本發(fā)明涉及空間運動對接，特別是一種混聯(lián)的六自由度空間對接機構。

背景技術：

德國人stewart于1965年在英國雜志imeche上發(fā)表關于并聯(lián)機構的著名文章《六自由度平臺》，該平臺包括三個運動支鏈，平臺能作六自由度運動，文中stewart將該六自由度運動平臺應用于飛行模擬器。此后并聯(lián)平臺逐漸進入人們的視野，成為研究熱點?；谠撛淼男滦图庸ぴO備不斷涌現(xiàn)，因為其良好的動態(tài)特性，被廣泛的應用于生產(chǎn)活動并主要應用于裝配行業(yè)例如將stewart機構應用于汽車裝配生產(chǎn)線、自主行走機器人、機器人臂。由于該機構是高度耦合系統(tǒng)，求解運動學正解困難，運動學控制較困難。

調(diào)研近幾年來的中國發(fā)明專利，燕山大學路懿等發(fā)明了一種3手抓的3spr+3rps型串并聯(lián)機器人，兩種三支鏈的并聯(lián)機器人的串聯(lián)，是一種六自由度的夾取機構。此類機構自由度冗余，但是剛度較差，且運動空間小。上海交通大學曹沖振等用三個相同的兩驅(qū)動分支構成移動式六自由度混聯(lián)機器人，實現(xiàn)動平臺的六自由度移動所得各支鏈解耦性好，無積累誤差。西北工業(yè)大學李西寧等通過將xy二維運動平臺、z軸轉(zhuǎn)動臺和3rhs并聯(lián)平臺串聯(lián)構成六自由度混聯(lián)機構，用于飛機中小部件的位姿調(diào)整。實現(xiàn)機構的部分解耦和六自由度靈活調(diào)整。安徽工業(yè)大學于曉流等發(fā)明一種基于串并聯(lián)機構的六自由度機器人位姿檢測裝置，可兼顧檢測精度與工作空間兩方面要求，實現(xiàn)被測物體的位置姿態(tài)綜合測量和實時顯示，提高了檢測線率。北京航空航天大學陳五一等公開了一種六自由度冗余并聯(lián)機構，針對并聯(lián)機構工作空間小，姿態(tài)空間小的缺點，通過支鏈兩端分別于球鉸、轉(zhuǎn)動副的連接關系來改變動平臺相對于環(huán)形導軌的運動關系，有效解決加工件在并聯(lián)機構上奇異位姿的調(diào)整。

經(jīng)過對上述機構綜合分析發(fā)現(xiàn)，并聯(lián)機構的優(yōu)缺點非常明顯，其運動空間小限制了并聯(lián)機構在工業(yè)上的應用，且都是應用在小型零件的調(diào)整，機構無法承載大載荷，部分機構運動解耦不理想導致控制困難。因此兼顧機構空間行程、機構剛度、穩(wěn)定性和易于控制的機構仍是待解決的難題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種六自由度的調(diào)整機構，該機構具有較大的工作空間、運行穩(wěn)定和良好的結構剛性保證其能承載較大負載。針對大型裝置模塊化組件的潔凈和精密調(diào)整安裝、航空航天探測設備、地下開采設備、災難救援設備等鄰域，具有廣泛的應用價值和開發(fā)前景。

本發(fā)明的技術解決方案如下：

一種六自由度調(diào)整機構，其特點在于：該機構包括自下而上的二維平移臺、并聯(lián)抬升機構和并聯(lián)調(diào)整平臺：

所述的二維平移臺包括自下而上的底板、第一動板和第二動板；第一移動導軌和第二移動導軌相互平行并安裝在所述的底板上的右左兩側，同時第一滑塊和第二滑塊分別對應地安裝在所述的第一移動導軌、第二移動導軌上并與第一動板的下方連接；第三移動導軌和第四移動導軌相互平行安裝在所述的第一動板上的后前兩端，第三滑塊和第四滑塊分別對應地安裝在所述的第三移動導軌、第四移動導軌上并與所述的第二動板的下方連接，所述的第一移動導軌、第二移動導軌與所述的第三移動導軌、第四移動導軌的方向相互垂直；第一支撐座、第二支撐座通過螺釘安裝在所述的底板中間的兩端供第一螺桿安裝，第一螺桿的方向與所述的第二移動導軌平行并位于所述的第一移動導軌和第二移動導軌的中間，套設在第一螺桿上的第一螺母支架固定在所述的第一動板的下表面，第一電機安裝在第一螺桿的一側，所述的第一電機與第一絲桿組成第一動板的驅(qū)動模塊；第三支撐座和第四支撐座通過螺釘安裝在第一動板中間的左右兩端供第二螺桿的安裝，第二螺桿的方向與所述的第四移動導軌平行并位于所述的第三移動導軌和第四移動導軌的中間，套設在第二螺桿上的第二螺母支架固定在所述的第二動板的下表面，第二電機安裝在第二螺桿的一側，所述的第二電機與第二絲桿組成第二動板的驅(qū)動模塊；

