本發(fā)明涉及一種位姿調(diào)整平臺(tái)，屬于高精度動(dòng)態(tài)位姿調(diào)整領(lǐng)域，特別涉及一種五自由度自適應(yīng)位姿調(diào)整平臺(tái)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代工程中常常涉及到高精度、微小變形的對(duì)接，例如一些精密光學(xué)模塊的裝卸。這些光學(xué)模塊需要裝載到一定鏡箱中，但是其體積和質(zhì)量都比較大，且需要極其精確的對(duì)接，必須保證對(duì)接過程中所受的接觸應(yīng)力小于許用應(yīng)力。某些特定的光學(xué)模塊，由于系統(tǒng)要求，其體積較大，特別是在豎直方向?qū)訒r(shí)的長(zhǎng)度較長(zhǎng)，對(duì)接過程涉及一個(gè)或者多個(gè)自由度的調(diào)整，調(diào)整過程同時(shí)要達(dá)到快速響應(yīng)的要求，才能保證對(duì)接過程是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)態(tài)的過程。如果對(duì)接過程中位姿稍微有一點(diǎn)偏差將會(huì)造成對(duì)接失敗甚至損毀光學(xué)模塊。一般的機(jī)構(gòu)都是采用主動(dòng)式調(diào)整，通常通過力傳感器和傾角傳感器采集模塊對(duì)接過程中的力和角度的變化，但是力的傳感器并非測(cè)得模塊實(shí)際受力情況，如果模塊受到傾翻力矩和轉(zhuǎn)矩，通過力傳感器很難解算出模塊實(shí)際受力。同時(shí)傾角傳感器對(duì)模塊也只能測(cè)到一到兩個(gè)方向的傾角。所以此類調(diào)整結(jié)構(gòu)很難達(dá)到高精度對(duì)接的要求。另外一方面，通過這些傳感器構(gòu)成的閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)測(cè)量的方式往往都只能反映對(duì)接過程中的外部情況，而在對(duì)接過程中對(duì)接內(nèi)部的往往不允許添加測(cè)量設(shè)備去觀察內(nèi)部實(shí)際對(duì)接情況，所以只有采用在外部增加傳感器等方法實(shí)現(xiàn)閉環(huán)，而外部采集的數(shù)據(jù)很難反應(yīng)出內(nèi)部的真實(shí)情況，且計(jì)算方法復(fù)雜。因此這種主動(dòng)式對(duì)接方法很難實(shí)現(xiàn)高精度、小變形、大位移的對(duì)接。本發(fā)明針對(duì)這種主動(dòng)對(duì)接方法中的不足，提出了一種五自由度自適應(yīng)位姿調(diào)整平臺(tái)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種能夠根據(jù)對(duì)接過程中產(chǎn)生的微小作用力自動(dòng)調(diào)整對(duì)接模塊的五自由度自適應(yīng)位姿調(diào)整平臺(tái)，以提高對(duì)接精度。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種五自由度自適應(yīng)位姿調(diào)整平臺(tái)，其中該五自由度自適應(yīng)位姿調(diào)整平臺(tái)包括一個(gè)水平支撐平臺(tái)、一個(gè)三自由度自適應(yīng)機(jī)構(gòu)、一個(gè)繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)、一個(gè)繞Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)以及一個(gè)裝載機(jī)構(gòu)，該三自由度自適應(yīng)機(jī)構(gòu)設(shè)置于該水平支撐平臺(tái)，該繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)設(shè)置于該三自由度自適應(yīng)機(jī)構(gòu)，該繞Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)設(shè)置于該繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)，該裝載機(jī)構(gòu)設(shè)置于該繞Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)，并且該水平支撐平臺(tái)、該三自由度自適應(yīng)機(jī)構(gòu)、該繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)、該繞Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)和該裝載機(jī)構(gòu)自下而上地依次串聯(lián)，以形成該五自由度位姿調(diào)整平臺(tái)。水平支撐平臺(tái)主要用于承載整個(gè)調(diào)整機(jī)構(gòu)，水平支撐平臺(tái)通過傾角傳感器檢測(cè)和水平調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)平，從而保障整個(gè)自適應(yīng)的基準(zhǔn)為水平狀態(tài)。三自由度自適應(yīng)機(jī)構(gòu)由嵌入滾動(dòng)體的支撐板構(gòu)成，使得該機(jī)構(gòu)以上部分與水平支撐平臺(tái)構(gòu)成平面的三個(gè)自由度，當(dāng)機(jī)構(gòu)收到水平方向的力和轉(zhuǎn)矩時(shí)，該三自由度自適應(yīng)機(jī)構(gòu)就可以隨之做出相應(yīng)的調(diào)整，消除水平方向和繞豎直方向轉(zhuǎn)動(dòng)的應(yīng)力。其中

