CN110653803A - 适合低矮空间的六自由度并联调姿平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适合低矮空间的六自由度并联调姿平台，其包括车体和三个相同的六自由度的调姿支链腿；车体包括六边形的框架结构和外侧上下两罩体。锂电池、控制柜布置于框架内，倾角仪位于车底正中，激光测距仪其中四个面上。每个调姿支链腿包括转向、升降以及行走部分，转向双由电机驱动齿轮、带动转盘轴承转动；升降电机经过同步带传动通过丝杠丝母完成升降动作；行走则经同步带传动由电机驱动，并在这三部分上分别安装了力位传感器。通过地面封闭、形成3‑R_zP_zR_yS⁺六自由度并联机构。本发明实现了平台的六自由调姿并具有全向运动功能，采用卧式结构、适应低矮的操作空间，大大缩短了以往人工调姿的工作周期，可搭载机械臂等，使得操作工作空间提高并更加灵活。

Description

适合低矮空间的六自由度并联调姿平台

技术领域

本发明属于智能化操作装备技术领域，涉及一种适合低矮空间的六自由度并联调姿平台。

背景技术

随着装配技术的发展与加工作业要求的提高，用于对产品加工的机器人专业分工越来越细，针对性越来越强。而以往待加工的产品对机械手臂操作要求比较简单，对所操作的对象精准操控能力较弱，一般流水线上的串联机械手臂受固定位置影响只能完成较简单的步骤。六自由度并联调姿平台不仅能像一般操作、装卸设备具有提升、移动机械手臂的功能，更具有精确调节操作对象的空间位置和姿态的能力，利用该平台六自由的调姿机械臂平台不再受固定位置限制及机械手臂自身操作空间的限制，且由于一般工厂的作业空间范围较大，有时也需完成较低空间内的产品加工。随着自动化和智能化技术的发展，机械加工逐渐由原来的工人操作、半机械化操作发展到了机械化操作，并且正在逐步实现全自动化流水线作业的智能化无人工厂。然而在航空工业中的具有代表形的大型飞机的部分大部件加工等操作依然由人工来完成，这种工作方法制造周期长、装配环节多、工艺技术复杂，其可变性、可重构性差，已不能满足现代飞机装配的效能要求。其他各种大型设备如导弹、火箭、卫星等的装配和试验过程中，由于大型装备的零件数量多，外形结构比较复杂，以及加工过程中还具有部件之间协调准确性的要求和外形部分准确度的要求，所以加工劳动力强度大，加工精度要求较高，加工技术难度较大的特点，重要的是，由于这些加工行业产量少、部件大，无法形成现在一般工厂的流水线多个固定位置的机械臂加工的流水线，因此显然需要六自由度并联调姿平台来完成一般的加工机械臂的移动和调姿。

并且现有技术中，运输车与调姿平台为两套系统，其中存在的问题为装置复杂或以运输车为主并仅具有简单的调姿装置，装配精度较低。申请号为201721567896.7的专利文献中公开了一种工业自动化运输小车，该设备可以完成侧翻动作，然而只能实现小车的卸货功能。申请号为201710180215.X的专利文献中公开了一种基于AGV智能并联机器人的飞机舱门智能安装方法，这种设备虽然具有运输功能并能多轴调姿但调姿系统由六个伸缩杆组成，结构十分复杂占用较大的载重且姿态控制较复杂。申请号为201220133929.8的专利文献中公开了一种三轮足式串并混联机器人，其中运动支链由六个转动关节完成六自由度运动，每个关节具有单独的电机和编码器，但是其结构复杂，完成特定姿态控制较难，且支链全部由转动副连接承载较差，控制精度较低。