所述的并聯(lián)抬升機構包括一個基座、4個rpr支鏈和一個動平臺，所述的基座固定在所述的第二動板上，四個rpr支鏈分別由下端轉(zhuǎn)動副、中間移動副、上端轉(zhuǎn)動副各串聯(lián)構成一個直線驅(qū)動分支，每個rpr的下端轉(zhuǎn)動副與所述的基座相連，上端轉(zhuǎn)動副與所述的動平臺相連，四條rpr支鏈的兩端的運動副與所述的基座和動平臺的連接均呈對稱的十字形分布，構成4rpr機構；

所述的并聯(lián)調(diào)整平臺包括一個定平臺、4條sps支鏈、一根中心支鏈和一個動平臺，所述的定平臺固定在所述的并聯(lián)抬升機構的動平臺上，所述的中心支鏈的上端為上端球餃，下端是一個法蘭盤，上端球鉸與所述的動平臺的中心相連，該中心支鏈的法蘭盤通過連接架與所述的定平臺固定連接，所述的中心支鏈穿過所述的連接架且中心支鏈的中心線與所述的連接架的中心線重合；

所述的4條sps支鏈均由上球鉸、移動副和下球鉸串聯(lián)構成，sps支鏈的四個下球鉸鉸接在所述的定平臺上的四角呈正方形分布，所述的四個上球鉸鉸接在所述的動平臺的四角并呈矩形分布，所述的定平臺位于所述的動平臺的正下方，構成4sps-s機構，所述的二維移動平臺、定平臺和動平臺的中心在同一條豎直線上。

所述的并聯(lián)抬升機構的4條支鏈分為驅(qū)動支鏈和從動支鏈各兩條，從動支鏈和驅(qū)動支鏈各自對稱分布。

本發(fā)明的優(yōu)點是：

1、本發(fā)明六自由度調(diào)整機構的二維移動平臺提供x、y方向上的移動自由度；4rpr并聯(lián)抬升機構為超靜定結構，通過四條rpr支鏈實現(xiàn)z方向的移動自由度，不僅增加了機構的剛度和穩(wěn)定性，而且能在一定程度上提高抬升的速度分辨率；4-sps-1s安裝調(diào)整平臺有沿x，y，z的旋轉(zhuǎn)自由度，中心支鏈的球鉸連接增加安裝調(diào)整平臺的承載能力，同時減輕其它四條驅(qū)動支鏈的負載。二維平移臺和4rpr機構提供了x、y、z三個方向的大行程的移動，有較大的工作空間。超靜定結構使該結構擁有較高的穩(wěn)定性和良好的剛度，同時結構簡單，能承載較大負載。所述的安裝調(diào)平機構運用四點調(diào)平中心固定原理，機構剛度高、承載能力強、速度快、沒有積累誤差。

2、本發(fā)明六自由度調(diào)整機構在大型裝置模塊化組件的潔凈和精密調(diào)整安裝、航空航天探測設備、地下開采設備、災難救援設備等鄰域，具有廣泛的應用價值和開發(fā)前景。

附圖說明

圖1是本發(fā)明六自由度調(diào)整機構的立體結構示意圖；

圖2是本發(fā)明二維平移臺的組裝圖

圖3是本發(fā)明二維平移臺的組裝的半剖視圖；

圖4是4rpr并聯(lián)抬升機構模塊的俯視圖

圖5是4rpr并聯(lián)抬升機構模塊立體示意圖；

圖6是4sps-1s并聯(lián)調(diào)整平臺示意圖；

圖7是本發(fā)明六自由度調(diào)整機構的半剖示意圖；

圖8是本發(fā)明六自由度調(diào)整機構的俯視圖。

具體實施方式

請參閱圖1至圖8，由圖可見，本發(fā)明六自由度調(diào)整機構，包括自下而上的二維平移臺1、并聯(lián)抬升機構2和并聯(lián)調(diào)整平臺3：

所述的二維平移臺1包括自下而上的底板1-1、第一動板1-3和第二動板1-6；第一移動導軌1-11和第二移動導軌1-14相互平行并安裝在所述的底板1-1上的右左兩側，同時第一滑塊1-2和第二滑塊1-15分別對應地安裝在所述的第一移動導軌1-11、第二移動導軌1-14上并與第一動板1-3的下方連接；第三移動導軌1-5和第四移動導軌1-10相互平行安裝在所述的第一動板1-3上的后前兩端，第三滑塊1-2和第四滑塊1-9分別對應地安裝在所述的第三移動導軌1-5、第四移動導軌1-10上并與所述的第二動板1-6的下方連接，所述的第一移動導軌1-11、第二移動導軌1-14與所述的第三移動導軌1-5、第四移動導軌1-10的方向相互垂直；第一支撐座1-13、第二支撐座1-17通過螺釘安裝在所述的底板1-1中間的兩端供第一螺桿1-12安裝，第一螺桿1-12的方向與所述的第二移動導軌1-14平行并位于所述的第一移動導軌1-11和第二移動導軌1-14的中間，套設在第一螺桿1-12上的第一螺母支架1-16固定在所述的第一動板1-3的下表面，第一電機安裝在第一螺桿1-12的一側，所述的第一電機與第一絲桿組成第一動板1-3的驅(qū)動模塊；第三支撐座1-7和第四支撐座1-19通過螺釘安裝在第一動板1-3中間的左右兩端供第二螺桿1-8的安裝，第二螺桿1-8的方向與所述的第四移動導軌1-10平行并位于所述的第三移動導軌1-5和第四移動導軌1-10的中間，套設在第二螺桿1-8上的第二螺母支架1-18固定在所述的第二動板1-6的下表面，第二電機安裝在第二螺桿1-8的一側，所述的第二電機與第二絲桿組成第二動板1-6的驅(qū)動模塊；

