一种混联六自由度位姿调整机构及其目标位姿调整方法技术

本发明专利技术涉及一种混联六自由度位姿调整机构，包括基座、横移驱动机构、横移平台、纵移驱动机构、转动支撑平台、转动机构、转动平台、三组运动支链以及末端负载平台；横移平台通过横移驱动机构安装于基座上，以在其驱动下进行横向移动，转动支撑平台通过纵移驱动机构安装于横移平台上，以在其驱动下进行纵向移动，转动平台通过转动机构安装于转动支撑平台上，以在其驱动下进行绕竖直方向的转动，三组对称布置的运动支链一端与转动平台转动连接，另一端与末端负载平台通过球铰连接；通过横移平台、转动支撑平台、转动平台以及三组运动支链的协调运动，在一定工作空间内实现对末端负载的六自由度位姿调整。该机构可以对末端负载进行全自由度位姿调整。由度位姿调整。由度位姿调整。

【技术实现步骤摘要】
一种混联六自由度位姿调整机构及其目标位姿调整方法


[0001]本专利技术涉及机械制造
，具体涉及一种混联六自由度位姿调整机构及其目标位姿调整方法。

技术介绍

[0002]在军事与化工等领域常需要对一些重载危险品进行装卸，将危险品移动至目标位置后，要对其进行升、降、纵向移动、横向移动、回转、俯仰、滚动等位姿调整，使其吊耳能与目标挂点进行精确对接。基于人力的操作方式效率低，对操作人员的专业素养和身体素质要求较高，且常需要多人配合完成作业，此外在一些低矮挂点空间作业时，人力操作费时费力；另一种基于液压驱动的操作方式，能够满足大负载作业要求的同时，平台质量大，通常需要人工手动遥控以开环控制形式完成危险品装卸操作，自动化控制精度低，挂载作业时需要操作人员配合完成，对操作人员的操作技术要求较高。同时这种驱动方式由于系统的复杂发生故障不易排查。如何根据挂点位姿信息快速完成弹体位姿调整完成挂装对接是当前亟待解决的问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种混联六自由度位姿调整机构及其目标位姿调整方法，该机构可以对末端负载进行全自由度位姿调整。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种混联六自由度位姿调整机构，包括基座、横移驱动机构、横移平台、纵移驱动机构、转动支撑平台、转动机构、转动平台、三组运动支链以及末端负载平台；所述横移平台通过横移驱动机构安装于基座上，以在其驱动下进行横向移动，所述转动支撑平台通过纵移驱动机构安装于横移平台上，以在其驱动下进行纵向移动，所述转动平台通过转动机构安装于转动支撑平台上，以在其驱动下进行绕竖直方向的转动，三组对称布置的运动支链一端与转动平台转动连接，另一端与末端负载平台通过球铰连接；通过横移平台、转动支撑平台、转动平台以及三组运动支链的协调运动，在一定工作空间内实现对末端负载的六自由度位姿调整。
[0005]进一步地，所述位姿调整机构具有六个驱动关节，其中横移、纵移和绕竖直方向转动这三个关节通过串联形式连接，并与其余三个通过并联形式连接的关节进行串联，各关节具有一定的运动范围，当各关节协调运动时，使末端负载运动至既定位姿并锁止。
[0006]进一步地，所述横移驱动机构、纵移驱动机构均为由电机驱动的丝杆螺母机构。
[0007]进一步地，所述转动机构包括回转支撑轴承、一对直齿轮、回转驱动电机、一对锥齿轮和传动杆，第一直齿轮、回转支撑轴承外圈与转动支撑平台同心并固定连接，回转支撑轴承内圈与转动平台同心并固定连接，所述回转驱动电机安装于转动平台上，其输出端与第一锥齿轮固定连接，与第一锥齿轮配合的第二锥齿轮以及与第一直齿轮配合的第二直齿轮分别设置于传动杆的两端，从而通过回转驱动电机驱动转动平台相对于转动支撑平台转动。
[0008]进一步地，所述运动支链主要由支链驱动电机、驱动基座、蜗轮蜗杆、移动杆、连接套筒、转动副和编码器组成，所述连接套筒与转动平台通过转动副连接，所述支链驱动电机通过驱动基座固连于连接套筒上，所述移动杆和蜗轮共轴并通过螺纹副和蜗轮连接，所述移动杆底部开有键槽，通过平键限制移动杆的周向转动，所述支链驱动电机输出的动力通过蜗杆带动蜗轮旋转，所述蜗轮通过螺纹副带动移动杆沿轴向移动。
[0009]本专利技术还提供了上述混联六自由度位姿调整机构的目标位姿调整方法，首先构建所述位姿调整机构的数学运动模型：
[0010]将所述位姿调整机构根据各关节连接方式拆分为串联部分和并联部分；
[0011]取串联部分各关节驱动量q
i
，i＝1，2，3为输入量，输出为末端构件的位姿T1，其映射关系表示为：
[0012]T1＝f(q
i
)
[0013]其中，T1表示串联部分的输出位姿；
[0014]并联部分末端平台的输出位姿由固连于末端平台坐标系绕固连于静平台坐标系进行一定顺序的转动和移动来表示，具体为：
[0015]R＝Rot(x，α)Rot(y，β)Rot(z，γ)
[0016]P＝Trans(x)Trans(y)Trans(z)