综上所述，调姿平台具有运输功能一部分只能完成水平方向的翻转，在无人仓库的运行使用中有一定的局限性。而能完成六自由度调姿并具有运输功能的平台，调姿平台与运输系统分离，装置复杂；或每个支链需要控制的自由度较多，且结构复杂。因此需要一个结构简单承载较强并具有较高调姿精度的平台，为完成较全空间的作业还需平台具有一定的低矮空间适应性。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种可全向行走、适合低矮空间的六自由度并联调姿平台，其包括车体和三个相同的六自由度的调姿支链腿。车体包括六边形的框架结构和外侧上下两罩体。电池单元、控制柜布置于框架内，倾角仪位于车底正中，激光测距仪其中四个面上。每个调姿腿包括转向部分、升降部分以及行走部分，转向部分由双电机驱动齿轮、转盘轴承转动；升降电机经过同步带传动、丝杠丝母完成升降动作；行走部分则经同步带传动由电机驱动，并在这三部分上分别安装了力位传感器。

三个调姿支链腿为地面封闭六自由串联机构，构型R_zP_zR_yS⁺；三条腿采用三角形布局与车体固联。其中每条腿的转动副Rz的轴线、移动副Pz移动方向彼此平行并垂直车体动平台、及转动副Ry。构成一种新的三支链腿、无冗余或虚拟腿的可全向行走的六自由度并联调姿机构，构型3-RzPzRyS+。

本发明实现了平台的六自由度调姿并具有全向运动，并适应低矮的操作空间，大大缩短了以往人工调姿的工作周期，而搭载了机械臂后，使得以往的流水线上的固定位置的机械臂的工作空间提高并更加灵活。

进一步地，本发明的每个支链只需三个主动控制量的输入即可完成整机六自由度的支链调姿运动，控制过程简单；支链竖直方向升降由丝杠完成，而车体的方钢框结构具有一定的承载性，所以平台稳定，调姿精度较高；由于支链的特殊设计车体整体较低，能够完成低矮空间的产品加工。

具体地，本发明的技术方案如下：

本发明提供一种可全向行走、适合低矮空间的六自由度并联调姿平台，其包括车体和多个调姿腿，所述调姿腿与车体相连并且通过调姿腿外壳体与车体固定；

所述车体包括车体框架和控制组件；所述车体框架为六边形框架，所述车体框架的侧部、上部以及下部分别设置有罩体；

所述控制组件包括电池单元、控制柜、倾角仪以及激光测距仪；所述激光测距仪设置在所述车体上，其配置用于测距防撞，所述倾角仪设置在车体底部，所述控制柜和电池单元设置在车体内部；

多个调姿腿的结构相同，所述调姿腿为六自由度串联机构RzPzRyS+，所述调姿腿包括转向部分、升降部分和行走部分，所述转向部分的外壳体的外侧连接车体，所述外壳体的内侧安装有转角编码器和两个转向电机，所述转向电机的输出轴连接有转向减速器，所述转向减速器的第一端安装有转向扭矩传感器，所述转向减速器的输出轴连接有小齿轮，所述小齿轮与转盘轴承大齿轮啮合，在转向电机的带动下驱动车轮转向；

所述升降部分包括设置在底部的L形连接板和设置在侧面的连接板，所述L形连接板的下侧连接齿轮转盘轴承固定环上，侧面的连接板连接丝母架、套筒传感器、滑块和丝母，

所述基板的内侧设置有与滑块和丝母配合的导轨和丝杆，所述基板外侧设置有升降电机，

所述升降电机的输出轴连接有升降减速器，所述升降减速器的第一端安装有升降扭矩传感器，所述升降减速器的输出轴连接有同步带，所述同步带在所述升降电机的带动下驱动丝杠转动，使基板带动下侧行走部实现上下运动，完成车体升降；

所述行走部分包括车轮、转角仪和车轮轴，所述车轮轴上固定安装有车轮，所述车轮与所述车轮轴之间安装有所述转角仪，所述车轮轴安装在L形支撑座和基板间；L形支撑座上侧安装的行走电机通过减速器和扭矩传感器通过同步带传动驱动车轮轴转动。

优选地，所述调姿腿为串联构型R_zP_zR_yS⁺调姿腿，所述多个调姿腿为三个结构相同的调姿腿，三个调姿腿在车体六边形的两个直角底角及顶边正中对称分布，其具有全向运动与定点调姿功能。