作為對(duì)本發(fā)明的該五自由度位姿調(diào)整平臺(tái)的進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施例，該繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)的底部設(shè)有一個(gè)預(yù)設(shè)長(zhǎng)度的軸，該繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)的該軸依次穿過該三自由度自適應(yīng)機(jī)構(gòu)的中心孔和該水平支撐平臺(tái)的中心孔并通過定制軸端擋圈固定，該三自由度自適應(yīng)機(jī)構(gòu)的中心孔比該軸的直徑大，且其大小可以更具水平方向的調(diào)整量改變。軸端擋圈的大小比水平支撐平臺(tái)中心孔大，以防止軸的脫落。并且軸端擋圈固定軸時(shí)，需要與水平支撐平臺(tái)底面保持一定間隙從而使得三自由度的調(diào)整不受影響且結(jié)構(gòu)不會(huì)脫離。

作為對(duì)本發(fā)明的該五自由度位姿調(diào)整平臺(tái)的進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施例，該繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)和該繞Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置具有一對(duì)非完全轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)副，其中該繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)的該轉(zhuǎn)動(dòng)副的圓心和該繞Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)的該轉(zhuǎn)動(dòng)副的圓心處于同一個(gè)平面。通過繞X軸和繞Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)，使得該位姿調(diào)整平臺(tái)具備五個(gè)方向的自由度的調(diào)整，機(jī)構(gòu)要獲得繞X軸和繞Y軸兩個(gè)自由度的自適應(yīng)調(diào)整需要具備條件是整個(gè)機(jī)構(gòu)的重心必須低于該兩個(gè)自由度機(jī)構(gòu)軸心的交點(diǎn)，并且重心越低，其自適應(yīng)調(diào)整的速度越快，且越穩(wěn)定，因此該繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)和繞Y轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)副的半徑必須更具裝載模塊的大小和質(zhì)心而設(shè)計(jì)，或者滿足最大裝載條件以內(nèi)的模塊都可以通過該位姿調(diào)整平臺(tái)進(jìn)行調(diào)整。

作為對(duì)本發(fā)明的該五自由度位姿調(diào)整平臺(tái)的進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施例，該繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)的該轉(zhuǎn)動(dòng)副和該繞Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)副分別設(shè)有一個(gè)限位機(jī)構(gòu)，以用于限制該繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)和該繞Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)的調(diào)整范圍。

本發(fā)明的該五自由度位姿調(diào)整平臺(tái)的有益效果是，首先該五自由度位姿調(diào)整平臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)和電器輔助，通過巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，達(dá)到對(duì)接過程中的技術(shù)要求，其次該五自由度位姿調(diào)整平臺(tái)避免采用主動(dòng)式調(diào)節(jié)方案，從而避免了主動(dòng)式調(diào)節(jié)對(duì)測(cè)量反饋的依賴。在對(duì)接過程中往往對(duì)內(nèi)部對(duì)接情況不能直接監(jiān)測(cè)，這導(dǎo)致測(cè)量反饋并不準(zhǔn)確，從而引起對(duì)接模塊在對(duì)接過程中受到過大應(yīng)力，因此本發(fā)明中的該五自由度位姿調(diào)整平臺(tái)能夠克服這一弊端。此外本發(fā)明的該五自由度位姿調(diào)整平臺(tái)適用性廣，只要模塊滿足要求都能通過該平臺(tái)獲得高精度的位姿調(diào)整。

附圖說明

為了獲得本發(fā)明的上述和其他優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)，以下將參照附圖中所示的本發(fā)明的具體實(shí)施例對(duì)以上概述的本發(fā)明進(jìn)行更具體的說明。應(yīng)理解的是，這些附圖僅示出了本發(fā)明的典型實(shí)施例，因此不應(yīng)被視為對(duì)本發(fā)明的范圍的限制，通過使用附圖，將對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更具體和更詳細(xì)的說明和闡述。在附圖中：

圖1是本發(fā)明的五自由度自適應(yīng)位姿調(diào)整平臺(tái)的示意圖。

圖2是本發(fā)明的五自由度自適應(yīng)位姿調(diào)整平臺(tái)的一個(gè)局部示意圖。

圖3是本發(fā)明的五自由度自適應(yīng)位姿調(diào)整平臺(tái)的另一個(gè)局部示意圖。

具體實(shí)施方式

以下描述用于揭露本發(fā)明以使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明。以下描述中的優(yōu)選實(shí)施例只作為舉例，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以想到其他顯而易見的變型。在以下描述中界定的本發(fā)明的基本原理可以應(yīng)用于其他實(shí)施方案、變形方案、改進(jìn)方案、等同方案以及沒有背離本發(fā)明的精神和范圍的其他技術(shù)方案。

