本實用新型屬于運動模擬器技術(shù)領(lǐng)域，具體來說，涉及一種具有位姿自檢功能的多軸調(diào)節(jié)平臺。
背景技術(shù)：
并聯(lián)機器人是近年來興起的一門學(xué)科，具有多軸聯(lián)動、運動精度高、承載能力強、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于位姿調(diào)整、運動模擬、系統(tǒng)仿真等領(lǐng)域，通過各運動分支協(xié)調(diào)擺動帶動運動平臺實現(xiàn)空間多自由度運動及定位功能?，F(xiàn)有并聯(lián)式運動模擬器以Stewart機構(gòu)為主，可實現(xiàn)空間六自由度位置及姿態(tài)調(diào)節(jié)。但是這種基于Stewart機構(gòu)的運動仿真系統(tǒng)龐大、控制復(fù)雜、價格昂貴，因此基于少自由度并聯(lián)機構(gòu)的運動仿真系統(tǒng)成為研究熱點。
在各類少自由度并聯(lián)機構(gòu)中，三自由度并聯(lián)機構(gòu)應(yīng)用最為廣泛?，F(xiàn)有三自由度并聯(lián)機構(gòu)主要可實現(xiàn)兩轉(zhuǎn)一移、三軸移動、三軸轉(zhuǎn)動等三種運動形式，但關(guān)于兩移一轉(zhuǎn)運動形式的并聯(lián)機構(gòu)研究較少，這也限制了少自由度機構(gòu)的應(yīng)用場合。除此之外，多軸調(diào)節(jié)平臺需實現(xiàn)精度較高的定位運動，因此運動平臺位姿參數(shù)的實時準確獲取是一個關(guān)鍵問題。
現(xiàn)有檢測方法有以下兩種：1、借助激光干涉儀、經(jīng)緯儀等儀器測量各位姿參數(shù)，但是這種方法只能檢測靜態(tài)位姿，實時性及精度較差；2、借助多軸陀螺儀、加速度計等慣性導(dǎo)航設(shè)備獲取平臺的速度及加速度，然后根據(jù)相應(yīng)的算法獲得位姿參數(shù)，因此慣性導(dǎo)航設(shè)備性能及算法精度是關(guān)鍵，往往需要價格昂貴的慣性導(dǎo)航設(shè)備才能獲得精度較高的位姿參數(shù)。因此，如何直接獲得機構(gòu)位姿參數(shù)是調(diào)節(jié)平臺推廣應(yīng)用的前提。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種實時性好、檢測精度高的具有位姿自檢功能的多軸調(diào)節(jié)平臺。
本實用新型所述的一種具有位姿自檢功能的多軸調(diào)節(jié)平臺，包括運動平臺1、運動分支、檢測分支、驅(qū)動裝置和固定平臺6；所述運動平臺1用于承載儀器設(shè)備，并提供相應(yīng)的調(diào)節(jié)運動，其上表面設(shè)有安裝孔，用于安裝設(shè)備，其下表面安裝有鉸鏈支座，用于安裝運動分支或檢測分支的運動副；所述運動分支有三組，上下端分別均勻布置于運動平臺1和固定平臺6上；第1運動分支結(jié)構(gòu)形式為SPR，上、下兩端分別通過球鉸、轉(zhuǎn)動副與運動平臺1和固定平臺6連接；第2、3運動分支結(jié)構(gòu)形式為RPS，上、下兩端分別通過轉(zhuǎn)動副、球鉸與運動平臺1和固定平臺6連接；三組運動分支的移動副均包括驅(qū)動裝置及上下套接的伸縮桿8和固定桿9；所述檢測分支結(jié)構(gòu)形式為RPP，包括上端的轉(zhuǎn)動副、下端的第1移動副及水平的第2移動副；所述第1移動副包括驅(qū)動裝置及上下套接的伸縮桿8和固定桿9；所述第2移動副包括導(dǎo)軌11、滑塊10和支座；上端的轉(zhuǎn)動副安裝于運動平臺1中心處，該轉(zhuǎn)動副軸線與第2、3運動分支的轉(zhuǎn)動副軸線共平面；下端的第1移動副安裝于固定平臺6中心處，該移動副軸線垂直于第1運動分支轉(zhuǎn)動副軸線；第2移動副通過滑塊10與第1移動副上的固定桿9連接，其軸線垂直于上端的轉(zhuǎn)動副和第1移動副的軸線；所述驅(qū)動裝置包括伺服電機4和伺服電動缸3；所述伺服電機4與伺服電動缸3采用并聯(lián)式連接方式，其上還安裝有絕對值編碼器；所述伺服電動缸3上安裝有限位開關(guān)，其內(nèi)設(shè)有固定桿9；所述固定平臺6在上表面安裝有鉸鏈支座，用于安裝運動分支的移動副及球鉸，在下表面設(shè)有安裝孔，用于固定于地面或設(shè)備基座；所述檢測分支安裝有編碼器和光柵尺，用于實時檢測運動平臺1空間位姿、速度和加速度。
