CN111168653A - 并联式位姿调整装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种并联式位姿调整装置，包括定平台、负载平台、驱动支腿及铰链组件。铰链组件包括间隔地设置于定平台的第一铰链组件以及间隔地设置于负载平台的第二铰链组件，第一铰链组件与第二铰链组件错开设置。第一铰链组件将驱动支腿的一端铰接于定平台，第二铰链组件将驱动支腿的另一端铰接于负载平台。铰链组件包括安装架、偏置铰链块以及安装于偏置铰链块内的铰链轴，安装架设有第一安装部以及第二安装部，第一安装部与第二安装部均设置有一个偏置铰链块。一个铰链组件可以同时连接两个驱动支腿，这样便于安装，并且可提高装配精度及降低装配难度。此外，通过偏置铰链将驱动支腿与定平台、负载平台连接，可增大工作空间及提高结构刚度。

Description

并联式位姿调整装置

技术领域

本发明涉及并联机构技术领域，特别是涉及一种并联式位姿调整装置。

背景技术

并联调整机构具备承载能力强、动态性能好、刚度大以及精度高等特点，被广泛应用于天文望远镜、工业机器人、运动模拟器等领域。在天文学领域，随着技术的不断进步，对于大口径、高分辨率天文望远镜的需求越来越大。由于受到发射过程中运载条件以及在轨姿态调整时环境条件的影响，天文望远镜中光学元件的位姿会发生偏移，导致成像质量下降。为了保证成像质量，需要校正光学元件的相对位姿，使位姿误差处于允许的精度范围内。传统的位姿调整装置的装配精度低，并且装配难度大。

发明内容

基于此，有必要提供一种并联式位姿调整装置，能够提高装配精度以及降低装配难度。

一种并联式位姿调整装置，包括定平台、负载平台、多个驱动支腿以及铰链组件，所述铰链组件包括间隔地设置于所述定平台的第一铰链组件以及间隔地设置于所述负载平台的第二铰链组件，所述第一铰链组件与所述第二铰链组件错开设置，所述第一铰链组件将所述驱动支腿的一端铰接于所述定平台，所述第二铰链组件将所述驱动支腿的另一端铰接于所述负载平台；所述铰链组件包括安装架、偏置铰链块以及安装于所述偏置铰链块内的铰链轴，所述安装架设有第一安装部以及第二安装部，所述第一安装部与所述第二安装部均设置有一个所述偏置铰链块。

上述并联式位姿调整装置至少具有以下优点：

上述方案提供一种并联式位姿调整装置，通过第一铰链组件将驱动支腿的一端铰接于定平台，第二铰链组件将驱动支腿的另一端铰接于负载平台。驱动支腿的伸缩运动可以带动负载平台运动，从而实现负载平台位置以及姿态的调整，使位姿误差处于允许的精度范围内。铰链组件的安装架包括第一安装部以及第二安装部，在第一安装部与第二安装部均设置有偏置铰链块，则一个铰链组件可以连接两个驱动支腿，这样便于安装驱动支腿，并且可以有效地提高装配精度以及降低装配难度。此外，通过偏置铰链将驱动支腿的两端分别与定平台、负载平台连接，这样可以获得较大的工作空间以及更高的刚度。

下面进一步对技术方案进行说明：

在其中一个实施例中，所述安装架包括安装板、分别位于所述安装板两端的第一连接板以及第二连接板，所述第一连接板设有两个，两个所述第一连接板相对设置于所述安装板的两侧，所述第一连接板设有用于安装所述铰链轴的第一安装孔，以形成所述第一安装部；所述第二连接板设有两个，两个所述第二连接板相对设置于所述安装板的两侧，所述第二连接板设有用于安装所述铰链轴的第二安装孔，以形成所述第二安装部。

在其中一个实施例中，所述驱动支腿设有六个，所述第一铰链组件与所述第二铰链组件均设有三个，两个所述驱动支腿的一端分别铰接于同一个所述第一铰链组件的第一安装部与第二安装部，两个所述驱动支腿的另一端分别铰接于相邻两个所述第二铰链组件。