优选地，所述倾角仪为车身倾角仪。

优选地，所述上罩体的上侧和下侧分别设置有橡胶防撞条。

优选地，所述上罩体的侧部的四个侧面的下部分别设置有开口，所述开口处对应的车体框架上设置所述激光测距仪，所述激光测距仪的配置用于测量车体与其他物体之间的距离，以防止车体发生碰撞，所述下罩体的底部中心处设有车身倾角仪，所述车身倾角仪的配置用于实时测量车体姿态。

优选地，所述调姿腿的外壳体与车体框架前后的方钢横梁通过螺栓固定连接。

优选地，所述车体外侧、上部以及下部分别设置罩体。

优选地，所述电池单元和控制柜布置于车体框架内，所述电池单元分别与调姿腿的电机以及控制柜电连接，其为各调姿腿的电机以及车体内部的控制柜提供动力。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明能够以较小空间转向或者向任意方向移动，并能够实现搭载的对接部件六自由度的姿态的调整。每个调姿腿均可实现在车体垂直方向的升降，实现车体纵向的提升和向各个方向的翻转，大大缩短了以往人工对接的工作周期，而搭载了串联机械手臂后，使得以往的流水线上的固定位置的机械臂的工作空间大大提高并使得机械臂的更加机动灵活。

三支链腿并联调姿机构车既无冗余、也无虚拟腿，地面封闭、完全自适应。结构简单、能耗低，适合于小物件搬运、搭载操作工具类。

本发明中的车的整体结构更为简单。不需要运输和调姿两个设备，使车身结构更为精简，减轻车重，也可为对接部件转场，调姿与运输更加智能。且车体高度较低能适应低矮的工作环境。而平面转动模块与升降模块通过齿轮轴承连接，即升降模块贯穿整个转动模块，这种升降模块随车轮转向转动的独特结构设计使得当车体降至最低时，车体底面与地面距离只有半个车轮高度，使车轮的自身高度包含调姿腿内部升降行程内，有效降低车的高度。即地面条件允许的情况下，调姿腿底部可以足够接近地面，从而有效地降低了车体的整体高度，使得整个调姿平台能适应低矮的工作环境，而搭载的机械臂也能完成较低位置的产品加工。

附图说明

图1为本发明的适合低矮空间的六自由度并联调姿平台的结构示意图；

图2为本发明的适合低矮空间的六自由度并联调姿平台的去除罩体车内部示意图；

图3为本发明的适合低矮空间的六自由度并联调姿平台的车体框架的示意图；

图4为本发明的适合低矮空间的六自由度并联调姿平台的R_zP_zR_yS⁺调姿腿立体的示意图；

图5a为本发明的适合低矮空间的六自由度并联调姿平台的R_zP_zR_yS⁺调姿腿部分升降模块和行进模块的主视图；

图5b为本发明的适合低矮空间的六自由度并联调姿平台的R_zP_zR_yS⁺调姿腿部分升降模块和行进模块的右视图；

图6a为本发明的适合低矮空间的六自由度并联调姿平台的R_zP_zR_yS⁺调姿腿俯视图；以及

图6b为本发明的适合低矮空间的六自由度并联调姿平台的R_zP_zR_yS⁺调姿腿的A-A半剖图。

附图标记编号如下：1-橡胶防撞条、2-上罩体、3-R_zP_zR_yS⁺调姿腿、4-下罩体、5-车身倾角仪、6-激光测距仪、7-锂电池、8-控制柜、9-车体框架、10-托板。

升降部分包括：101-升降电机、102-升降减速器、103-位移传感器、104-升降支座、105-升降部分主动带轮、106-升降部分同步带、107-升降部分从动带轮、108-导轨、109-滑块、110-力传感器、111-轴承支座、112-连接板、113-丝杠、114-丝母、115-丝母架、116-升降部分扭矩传感器、117-L型连接板、118-基板。

转向部分包括：206(206’)-转向电机、207(207’)-转向减速器、208(208’)-转向扭矩传感器、209(209’)-转向小齿轮、210-编码小齿轮、211-转角编码器、212-编码器支撑座、213-齿轮轴承、214-外连接体、215(215’)-转向支座、216-外壳体。