本實用新型所述的一種具有位姿自檢功能的多軸調(diào)節(jié)平臺，所述運動平臺1外部形狀為三角形、矩形或圓形，其對應(yīng)的外接圓直徑為0.2～0.5m；所述固定平臺6外形為圓形，其外接圓直徑為運動平臺外形尺寸的1.5～2.0倍；運動平臺1與固定平臺6之間的距離為0.3～0.5m。
本實用新型所述的一種具有位姿自檢功能的多軸調(diào)節(jié)平臺，所述轉(zhuǎn)動副包括階梯軸、軸承和端蓋，能實現(xiàn)繞階梯軸軸線的轉(zhuǎn)動運動。
本實用新型所述的一種具有位姿自檢功能的多軸調(diào)節(jié)平臺，所述球鉸包括球軸承和球鉸支座，能實現(xiàn)在三維空間內(nèi)任意轉(zhuǎn)角的轉(zhuǎn)動運動。
本實用新型所述的一種具有位姿自檢功能的多軸調(diào)節(jié)平臺，所述檢測分支的轉(zhuǎn)動副上安裝有絕對值編碼器；第1移動副和第2移動副上安裝有光柵尺。
本實用新型所述的一種具有位姿自檢功能的多軸調(diào)節(jié)平臺，所述伺服電動缸3在初始位姿時伸縮量均相等。
本實用新型所述的一種具有位姿自檢功能的多軸調(diào)節(jié)平臺，所述三組運動分支的轉(zhuǎn)動副軸線互相平行，且均平行于調(diào)節(jié)平臺需實現(xiàn)的轉(zhuǎn)動自由度方向；所述檢測分支上端的轉(zhuǎn)動副軸線與第2、3運動分支轉(zhuǎn)動副軸線平行。
本實用新型所述的具有位姿自檢功能的多軸調(diào)節(jié)平臺可實現(xiàn)“兩移一轉(zhuǎn)”等空間三自由度運動，其中轉(zhuǎn)動自由度方向為過運動平臺中心處、且與運動分支各轉(zhuǎn)動副軸線平行，兩個移動自由度方向分別垂直于上述轉(zhuǎn)軸方向。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型在工程應(yīng)用中可根據(jù)調(diào)節(jié)平臺所需實現(xiàn)的運動自由度，合理布置各運動分支及檢測分支運動副軸線；同時，通過檢測分支處傳感器直接獲得運動平臺的位姿、速度、加速度等參數(shù)，具有實時性好、檢測精度高等優(yōu)點。
附圖說明
圖1：具有位姿自檢功能的多軸調(diào)節(jié)平臺圖；運動平臺-1、運動分支上鉸座-2、伺服電動缸-3、伺服電機-4、運動分支下鉸座-5、固定平臺-6、檢測分支上鉸座-7、伸縮桿-8、固定桿-9、滑塊-10、導(dǎo)軌-11。
具體實施方式
下面結(jié)合具體的實施例對本實用新型所述的具有位姿自檢功能的多軸調(diào)節(jié)平臺圖做進一步說明，但是本實用新型的保護范圍并不限于此。
實施例1
一種具有位姿自檢功能的多軸調(diào)節(jié)平臺，包括運動平臺1、運動分支、檢測分支、驅(qū)動裝置和固定平臺6；所述運動平臺1用于承載儀器設(shè)備，并提供相應(yīng)的調(diào)節(jié)運動，其上表面設(shè)有安裝孔，用于安裝設(shè)備，其下表面安裝有鉸鏈支座，用于安裝運動分支或檢測分支的運動副；所述運動分支有三組，上下端分別均勻布置于運動平臺1和固定平臺6上；第1運動分支結(jié)構(gòu)形式為SPR，上、下兩端分別通過球鉸、轉(zhuǎn)動副與運動平臺1和固定平臺6連接；第2、3運動分支結(jié)構(gòu)形式為RPS，上、下兩端分別通過轉(zhuǎn)動副、球鉸與運動平臺1