在其中一个实施例中，所述第一铰链组件的转动角度与所述第二铰链组件的转动角度均小于60°。

在其中一个实施例中，所述铰链轴包括第一铰链轴与第二铰链轴，所述第一铰链轴横向地安装于所述偏置铰链块，所述第二铰链轴纵向地安装于所述偏置铰链块，所述第一铰链轴与所述第二铰链轴不相交，所述第一铰链轴与所述第二铰链轴的偏移量为5mm～8mm。

在其中一个实施例中，所述驱动支腿包括驱动组件、保持架以及套设于所述保持架外的套筒，所述驱动组件包括伺服电机、联轴器、止推螺母、轴承、滚珠丝杠以及丝杠螺母，所述伺服电机与所述轴承均安装于所述保持架内，通过所述联轴器将所述滚珠丝杠连接于所述伺服电机的输出轴，所述轴承套设于所述滚珠丝杠外，所述止推螺母设置于所述联轴器与所述轴承之间，所述丝杠螺母套设于所述滚珠丝杠外。

在其中一个实施例中，所述保持架包括定位件以及支撑件，所述定位件包括间隔设置的第一定位板、第二定位板以及第三定位板，所述支撑件包括多个第一支撑板以及多个第二支撑板，多个所述第一支撑板间隔地设置于所述第一定位板与所述第二定位板之间，多个所述第二支撑板间隔地设置于所述第二定位板与所述第三定位板之间；所述第一伺服电机的一端安装于所述第一定位板，另一端安装于所述第二定位板；所述第二定位板的中部设有供所述伺服电机输出轴穿过的第一插接孔，所述第二定位板的侧部设有与所述伺服电机输出轴相适配的缺口；所述第三定位板设有第二插接孔，所述轴承位于所述第二插接孔内。

在其中一个实施例中，所述保持架一端设有第三连接板，所述第三连接板设有两个，两个所述第三连接板相对设置，所述第三连接板设有用于安装所述第一铰链组件的铰链轴的第三安装孔；所述套筒远离所述保持架的一端设有第四连接板，所述第四连接板设有两个，两个所述第四连接板相对设置，所述第四连接板设有用于安装所述第二铰链组件的铰链轴的第四安装孔。

在其中一个实施例中，所述驱动支腿的最大行程为100mm。

在其中一个实施例中，所述定平台包括第一平台块以及第一盖板，所述第一盖板盖设于所述第一平台块的表面；所述负载平台包括第二平台块以及第二盖板，所述第二盖板盖设于所述第二平台块的表面；所述并联式位姿调整装置还包括插座，所述插座包括第一插座以及第二插座，所述第一插座与所述驱动支腿的伺服电机电连接，所述第二插座用于电连接电控设备。

附图说明

图1为本发明一实施例的并联式位姿调整装置的结构示意图；

图2为本发明一实施例的并联式位姿调整装置中铰链组件的结构示意图；

图3为本发明一实施例的并联式位姿调整装置中安装架的结构示意图；

图4为本发明一实施例的并联式位姿调整装置中驱动支腿的结构示意图；

图5为图4中沿A-A方向的剖视图；

图6为本发明一实施例的并联式位姿调整装置中保持支架的结构示意图；

图7为本发明一实施例的并联式位姿调整装置中定平台的结构示意图；

图8为本发明一实施例的并联式位姿调整装置中负载平台的结构示意图。

附图标记说明：

10、定平台，11、第一平台块，12、第一盖板，13、插座，131、第一插座，132、第二插座，20、负载平台，21、第二平台块，22、第二盖板，30、驱动支腿，31、套筒，32、保持架，321、第三连接板，322、第四连接板，323、定位件，3231、第一定位板，3232、第二定位板，3233、第三定位板，3234、第一插接孔，3235、缺口，3226、第二插接孔，324、支撑件，3241、第一支撑板，3242、第二支撑板，33、驱动组件，331、伺服电机，332、联轴器，333、止推螺母，334、轴承，335、滚珠丝杠，336、丝杠螺母，337、限位块，40、铰链组件，41、第一铰链组件，42、第二铰链组件，43、安装架，431、第一安装部，432、第二安装部，433、安装板，434、第一连接板，435、第二连接板，44、偏置铰链块，45、铰链轴，451、第一铰链轴，452、第二铰链轴。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。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。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