行走部分包括：301-行走电机、302-行走减速器、303-行走部分扭矩传感器、305-车轮、306-行走部分转角仪、307-L型支座、308-行走部分主动带轮、309-行走部分同步带、310-行走部分从动带轮、311-车轮轴。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。

本发明的适合低矮空间的六自由度并联调姿平台，适合低矮空间，并能够进行六自由度高精度调姿及全向运动，本发明的六自由度并联调姿平台具有地面适应性。本发明的每个支链只需三个主动控制量的输入即可完成整机六自由度的支链调姿运动，控制过程简单，且支链竖直方向升降由丝杠完成，车体的方钢框结构具有一定的承载性，平台稳定，调姿精度较高，由于支链的特殊设计车体整体较低，能够完成低矮空间的产品加工。

具体地，如图1至图6所示的，本发明实施例中的适合低矮空间的六自由度并联调姿平台是一种开放定平台的新型3-R_zP_zR_yS⁺并联机构，本发明属于全向行走调姿车平台。可成为未来典型智能装备之一。

如图1所示，本发明包括调姿腿3和车体，调姿腿3与车体相固连。三个调姿支链腿为地面封闭六自由串联机构，构型R_zP_zR_yS⁺；三条腿采用三角形布局与车体固联。每条腿的转动副Rz的轴线、移动副Pz移动方向彼此平行并垂直车体动平台、及转动副Ry。构成一种三支链腿、无冗余或虚拟腿的可全向行走的六自由度并联调姿机构3-RzPzRyS+。

优选地，调姿腿3的数量为三条，且各调姿腿3的结构相同。具体地，三个调姿腿3通过调姿腿外壳体与车体固定，在车体的框架结构上用螺栓固定，以车体六边形的两个直角底角及顶边正中对称分布，其具有全向运动与定点调姿功能。

更进一步地，调姿腿3为R_zP_zR_yS⁺调姿腿，三个调姿腿3的结构相同。车体框架9由可承载的方钢制成。

优选地，车体包括车体框架9和控制组件。如图1至图3所示，车体框架9为六边形框架，车体框架9的侧部、上部以及下部分别设置有罩体。

控制组件包括电源单元、控制柜8、倾角仪以及激光测距仪6。倾角仪为车身倾角仪5。本实施例中，电源单元为锂电池7。激光测距仪6的数量设置为四个，四个激光测距仪6分布于车体互相垂直的四个面。

车体框架9设置有横梁，调姿腿3的外壳体连接至车体框架9的横梁，也就是说，车体框架9的前后都有用来连接定位3个调姿腿外壳体的横梁。车体框架9的中间搭载控制组件，例如，可以安装锂电池7及控制柜8。

罩体包括侧部罩体、上罩体2和下罩体4。进一步地，上罩体2和侧部罩体为一体结构，上罩体2的四周的中间位置，也就是侧部罩体的四周的中间位置分别设置激光测距仪6，上罩体2与侧部罩体连接处设置第一橡胶防撞条，侧部罩体与下罩体4连接处设置有第二橡胶防撞条，也就是说，侧面上下分别固定了橡胶防撞条，以便减缓小车发生碰撞时对车体的伤害。

下罩体4的底部的中心点安装了车身倾角仪5。车身倾角仪5测量本发明中的车体在水平方向上的倾斜角度并传给控制柜8。

控制柜8安装至车体框架9的内部，进一步地，控制柜8固定在车体框架9的底板上。控制柜8收集来自车身倾角仪5、激光测距仪6及各个调姿腿3的多个信号，控制车的运行轨迹及实时调整姿态。

安装在车体框架9四周上的激光测距仪6实现了车在全向运动时与环境状况的360度测距，有效防止碰撞发生。

锂电池7设置在车体框架9的内部。优选地，锂电池7固定至车体框架结构上，锂电池7分别与各调姿腿8的电机以及控制柜8电连接，为3个调姿腿的电机以及车体上的控制柜提供动力。

