台连接，第二端与所述第二动平台连接；

控制器，所述第一六自由度并联机构、所述第二六自由度并联机构以及所述连接器均与所述控制器信号连接，所述控制器配置为：

驱动所述第二动平台相对于所述第一动平台以一固定的相对姿态运动，

基于所述固定的相对姿态和所述连接器的姿态获取所述第一动平台的位姿。

2.根据权利要求1所述的精密测量六自由度并联机构动平台位姿的装置，其特征在于，所述第二六自由度并联机构的第二动平台通过压电陶瓷驱动。

3.根据权利要求1所述的精密测量六自由度并联机构动平台位姿的装置，其特征在于，所述连接器包括第一万向节、第二万向节、转动关节和线性装置，所述连接器通过所述第一万向节与所述第一动平台中心连接，所述连接器通过所述第二万向节与所述第二动平台中心连接。

4.根据权利要求3所述的精密测量六自由度并联机构动平台位姿的装置，其特征在于，所述第一万向节和所述第二万向节均包含两个转动结构，所述第一万向节和所述第二万向节的所述两个转动结构均设置有角位置传感器，所述转动关节设置有角位置传感器，所述线性装置设置有高精度线性位置传感器。

5.根据权利要求3所述的精密测量六自由度并联机构动平台位姿的装置，其特征在于，所述线性装置包括固定构件和移动构件，所述固定构件第一端通过所述第二万向节与所述第二动平台转动连接，所述移动构件滑动设置于所述固定构件内部，且具有延伸出所述固定构件第二端的延伸端，所述移动构件的延伸端通过所述第一万向节与所述第一动平台转动连接。

6.根据权利要求5所述的精密测量六自由度并联机构动平台位姿的装置，其特征在于，所述移动构件的延伸端通过所述转动关节与所述第一万向节转动连接。

7.根据权利要求1所述的精密测量六自由度并联机构动平台位姿的装置，其特征在于，固定的相对姿态包括所述第一动平台与所述第二动平台平行。

8.根据权利要求1所述的精密测量六自由度并联机构动平台位姿的装置，其特征在于，固定的相对姿态包括所述第一动平台与所述第二动平台平行，且所述第一动平台的中心与所述第二动平台的中心构成的直线垂直于所述第一动平台。

9.根据权利要求1所述的精密测量六自由度并联机构动平台位姿的装置，其特征在于，固定的相对姿态包括初始位置，所述初始位置为所述第一动平台、所述第二动平台以及所述定平台平行，且所述第一动平台的中心、所述第二动平台以及所述定平台的中心构成的直线垂直于所述第一动平台。

10.一种精密测量六自由度并联机构动平台位姿的方法，其特征在于，利用权利要求1-9中的任一精密测量六自由度并联机构动平台位姿的装置进行测量第一六自由度并联机构的位置与姿态，包括以下步骤：

驱动所述第二动平台相对于所述第一动平台以一固定的相对姿态运动；以及

基于所述固定的相对姿态和所述连接器的姿态获取所述第一动平台的位姿。

Images