请参阅图1、图2和图3，一实施例中的并联式位姿调整装置，包括定平台10、负载平台20、多个驱动支腿30以及铰链组件40。铰链组件40包括间隔地设置于定平台10的第一铰链组件41以及间隔地设置于负载平台20的第二铰链组件42，第一铰链组件41与第二铰链组件42错开设置。第一铰链组件41将驱动支腿30的一端铰接于定平台10，第二铰链组件42将驱动支腿30的另一端铰接于负载平台20。铰链组件40包括安装架43、偏置铰链块44以及安装于偏置铰链块44内的铰链轴45，安装架43设有第一安装部431以及第二安装部432，第一安装部431与第二安装部432均设置有一个偏置铰链块44。

上述的并联式位姿调整装置，通过第一铰链组件41将驱动支腿30的一端铰接于定平台10，第二铰链组件42将驱动支腿30的另一端铰接于负载平台20。驱动支腿30的伸缩运动可以带动负载平台20运动，从而实现负载平台20位置以及姿态的调整，使位姿误差处于允许的精度范围内。安装架43包括第一安装部431以及第二安装部432，在第一安装部431与第二安装部432均设置有一个偏置铰链块44，则一个铰链组件40可以同时连接两个驱动支腿30，这样便于安装，并且可以有效地提高装配精度以及降低装配难度。此外，通过偏置铰链将驱动支腿30的两端分别与定平台10、负载平台20连接，这样可以增大位姿调整装置的工作空间，同时提高位姿调整装置的刚度。

进一步地，请参阅图1、图2和图3，安装架43包括安装板433、分别位于安装板433两端的第一连接板434以及第二连接板435。第一连接板434设有两个，两个第一连接板434相对设置于安装板433的两侧，第一连接板434设有用于安装铰链轴45的第一安装孔，以形成上述的第一安装部431。第二连接板435设有两个，两个第二连接板435相对设置于安装板433的两侧，第二连接板435设有用于安装铰链轴45的第二安装孔，以形成上述的第二安装部432。可以理解的是，第一安装部431可以安装一个驱动支腿30，第二安装部432也可以安装一个驱动支腿30，则一个安装架43可以安装两个驱动支腿30，这样有利于提高装配精度，同时降低装配难度。

具体地，请参阅图1和图2，铰链轴45包括第一铰链轴451以及第二铰链轴452，第一铰链轴451横向地插设于偏置铰链块44，第二铰链轴452纵向地插设于偏置铰链块44，第一铰链轴451与第二铰链轴452不相交。可以理解的是，偏置铰链块44设置有两个插孔，两个插孔呈十字形设置，并且两个插孔不相交；第一铰链轴451与第二铰链轴452分别插设于两个插孔内。安装时，第一铰链轴451插设于第一安装孔内，第二铰链轴452用于连接驱动支腿30，这样便可通过铰链组件40将驱动支腿30的两端分别铰接于定平台10与负载平台20。

进一步地，第一铰链轴451与第二铰链轴452之间的偏移量为5mm～8mm。具体地，第一铰链轴451与第二铰链轴452的轴线中心垂直距离为5mm～8mm。偏移量在该范围内的铰链组件40，一方面可以保证驱动支腿30的正常运动，另一方面可以获得较大的工作空间以及更高的刚度。在本实施例中，第一铰链轴451与第二铰链轴452之间的偏移量为6mm。