优选地，控制柜8和锂电池7通过托板10进行支撑。激光测距仪6设置在车体的框架结构的内部。

调姿腿为六自由度调姿机构。调姿腿3包括平面转动模块、与车体垂直的升降模块和车轮行进模块，通过这三部分分别实现调姿腿的R_zP_zR_y这三个主动自由度，而车轮305与地面接触时，可与地面构成封闭，并且可发生绕x轴、y轴和z轴的不等量转动，故可等效为非标准球面接触的S副，为区别于普通S副，将其定义为S⁺副，因而构成S⁺副连接即调姿腿的六自由度运动。平面转动模块与升降模块通过齿轮转盘轴承连接，即升降模块贯穿整个转动模块，这种结构设计使得当车体降至最低时，车体底面与地面距离只有半个车轮高度，有效降低车的高度。

其中，转向部分通过平面转动模块实现，平面转动模块包括转向电机206、转向减速器207、转向小齿轮209、齿轮转盘轴承、外连接体、转向扭矩传感器208、转角编码器211以及外壳体。齿轮转盘轴承分为外齿面端和内固定环端，外齿面端和内固定环端通过滚珠进行配合传动，齿轮转盘轴承的外齿面端与外连接体固定连接，齿轮转盘轴承的内固定环端与外壳体第一端面固定连接；两个转向小齿轮分别与两个转向扭矩传感器208的输出端通过键连接，并与齿轮转盘轴承的外齿面端啮合，呈对称布置，其中转向扭矩传感器208用于检测转向电机206的输出转矩；转向扭矩传感器208、转向减速器207和转向电机206依次连接，转向扭矩传感器208与转向支座固定连接，转向支座分别与外壳体的第二端面、第三端面固定连接，在两转向小齿轮之间设有编码小齿轮，编码小齿轮与齿轮轴承外齿面端进行啮合，编码小齿轮与转角编码器连接，转角编码器与编码支撑座固定连接，编码支撑座与外壳体的第二端面固定连接。

升降部分通过升降模块实现，包括升降电机、升降减速器、升降部分主动同步带轮、升降部分从动同步带轮、升降部分同步带、升降部分轴承支座、升降支座、基板、丝杠、丝母、丝母架、导轨、滑块、连接板、升降部分扭矩传感器、力传感器和位移传感器。其中，升降电机、升降减速器和升降部分扭矩传感器依次相连，升降部分扭矩传感器与升降支座固定连接，升降支座与基板第二端面的上半部分固定连接，其中升降部分扭矩传感器用以检测升降电机的驱动力矩；升降部分扭矩传感器与升降部分主动带轮连接，升降部分从动带轮与丝杠的上端通过键连接，升降部分主动带轮和升降部分从动带轮通过升降部分同步带连接与传动，丝杠支撑固定于两升降部分轴承支座之间，并通过两升降部分轴承支座与基板的第一端面固定连接；丝杠与丝母连接，丝母、力传感器、丝母架三者连接，力传感器测量丝母与丝杠的作用力；丝母架与接口板的第一端面固定连接，在接口板第一端面的两侧分别固定连接有两个滑块，在基板第一端面的两侧固定连接有导轨，导轨与滑块滑动连接构成移动副，可实现相对直线运动，在基板的第三端面设有位移传感器，其中位移传感器用于测量升降部分滑块的升降高度。

行走部分通过行走模块实现，行走模块包括行走电机301、行走减速器302、车轮305、车轮轴311、L型支座307、行走部分扭矩传感器303和行走部分转角仪306。车轮的驱动方式为同步带传动，行走扭矩传感器303与主动轮连接，车轮轴311的第二端与行走部分从动带轮通过键连接，并通过轴承支撑于L型支座307的第一端面，车轮305的第一端通过轴承支撑于基板第二端面的下凸台，主动轮和从动轮通过同步带进行连接和传动；行走电机301、行走减速器302和行走扭矩传感器303依次相连，行走扭矩传感器303与L型支座307的第二端面固定连接。