和固定平臺6連接；三組運動分支的移動副均包括驅(qū)動裝置及上下套接的伸縮桿8和固定桿9；所述檢測分支結(jié)構(gòu)形式為RPP，包括上端的轉(zhuǎn)動副、下端的第1移動副及水平的第2移動副；所述第1移動副包括驅(qū)動裝置及上下套接的伸縮桿8和固定桿9；所述第2移動副包括導(dǎo)軌11、滑塊10和支座；上端的轉(zhuǎn)動副安裝于運動平臺1中心處，該轉(zhuǎn)動副軸線與第2、3運動分支的轉(zhuǎn)動副軸線共平面；下端的第1移動副安裝于固定平臺6中心處，該移動副軸線垂直于第1運動分支轉(zhuǎn)動副軸線；第2移動副通過滑塊10與第1移動副上的固定桿9連接，其軸線垂直于上端的轉(zhuǎn)動副和第1移動副的軸線；所述驅(qū)動裝置包括伺服電機4和伺服電動缸3；所述伺服電機4與伺服電動缸3采用并聯(lián)式連接方式，其上還安裝有絕對值編碼器；所述伺服電動缸3上安裝有限位開關(guān)，其內(nèi)設(shè)有固定桿9；所述固定平臺6在上表面安裝有鉸鏈支座，用于安裝運動分支的移動副及球鉸，在下表面設(shè)有安裝孔，用于固定于地面或設(shè)備基座；所述檢測分支安裝有編碼器和光柵尺，用于實時檢測運動平臺空間位姿、速度和加速度。所述運動平臺1外部形狀為三角形，其對應(yīng)的外接圓直徑為0.2m；所述固定平臺6外形為圓形，其外接圓直徑為運動平臺外形尺寸的1.5倍；運動平臺1與固定平臺6之間的距離為0.3m。所述轉(zhuǎn)動副包括階梯軸、軸承和端蓋，能實現(xiàn)繞階梯軸軸線的轉(zhuǎn)動運動。所述球鉸包括球軸承和球鉸支座，能實現(xiàn)在三維空間內(nèi)任意轉(zhuǎn)角的轉(zhuǎn)動運動。所述檢測分支的轉(zhuǎn)動副上安裝有絕對值編碼器；所述第1移動副和第2移動副上安裝有光柵尺。所述伺服電動缸3在初始位姿時伸縮量均相等。所述三組運動分支的轉(zhuǎn)動副軸線互相平行，且均平行于調(diào)節(jié)平臺需實現(xiàn)的轉(zhuǎn)動自由度方向；所述檢測分支上端的轉(zhuǎn)動副軸線與第2、3運動分支轉(zhuǎn)動副軸線平行。
實施例2
一種具有位姿自檢功能的多軸調(diào)節(jié)平臺，包括運動平臺1、運動分支、檢測分支、驅(qū)動裝置和固定平臺6；所述運動平臺1用于承載儀器設(shè)備，并提供相應(yīng)的調(diào)節(jié)運動，其上表面設(shè)有安裝孔，用于安裝設(shè)備，其下表面安裝有鉸鏈支座，用于安裝運動分支或檢測分支的運動副；所述運動分支有三組，上下端分別均勻布置于運動平臺1和固定平臺6上；第1運動分支結(jié)構(gòu)形式為SPR，上、下兩端分別通過球鉸、轉(zhuǎn)動副與運動平臺1和固定平臺6連接；第2、3運動分支結(jié)構(gòu)形式為RPS，上、下兩端分別通過轉(zhuǎn)動副、球鉸與運動平臺1和固定平臺6連接；三組運動分支的移動副均包括驅(qū)動裝置及上下套接的伸縮桿8和固定桿9；所述檢測分支結(jié)構(gòu)形式為RPP，包括上端的轉(zhuǎn)動副、下端的第1移動副及水平的第2移動副；所述第1移動副包括驅(qū)動裝置及上下套接的伸縮桿8和固定桿9；所述第2移動副包括導(dǎo)軌11、滑塊10和支座；上端的轉(zhuǎn)動副安裝于運動平臺1中心處，該轉(zhuǎn)動副軸線與第2、3運動分支的轉(zhuǎn)動副軸線共平面；下端的第1移動副安裝于固定平臺6中心處，該移動副軸線垂直于第1運動分支轉(zhuǎn)動副軸線；第2移動副通過滑塊10與第1移動副上的固定桿9連接，其軸線垂直于上端的轉(zhuǎn)動副和第1移動副的軸線；所述驅(qū)動裝置包括伺服電機4和伺服電動缸3；所述伺服電機4與伺服電動缸3采用并聯(lián)式連接方式，其上還安裝有絕對值編碼器；所述伺服電動缸3上安裝有限位開關(guān)，其內(nèi)設(shè)有固定桿9；所述固定平臺6在上表面安裝有鉸鏈支座，用于安裝運動分支的移動副及球鉸，在下表面設(shè)有安裝孔，用于固定于地面或設(shè)備基座；所述檢測分支安裝有編碼器和光柵尺，用于實時檢測運動平臺1空間位姿、速度和加速度。