在一个实施例中，请参阅图1和图3，驱动支腿30设有六个，第一铰链组件41与第二铰链组件42均设有三个。三个第一铰链组件41间隔地设置于定平台10，三个第二铰链组件42间隔地设置于负载平台20，通过第一铰链组件41与第二铰链组件42将六个驱动支腿30的两端分别铰接于定平台10与负载平台20，以形成六自由度的并联式位姿调整装置。具体地，两个驱动支腿30的一端分别铰接于同一个第一铰链组件41的第一安装部431与第二安装部432，两个驱动支腿30的另一端分别铰接于相邻两个第二铰链组件42。可以理解的是，铰接于同一个第一铰链组件41的两个驱动支腿30，其另一端铰接于不同位置处的第二铰链组件42，以确保驱动支腿30能够带动负载平台20进行位置以及姿态的调整。

具体地，请参阅图1，三个第一铰链组件41等间隔地设置于定平台10，三个第二铰链组件42等间隔地设置于负载平台20。在本实施例中，定平台10与负载平台20均为圆形结构。应当理解的是第一铰链组件41沿着定平台10的圆周方向等间隔设置，第二铰链组件42沿着负载平台20的圆周方向等间隔设置。

进一步地，第一铰链组件41的转动角度与第二铰链组件42的转动角度均小于60°。应当理解的是，第一铰链组件41与第二铰链组件42中的偏置铰链块44、铰链轴45的转动角度小于60°。通过将第一铰链组件41的转动角度以及第二铰链组件42的转动角度限定于该范围内，一方面可以减小结构尺寸，另一方面可以避免相邻两个驱动支腿30之间产生运动干涉。

在一个实施例中，请参阅图4、图5和图6，驱动支腿30包括套筒31、保持架32以及驱动组件33。驱动组件33设置于保持架32内，套筒31套设于保持架32外。通过在保持架32外套设套筒31，可以避免灰尘等进入保持架32内，这样有利于延长驱动支腿30的使用寿命。具体地，驱动组件33包括伺服电机331、联轴器332、止推螺母333、轴承334、滚珠丝杠335以及丝杠螺母336。伺服电机331与轴承334均安装于保持架32内，通过联轴器332将滚珠丝杠335连接于伺服电机331的输出轴，轴承334套设于滚珠丝杠335外，止推螺母333设置于联轴器332与轴承334之间，丝杠螺母336套设于滚珠丝杠335外。通过联轴器332将滚珠丝杠335连接于伺服电机331的输出轴，伺服电机331带动滚珠丝杠335旋转，套设于滚珠丝杠335外的丝杠螺母336将旋转运动转化为直线运动，这样便可实现驱动支腿30的伸缩运动，以带动负载平台20进行运动，从而实现负载平台20位置以及姿态的调整，使位姿误差处于允许的精度范围内。此外，通过滚珠丝杠335直接驱动负载平台20运动，可以简化驱动支腿30的结构，并且还可以提高装配精度以及指向精度。

进一步地，请参阅4和图5，驱动支腿30还包括限位件，该限位件的限位方式可以为软件限位、机械限位、光电限位等。通过在驱动支腿30内设置限位件，限位件可以防止滚珠丝杠335超出上述的运动行程范围。在本实施例中，限位件包括控制器以及检测器，控制器分别与检测器、伺服电机331电连接，检测器用于检测驱动支腿30的伸缩量。当驱动支腿30的伸缩量超过预设定的伸缩量时，控制器控制伺服电机331的转速，以防止滚珠丝杠335超出上述的运动行程范围。当然，限位件也可以是限位块337，限位块337设置于套筒31远离伺服电机331的一端；当滚珠丝杠335的运动行程达到上限时，滚珠丝杠335远离伺服电机331的一端抵压于限位块337，以防止滚珠丝杠335超出上述的运动行程范围。

具体地，驱动支腿30的伸缩量小于100mm。可以理解的是，驱动支腿30的最大行程为100mm，通过限定驱动支腿30的运动行程，以避免位姿调整装置发生动力学奇异而影响负载平台20位置以及姿态的调整。