上述行走部分的车轮轴的第一端通过轴承支撑于升降部分基板第二端面的下端凸台，升降部分的L型连接板与转向部分的外连接体固定连接。转向部分的转向小齿轮在转向电机206的驱动下，可带动齿轮轴承外齿面端实现绕Z轴的转动；升降部分的带轮在升降电机的驱动下，带动丝杠转动，使得丝母带动接口板及转向部分的上升与下降，从而实现沿Z方向的移动；行进部分的车轮在行走电机的驱动下，可实现绕Y方向的转动；在行进部分的配合下，地面S副部分可实现沿X、Y方向的移动以及绕X轴的转动。因此构成六自由度串联支链腿机构单元的R_zP_zR_yS⁺构型。

六自由度调姿过程如下：

绕X轴翻转：运输车动平台静止状态下，平台绕X轴向前翻转，前轮、后轮同时靠行进驱动电机锁死，防止车的位置在调姿时位置窜动，控制柜操作屏在被输入相应的翻转角度后，计算后面两调姿腿的对应的后面两个调姿腿由升降驱动电机驱动一起以相同速度向上抬升，随后后腿降低，向后翻转则抬升前腿、同时降低后腿。

绕Y轴翻转：运输车动平台静止状态下，平台绕Y轴向右翻转，前轮、后轮同时靠行进驱动电机锁死，控制柜操作屏在被输入相应的翻转角度后，右后轮降低，左后轮抬升，前轮调整至两轮位置中点，向左翻转则降低左后腿降低右后腿，前腿同样相应调整。

绕Z轴转动：将车体调整至水平状态，3个驱动轮依次转向，使3个轮的转动轴交于工作需要的车体动平台转动中心，转向轴驱动电机锁死，三个轮子行走电机以相同的速度转动至需要姿态。

沿X、Y轴平移：将3个轮子分别调转至X、Y轴方向，行走同步电机驱动即可。

沿Z轴平移：3个调姿腿3的升降电机同步驱动，完成Z轴的升降。

以下结合附图对本发明进行详细描述。在以下描述中，上罩体和侧部罩体集成为一个整体，统称为上罩体2。如图1所示，上罩体2上下两侧贴有橡胶防撞条1，上罩体的侧部的四个侧面的下部设置有开口，从该开口处露出固定在车体框架9上的激光测距仪6，通过激光测距仪6测量车体与其他物体之间的距离，以防止车体发生碰撞，在下罩体4的底部的中心处设有车身倾角仪5，以实时测量车体姿态。如图4所示，调姿腿外壳体与车体框架9前后的上下方钢横梁通过螺栓固定连接，车体框架9具体外形如图3所示。

如图5a、图5b、图6a和图6b所示的R_zP_zR_yS⁺支链腿单元升降部分中，升降电机101、升降减速器102和升降部分扭矩传感器116依次连接，升降部分扭矩传感器116与升降支座104固定连接，升降支座104与基板118第二端面的上半部分固定连接，其中升降部分扭矩传感器116检测升降电机101的驱动力矩；升降部分扭矩传感器116的输出端与升降部分主动带轮105通过键进行连接，升降部分从动带轮107与丝杠113通过键进行连接，升降部分主动带轮105和升降部分从动带轮107通过升降部分同步带106进行连接与传动；如图6所示，丝杠113通过轴承支座111支撑固定于基板118的第一端面，丝杠113与丝母114螺纹配合，丝母114与丝母架115连接，在丝母114与丝母架115的连接处设有力传感器110，用于检测丝母114所受的力；丝母架115通过螺栓与连接板112的第一端面进行连接，如图6所示，在连接板112第一端面的两侧分别固定连接有两个滑块109，在基板118第一端面的两侧固定连接有导轨108，导轨108与滑块109滑动连接构成移动副，可实现相对直线运动，在基板118的第三端面设有位移传感器103，其中位移传感器103用于升降部分滑块109的升降高度。