[0017]其中，R表示并联部分末端平台相对于静平台的位姿，Rot(x，α)表示静平台坐标系绕x轴旋转α度，Rot(y，β)、Rot(z，γ)同理，P表示固连于末端平台坐标系原点在静平台坐标系的位置坐标，Trans(x)表示静平台坐标系沿x轴的移动，Trans(y)、Trans(z)同理；
[0018]所述位姿调整机构的串联部分的输出即为并联部分的输入，则所述位姿调整机构的数学运动模型进一步表示为：
[0019][0020]其中，T表示整个位姿调整机构的输出位姿；
[0021]然后基于构建的数学运动模型实现所述位姿调整机构的负载目标位姿调整：
[0022]基于构建的数学运动模型可实现对各个驱动关节运动参数的解耦，在已知末端负载的目标位姿T
E
时，结合所述位姿调整机构的数学运动模型和目标位姿矩阵各元素值，求取各驱动关节驱动量，具体表示为：
[0023][0024]其中，F()表示机构位姿和各关节运动量的映射关系，表示目标位姿矩阵T
E
中的各个元素；
[0025]将求得的驱动关节驱动量作为位姿调整机构的驱动系统的输入，即可驱动末端负载到达设定位姿。
[0026]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术构建了由三个串联关节和三个并联关节组成的混联六自由度位姿调整机构，通过对横移驱动机构、纵移驱动机构、转动机构、三组运动支链进行控制，可实现横移平台、转动支撑平台、转动平台以及三组运动支链的协调运动，进而在一定工作空间内实现对末端负载的六自由度位姿调整，该机构运动范围广，刚度和驱动力大，位姿调控灵活、精度高，可适应多种复杂工况，具有很强的实用性和广阔的应用前景。
附图说明
[0027]图1是本专利技术实施例的混联六自由度位姿调整机构的结构示意图；
[0028]图2是本专利技术实施例中运动支链的结构示意图；
[0029]图3是图2的A
‑
A剖视图；
[0030]图4是图2的B
‑
B剖视图；
[0031]图5是本专利技术实施例中目标位姿实现流程图。
具体实施方式
[0032]下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步说明。
[0033]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0034]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0035]如图1所示，本实施例提供了一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混联六自由度位姿调整机构，其特征在于，包括基座、横移驱动机构、横移平台、纵移驱动机构、转动支撑平台、转动机构、转动平台、三组运动支链以及末端负载平台；所述横移平台通过横移驱动机构安装于基座上，以在其驱动下进行横向移动，所述转动支撑平台通过纵移驱动机构安装于横移平台上，以在其驱动下进行纵向移动，所述转动平台通过转动机构安装于转动支撑平台上，以在其驱动下进行绕竖直方向的转动，三组对称布置的运动支链一端与转动平台转动连接，另一端与末端负载平台通过球铰连接；通过横移平台、转动支撑平台、转动平台以及三组运动支链的协调运动，在一定工作空间内实现对末端负载的六自由度位姿调整。2.根据权利要求1所述的一种混联六自由度位姿调整机构，其特征在于，所述位姿调整机构具有六个驱动关节，其中横移、纵移和绕竖直方向转动这三个关节通过串联形式连接，并与其余三个通过并联形式连接的关节进行串联，各关节具有一定的运动范围，当各关节协调运动时，使末端负载运动至既定位姿并锁止。3.根据权利要求1所述的一种混联六自由度位姿调整机构，其特征在于，所述横移驱动机构、纵移驱动机构均为由电机驱动的丝杆螺母机构。4.根据权利要求1所述的一种混联六自由度位姿调整机构，其特征在于，所述转动机构包括回转支撑轴承、一对直齿轮、回转驱动电机、一对锥齿轮和传动杆，第一直齿轮、回转支撑轴承外圈与转动支撑平台同心并固定连接，回转支撑轴承内圈与转动平台同心并固定连接，所述回转驱动电机安装于转动平台上，其输出端与第一锥齿轮固定连接，与第一锥齿轮配合的第二锥齿轮以及与第一直齿轮配合的第二直齿轮分别设置于传动杆的两端，从而通过回转驱动电机驱动转动平台相对于转动支撑平台转动。5.根据权利要求1所述的一种混联六自由度位姿调整机构，其特征在于，所述运动支链主要由支链驱动电机、驱动基座、蜗轮蜗杆、移动杆、连接套筒、转动副和编码器组成，所述连接套筒与转动平台通过转动副连接，所述支链驱动电机通过驱动基座固连于连接套筒上，所述移动杆和蜗轮共轴并通过螺纹副和蜗...

【专利技术属性】
技术研发人员：于潇雁，权宇超，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：