在一个实施例中，请参阅图5和图6，上述的保持架32包括定位件323以及支撑件324。定位件323包括间隔设置的第一定位板3231、第二定位板3232以及第三定位板3233；支撑件324包括多个第一支撑板3241以及多个第二支撑板3242，多个第一支撑板3241间隔地设置于第一定位板3231与第二定位板3232之间，多个第二支撑板3242间隔地设置于第二定位板3232与第三定位板3233之间。具体地，第二定位板3232的中部设有供伺服电机331输出轴穿过的第一插接孔3234；第三定位板3233的中部设有第二插接孔3226，轴承334设置于第二插接孔3226内。第二定位板3232的侧部设有与伺服电机331输出轴相适配的缺口3235，通过缺口3235便于将伺服电机331放入保持架32内。第一伺服电机331的一端安装于第一定位板3231，另一端安装于第二定位板3232。由于伺服电机331的两端分别安装于第一定位板3231与第二定位板3232，这样有利于提高伺服电机331的稳定性，从而提高负载平台20位置以及姿态的调整精度。此外，将第一支撑板3241间隔地设置于第一定位板3231与第二定位板3232之间，第二支撑板3242间隔地设置于第二定位板3232与第三定位板3233之间，这样使得该安装架43为镂空结构。由于该安装架43为镂空结构，一方面便于安装伺服电机331以及轴承334；另一方面可以减轻驱动支腿30的重量，有利于驱动支腿30带动负载平台20进行位置以及姿态的调整。

进一步地，请参阅图1、图2和图6，保持架32一端设有第三连接板321，第三连接板321设有两个，两个第三连接板321相对设置，第三连接板321设有用于安装第一铰链组件41的铰链轴45的第三安装孔。套筒31远离保持架32的一端设有第四连接板322，第四连接板322设有两个，两个第四连接板322相对设置，第四连接板322设有用于安装第二铰链组件42的铰链轴45的第四安装孔。安装时，将第一铰链组件41的第二铰链轴452插设于第三安装孔内，这样便可将驱动支腿30铰接于定平台10；将第二铰链组件42的第二铰链轴452插设于第四安装孔内，这样便可将驱动支腿30铰接于负载平台20。

在一个实施例中，请参阅图7和图8，定平台10包括第一平台块11以及第一盖板12。负载平台20包括第二平台块21以及第二盖板22。具体地，通过紧固件将第一盖板12固定于第一平台块11的表面，第二盖板22固定于第二平台块21的表面。通过在第一平台块11的表面设置第一盖板12，第二平台块21的表面设置第二盖板22，可以增加定平台10以及负载平台20的刚度。

进一步地，请参阅图1、图5和图7，并联式位姿调整装置还包括插座13。插座13包括第一插座131以及第二插座132，第一插座131与第二插座132电连接，第一插座131与驱动支腿30的伺服电机331电连接，第二插座132用于电连接电控设备。通过在定平台10上设置插座13，便于快速插拔使用并联式位姿调整装置。在本实施例中，第一插座131设置有六个，第二插座132设置有一个，第一插座131与第二插座132均设置于第一平台块11的侧部。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种并联式位姿调整装置，其特征在于，包括定平台、负载平台、多个驱动支腿以及铰链组件，所述铰链组件包括间隔地设置于所述定平台的第一铰链组件以及间隔地设置于所述负载平台的第二铰链组件，所述第一铰链组件与所述第二铰链组件错开设置，所述第一铰链组件将所述驱动支腿的一端铰接于所述定平台，所述第二铰链组件将所述驱动支腿的另一端铰接于所述负载平台；所述铰链组件包括安装架、偏置铰链块以及安装于所述偏置铰链块内的铰链轴，所述安装架设有第一安装部以及第二安装部，所述第一安装部与所述第二安装部均设置有一个所述偏置铰链块。