如图4、图6a和图6b所示的R_zP_zR_yS⁺支链腿单元转向部分，齿轮转盘轴承213的外齿面端与外连接体214固定连接，齿轮转盘轴承213的内固定环端与外壳体216固定连接，在齿轮转盘轴承213两侧对称分布啮合有转向小齿轮209和209’，转向小齿轮209，209’与转向扭矩传感器208，208’的输出端通过键进行连接，转向扭矩传感器208，208’、转向减速器207，207’和转向电机206，206’依次相连，转向扭矩传感器208，208’分别与转向支座215，215’连接，转向支座215，215’分别于外壳体216的第二端面，第三端面固定连接，其中转向扭矩传感器208，208’用于检测转向电机206，206’的驱动力矩；在两转向小齿轮之间设有编码小齿轮210与齿轮轴承213外齿端面啮合，编码小齿轮210与转角编码器211通过键连接，转角编码器211与编码支撑座212固定连接，其中转角编码器211用于检测齿轮轴承213外齿面端所转过的角度，通过运用在齿轮轴承213外齿面端两侧分别啮合有两个转向小齿209，209’的配合方式，有效地消除了齿轮传动产生的间隙。

如图5所示的R_zP_zR_yS⁺支链腿单元行走部分，车轮305与车轮轴311固定连接后，车轮轴311的第二端通过轴承支撑于L型支座307的第二端面，并穿过L型支座307的第一端面与行走部分从动同步带轮310通过键进行连接，行走部分转角仪306设于车轮轴第二端与L型支座307第二端面的接合处，其中行走部分转角仪306用于检测车轮305转过的角度；车轮轴311的第一端通过轴承支撑于基板118第二端面的凸台，行走电机301、行走减速器302和行走部分扭矩传感器303依次相连，行走部分扭矩传感器303与L型支座307第一端面固定连接，行走部分扭矩传感器303的输出端与行走部分主动带轮308通过键进行连接，行走部分主动带轮308与行走部分从动带轮310通过行走部分同步带309进行连接与传动，其中行走部分扭矩传感器303用于检测行走电机301的驱动力矩。

六自由度并联调姿平台工作过程如下：

绕X、Y轴翻转，控制人员将需要的姿态信号输入控制柜8后，通过车体底部的倾角仪来测定车体平台的此时倾斜角度，计算出到达目标姿态每个调姿腿要升降的具体数值，驱动各调姿腿的升降模块的升降电机101，该电机通过升降减速器102带动传动皮带转动，连接在升降部分从动带轮107的丝杠113一同转动，丝母114也随之平行于调姿腿基板118上下滑动。与丝母架115固定连接的连接板112和L型连接板117以及外连接体214都与车体相对静止，从而实现了车体该部分的升降，而不同位置的不同升降具体，完成了车体绕X、Y轴的翻转。

绕Z轴转动，控制人员将选定的垂直转动轴位置和转动角度输入控制柜8，通过转角编码器211来计算当前车轮的转角，控制柜计算出每个车轮以此转动中心需要转动的角度并驱动每个腿的两个转向电机206，经过两对称齿轮的传动和减速，外连接体214转动带动行走部分整体转动，车轮305改变方向，3个车轮依次转向完成后，转向电机锁死，控制柜同时驱动3个车轮的行走电机310以相同速度经过同步带传动带动轮子行走一定圆弧，以此实现车体绕特定旋转轴转过一定角度。

沿X、Y轴平移，控制人员选定行进方向和平移的距离并输入控制柜8，控制柜通过转角编码器211来计算当前车轮的转角，控制柜算出每个车轮转至需要方向的角度，并驱动每个调姿腿的两个转向电机206、206’，经过对称啮合的齿轮减速，外连接体214转动带动行走部分整体转动，3个车轮都依次转至需要的行进方向后，转向电机锁死，3个行走电机310以相同的速度转动，车体平移至工作位置。

沿Z轴平移，控制人员输入Z轴的平移命令，3个调姿腿的升降模块的驱动升降电机101同时开始启动，带传动使丝杠113转动，丝母114也随之升降，并与丝母架115固定连接的连接板112和L型连接板117以及外连接体214都与车体相对静止，从而实现了车体该部分的升降。

当小车进行转场工作或工作地面平整度较低时，升降模块的套筒传感器，例如，力传感器，实时测量出每个调姿腿的受力，当某一腿受力过大时，升降驱动电机101启动，当套筒传感器测量该腿受力恢正常时电机停止，以此补偿地面的平整误差。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，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。

Claims (9)