所述運動平臺1外部形狀為圓形，其對應(yīng)的外接圓直徑為0.5m；所述固定平臺6外形為圓形，其外接圓直徑為運動平臺外形尺寸的2.0倍；運動平臺1與固定平臺6之間的距離為0.5m。所述轉(zhuǎn)動副包括階梯軸、軸承和端蓋，能實現(xiàn)繞階梯軸軸線的轉(zhuǎn)動運動。所述球鉸包括球軸承和球鉸支座，能實現(xiàn)在三維空間內(nèi)任意轉(zhuǎn)角的轉(zhuǎn)動運動。所述檢測分支的轉(zhuǎn)動副上安裝有絕對值編碼器；所述第1移動副和第2移動副上安裝有光柵尺。所述伺服電動缸3在初始位姿時伸縮量均相等。所述三組運動分支的轉(zhuǎn)動副軸線互相平行，且均平行于調(diào)節(jié)平臺需實現(xiàn)的轉(zhuǎn)動自由度方向；所述檢測分支上端的轉(zhuǎn)動副軸線與第2、3運動分支轉(zhuǎn)動副軸線平行。
實施例3
一種具有位姿自檢功能的多軸調(diào)節(jié)平臺實體造型，調(diào)節(jié)平臺處于初始位姿時，運動平臺與固定平臺之間的距離為0.45m。假設(shè)參考系原點為{O}，其X、Y軸分別平行于固定平臺兩條邊、Z軸垂直于固定平臺平面，各部件如下所述：運動平臺采用航空鋁合金材料，外部形狀為圓形，對應(yīng)的直徑為0.35m、厚度為0.01m；上表面沿圓周分布有螺紋安裝孔，尺寸為φ0.09m；運動分支上鉸座均勻分布于下表面處，鉸座中心點ai構(gòu)成一個正三角形，對應(yīng)外接圓直徑為0.3m；檢測分支上鉸座位于上述正三角形中心處，其中心點記為o。固定平臺采用碳鋼材料，外部形狀為矩形，對應(yīng)的外接圓直徑為0.7m、厚度為0.015m；沿圓周分布有四組安裝孔，相應(yīng)圓心構(gòu)成圓的直徑為0.65m、安裝孔尺寸為φ0.013m；運動分支下鉸座均勻布置與固定平臺上表面，鉸座中心點bi構(gòu)成一個正三角形，對應(yīng)外接圓直徑為0.5m；檢測分支導(dǎo)軌與坐標(biāo)系{O}的Y軸平行，其中心點(O)位于上述正三角形中心處。運動分支第1分支結(jié)構(gòu)形式為SPR、第2、3運動分支結(jié)構(gòu)形式為RPS，分別通過轉(zhuǎn)動副或球鉸與運動平臺或固定平臺連接。運動分支轉(zhuǎn)動副由階梯軸、軸承、端蓋等實現(xiàn)，其軸線均平行于{O}的Y軸；選取伺服電動缸型號為DMC93-11200-11000-020-35-13、總行程為1.2m，伺服電機型號為SGM7J-02AFC6S，額定功率200W、額定轉(zhuǎn)速為3000rpm、額定扭矩為0.64Nm，伺服電機配套絕對值編碼器采集精度為131072pulses/rev。檢測分支轉(zhuǎn)動副由階梯軸、軸承、端蓋等實現(xiàn)，其軸線與{O}的Y軸平行；第1移動副伸縮桿為圓柱形結(jié)構(gòu)，長為0.3m、直徑為0.02m，固定桿為中空的圓柱形結(jié)構(gòu)，長為0.15m、外徑為0.03m、內(nèi)徑為0.02m，上述伸縮桿及固定桿均采用鋁合金材料；第2移動副由滑塊及導(dǎo)軌實現(xiàn)，滑塊尺寸為0.11×0.064×0.036m、導(dǎo)軌型號為SER-GD35WA2Z0-2-400T-4。在所述檢測分支轉(zhuǎn)動副、第1移動副和第2移動副處分別安裝有編碼器和光柵尺，所選增量型編碼器型號為E6B2-CWZ3E、采集精度為2000p/r，光柵尺型號為STA1-400、采集精度為0.05mm。本實施例中，運動分支轉(zhuǎn)動副軸線均平行于坐標(biāo)系{O}的Y軸，因此運動平臺可實現(xiàn)繞Y軸轉(zhuǎn)動以及分別沿X、Z軸移動等三個自由度，這只是本實用新型中的一種情況，如果轉(zhuǎn)動副軸線平行于坐標(biāo)系{O}的Y軸及Z軸時，會得到不同的運動效果。