2.根据权利要求1所述的并联式位姿调整装置，其特征在于，所述安装架包括安装板、分别位于所述安装板两端的第一连接板以及第二连接板，所述第一连接板设有两个，两个所述第一连接板相对设置于所述安装板的两侧，所述第一连接板设有用于安装所述铰链轴的第一安装孔，以形成所述第一安装部；所述第二连接板设有两个，两个所述第二连接板相对设置于所述安装板的两侧，所述第二连接板设有用于安装所述铰链轴的第二安装孔，以形成所述第二安装部。

3.根据权利要求1或2所述的并联式位姿调整装置，其特征在于，所述驱动支腿设有六个，所述第一铰链组件与所述第二铰链组件均设有三个，两个所述驱动支腿的一端分别铰接于同一个所述第一铰链组件的第一安装部与第二安装部，两个所述驱动支腿的另一端分别铰接于相邻两个所述第二铰链组件。

4.根据权利要求1或2所述的并联式位姿调整装置，其特征在于，所述第一铰链组件的转动角度与所述第二铰链组件的转动角度均小于60°。

5.根据权利要求1或2所述的并联式位姿调整装置，其特征在于，所述铰链轴包括第一铰链轴与第二铰链轴，所述第一铰链轴横向地安装于所述偏置铰链块，所述第二铰链轴纵向地安装于所述偏置铰链块，所述第一铰链轴与所述第二铰链轴不相交，所述第一铰链轴与所述第二铰链轴的偏移量为5mm～8mm。

6.根据权利要求1或2所述的并联式位姿调整装置，其特征在于，所述驱动支腿包括驱动组件、保持架以及套设于所述保持架外的套筒，所述驱动组件包括伺服电机、联轴器、止推螺母、轴承、滚珠丝杠以及丝杠螺母，所述伺服电机与所述轴承均安装于所述保持架内，通过所述联轴器将所述滚珠丝杠连接于所述伺服电机的输出轴，所述轴承套设于所述滚珠丝杠外，所述止推螺母设置于所述联轴器与所述轴承之间，所述丝杠螺母套设于所述滚珠丝杠外。

7.根据权利要求6所述的并联式位姿调整装置，其特征在于，所述保持架包括定位件以及支撑件，所述定位件包括间隔设置的第一定位板、第二定位板以及第三定位板，所述支撑件包括多个第一支撑板以及多个第二支撑板，多个所述第一支撑板间隔地设置于所述第一定位板与所述第二定位板之间，多个所述第二支撑板间隔地设置于所述第二定位板与所述第三定位板之间；所述伺服电机的一端安装于所述第一定位板，另一端安装于所述第二定位板；所述第二定位板的中部设有供所述伺服电机输出轴穿过的第一插接孔，所述第二定位板的侧部设有与所述伺服电机输出轴相适配的缺口；所述第三定位板设有第二插接孔，所述轴承位于所述第二插接孔内。

8.根据权利要求6所述的并联式位姿调整装置，其特征在于，所述保持架一端设有第三连接板，所述第三连接板设有两个，两个所述第三连接板相对设置，所述第三连接板设有用于安装所述第一铰链组件的铰链轴的第三安装孔；所述套筒远离所述保持架的一端设有第四连接板，所述第四连接板设有两个，两个所述第四连接板相对设置，所述第四连接板设有用于安装所述第二铰链组件的铰链轴的第四安装孔。

9.根据权利要求1或2所述的并联式位姿调整装置，其特征在于，所述驱动支腿的最大行程为100mm。

10.根据权利要求1或2所述的并联式位姿调整装置，其特征在于，所述定平台包括第一平台块以及第一盖板，所述第一盖板盖设于所述第一平台块的表面；所述负载平台包括第二平台块以及第二盖板，所述第二盖板盖设于所述第二平台块的表面；所述并联式位姿调整装置还包括插座，所述插座包括第一插座以及第二插座，所述第一插座与所述驱动支腿的伺服电机电连接，所述第二插座用于电连接电控设备。

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