1.一种适合低矮空间的六自由度并联调姿平台，其特征在于，其包括车体和多个调姿腿，所述调姿腿与所述车体相连并且通过调姿腿的外壳体与所述车体固定；

所述车体包括车体框架和控制组件；所述车体框架为六边形框架，所述车体框架的侧部、上部以及下部分别设置有罩体；

所述控制组件包括电池单元、控制柜、倾角仪以及激光测距仪；所述激光测距仪设置在所述车体上，其配置用于测距防撞，所述倾角仪设置在车体底部，所述控制柜和电池单元设置在车体内部；

多个所述调姿腿的结构分别相同，所述调姿腿为六自由度调姿腿，所述调姿腿包括转向部分、升降部分和行走部分，所述转向部分的外壳体的外侧连接车体，所述外壳体的内侧安装有转角编码器和两个转向电机，所述转向电机的输出轴连接有转向减速器，所述转向减速器的第一端安装有转向扭矩传感器，所述转向减速器的输出轴连接有小齿轮，所述小齿轮与齿轮轴承转动体啮合，在转向电机的带动下驱动车轮转向；

所述升降部分包括设置在底部的L形连接板和设置在侧面的连接板，所述L形连接板的下侧连接齿轮轴承固定环，侧面的连接板连接丝母架、套筒传感器、滑块和丝母；

所述基板的内侧设置有与滑块和丝母配合的导轨和丝杆，所述基板外侧设置有升降电机；

所述升降电机的输出轴连接有升降减速器，所述升降减速器的第一端安装有升降扭矩传感器，所述升降减速器的输出轴连接有同步带，所述同步带在所述升降电机的带动下驱动丝杠转动；以及

所述行走部分包括车轮、转角仪和车轮轴，所述车轮轴上固定安装有车轮，所述车轮与所述车轮轴之间安装有所述转角仪，所述车轮轴安装在L形支撑座和基板间；L形支撑座上侧安装的行走电机通过减速器和扭矩传感器通过带传动驱动车轮轴转动。

2.如权利要求1所述的适合低矮空间的六自由度并联调姿平台，其特征在于，所述多个调姿腿为三个结构相同的R_zP_zR_yS⁺调姿腿，三个调姿腿在车体的六边形框架的两个直角底角及顶边正中对称分布，其具有全向运动与定点调姿功能。

3.如权利要求1所述的适合低矮空间的六自由度并联调姿平台，其特征在于，所述倾角仪为车身倾角仪。

4.如权利要求1所述的适合低矮空间的六自由度并联调姿平台，其特征在于，所述上罩体的上侧和下侧分别设置有橡胶防撞条。

5.如权利要求1所述的适合低矮空间的六自由度并联调姿平台，其特征在于，所述上罩体的侧部的四个侧面的下部分别设置有开口，所述开口处对应的车体框架上设置所述激光测距仪，所述激光测距仪的配置用于测量车体与其他物体之间的距离，以防止车体发生碰撞，所述下罩体的底部中心处设有车身倾角仪，所述车身倾角仪的配置用于实时测量车体姿态。

6.如权利要求1所述的适合低矮空间的六自由度并联调姿平台，其特征在于，所述调姿腿的外壳体与车体框架前后的方钢横梁通过螺栓固定连接。

7.如权利要求1所述的适合低矮空间的六自由度并联调姿平台，其特征在于，所述车体外侧、上部以及下部分别设置罩体。

8.如权利要求1所述的适合低矮空间的六自由度并联调姿平台，其特征在于，所述电池单元和控制柜布置于车体框架内，所述电池单元分别与调姿腿的电机以及控制柜电连接，为各调姿腿的电机以及车体内部的控制柜提供动力。

9.根据权利要求1所述的适合低矮空间的六自由度并联调姿平台，其特征在于：三个调姿支链腿为地面封闭六自由串联机构，构型R_zP_zR_yS⁺；三条腿采用三角形布局与车体固联；每条腿的转动副Rz的轴线、移动副Pz移动方向彼此平行并垂直车体动平台、及转动副Ry；整体构成一种三支链腿、无冗余或虚拟腿的可全向行走的六自由度并联调姿机构，构型3-RzPzRyS+。

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