所述的并聯(lián)抬升機構2包括一個基座2-1、4個rpr支鏈和一個動平臺2-2，所述的基座2-1固定在所述的第二動板1-6上，四個rpr支鏈分別由下端轉(zhuǎn)動副2-4、2-5、2-8、2-10、中間移動副2-3、2-6、2-7、2-9、上端轉(zhuǎn)動副2-15、2-16、2-17、2-18各串聯(lián)構成一個直線驅(qū)動分支，每個rpr的下端轉(zhuǎn)動副與所述的基座2-1相連，上端轉(zhuǎn)動副與所述的動平臺2-2相連，四條rpr支鏈的兩端的運動副與所述的基座2-1和動平臺2-2的連接均呈對稱的十字形分布；

所述的并聯(lián)調(diào)整平臺3包括一個定平臺3-17、4條sps支鏈、一根中心支鏈3-6和一個動平臺3-8，所述的定平臺3-17固定在所述的并聯(lián)抬升機構的動平臺2-2上，所述的中心支鏈3-6的上端為上端球餃3-11，下端是一個法蘭盤3-18，上端球鉸3-11與所述的動平臺3-8的中心相連，該中心支鏈的下端的法蘭盤3-18通過連接架3-3與所述的定平臺3-17固定連接，所述的中心支鏈3-6穿過所述的連接架3-3且中心支鏈(3-6)的中心線與所述的連接架3-3的中心線重合；所述的4條sps支鏈3-2、3-5、3-13、3-15均由上球鉸3-1、3-4、3-14、3-16、移動副3-2、3-5、3-13、3-15和下球鉸3-7、3-9、3-10、3-12串聯(lián)構成，sps支鏈的四個下球鉸3-7、3-9、3-10、3-12鉸接在所述的定平臺3-17上的四角呈正方形分布，所述的四個上球鉸3-1、3-4、3-14、3-16鉸接在所述的動平臺3-8的四角并呈矩形分布，所述的定平臺3-4位于所述的動平臺3-8的正下方，構成4sps-1s機構，所述的二維移動平臺1、定平臺3-4和動平臺3-8的中心在同一條豎直線上。

所述的并聯(lián)抬升機構2的4條支鏈分為驅(qū)動支鏈和從動支鏈各兩條，從動支鏈和驅(qū)動支鏈各自對稱分布。

所述的二維移動平臺1的驅(qū)動輸入是兩根互相垂直的第二絲杠1-8、第一絲杠1-12，4rpr的驅(qū)動輸入是兩根互相對稱的支鏈2-3、2-7，4sps-1s的驅(qū)動輸入是四根支鏈3-2、3-5、3-13、3-15，整個系統(tǒng)為八驅(qū)動輸入1-8、1-12、2-3、2-7、3-2、3-5、3-13、3-15、六輸出，前四個輸入控制三維(x、y、z)移動分量，4sps-1s四輸入為三軸旋轉(zhuǎn)分量的控制輸入，實現(xiàn)平移與旋轉(zhuǎn)的解耦。實現(xiàn)模塊的六自由度的調(diào)整對接。

實驗表明，本發(fā)明六自由度調(diào)整機構的二維移動平臺提供x、y方向上的移動自由度；4rpr并聯(lián)抬升機構為超靜定結構，通過四條rpr支鏈實現(xiàn)z方向的移動自由度，不僅增加了機構的剛度和穩(wěn)定性，而且能在一定程度上提高抬升的速度分辨率；4-sps-1s安裝調(diào)整平臺有沿x，y，z的旋轉(zhuǎn)自由度，中心支鏈的球鉸連接增加安裝調(diào)整平臺的承載能力，同時減輕其它四條驅(qū)動支鏈的負載。二維平移臺和4rpr機構提供了x、y、z三個方向的大行程的移動，有較大的工作空間。超靜定結構使該結構擁有較高的穩(wěn)定性和良好的剛度，同時結構簡單，能承載較大負載。所述的安裝調(diào)平機構運用四點調(diào)平中心固定原理，機構剛度高、承載能力強、速度快、沒有積累誤差。

本發(fā)明六自由度調(diào)整機構在大型裝置模塊化組件的潔凈和精密調(diào)整安裝、航空航天探測設備、地下開采設備、災難救援設備等鄰域，具有廣泛的應用價值和開發(fā)前景。