如圖1至圖3所示，依本發(fā)明的發(fā)明精神提供一種五自由度自適應(yīng)位姿調(diào)整平臺(tái)，該五自由度自適應(yīng)位姿調(diào)整平臺(tái)包括一個(gè)水平支撐平臺(tái)1、一個(gè)三自由度自適應(yīng)機(jī)構(gòu)2、一個(gè)繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)3、一個(gè)繞Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)4以及一個(gè)裝載機(jī)構(gòu)5，該五自由度自適應(yīng)調(diào)整平臺(tái)由該水平支撐平臺(tái)1、該三自由度自適應(yīng)機(jī)構(gòu)2、該繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)3、該繞Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)4以及該裝載機(jī)構(gòu)5串聯(lián)組成，以使該五自由度自適應(yīng)調(diào)整平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)水平方向X軸、Y軸的移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)以及繞豎直方向的轉(zhuǎn)動(dòng)的五個(gè)自由度。該五自由度自適應(yīng)位姿調(diào)整平臺(tái)的五個(gè)自由度的活動(dòng)并非采取主動(dòng)控制，而是利用該五自由度自適應(yīng)位姿調(diào)整平臺(tái)的自身微小受力而自動(dòng)地調(diào)整五個(gè)自由度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)接過程中的高精確且保證對(duì)接過程中的受力在許用應(yīng)力范圍之內(nèi)。

該水平支撐平臺(tái)1的底部可以和一個(gè)基座或者其他平臺(tái)固定連接，該三自由度自適應(yīng)機(jī)構(gòu)2設(shè)置于在該水平支撐平臺(tái)1上，該繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)3設(shè)置在該三自由度自適應(yīng)機(jī)構(gòu)2上，其中該繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)3的底部有一根一定長(zhǎng)度的軸，其穿過該三自由度自適應(yīng)機(jī)構(gòu)2和該水平支撐平臺(tái)1的中心孔并固定。該繞Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)4設(shè)置在該繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)3上，該裝載機(jī)構(gòu)5設(shè)置在該繞Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)4，以通過該裝載機(jī)構(gòu)5將一定質(zhì)量和體積范圍內(nèi)的一個(gè)裝載物6支撐。該五自由度自適應(yīng)位姿調(diào)整平臺(tái)在調(diào)整該裝載物6的位姿時(shí)，無需通過測(cè)量對(duì)接過程中模塊實(shí)際的受力和對(duì)接情況就能夠?qū)?duì)接過程做出自動(dòng)調(diào)整，而且在調(diào)整后能夠保證對(duì)接的精度。另外，該五自由度自適應(yīng)位姿調(diào)整平臺(tái)的調(diào)整過程主要依靠模塊在對(duì)接構(gòu)成中受到輕微的作用力而產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的位移和轉(zhuǎn)動(dòng)的變化，整個(gè)調(diào)整構(gòu)成不需要對(duì)該五自由度自適應(yīng)位姿調(diào)整平臺(tái)施加主動(dòng)干預(yù)，并且在調(diào)整過程中不需要對(duì)模塊復(fù)雜的受力進(jìn)行分解，同時(shí)對(duì)于對(duì)接過程中內(nèi)部實(shí)際對(duì)接情況也不需要通過復(fù)雜的反饋裝置進(jìn)行檢測(cè)，從而降低對(duì)接過程中的復(fù)雜程度，以提高對(duì)接過程中的精度。

該繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)3和該繞Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)4的結(jié)構(gòu)類似，以該繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)3為例，該繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)3的兩側(cè)設(shè)有一對(duì)結(jié)構(gòu)相同的轉(zhuǎn)動(dòng)副，且該轉(zhuǎn)動(dòng)副為非完全轉(zhuǎn)動(dòng)。該X軸轉(zhuǎn)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)3和該繞Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)4的軸向相互垂直，并且在該繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)3和該繞Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)4的轉(zhuǎn)動(dòng)副上都設(shè)有限位機(jī)構(gòu)，以用于限制自適應(yīng)的調(diào)整范圍和防止繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)3和該繞Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)4相互錯(cuò)位或者脫離，在該轉(zhuǎn)動(dòng)副上設(shè)有鎖緊螺釘，以保證運(yùn)輸過程中該五自由度自適應(yīng)位姿調(diào)整平臺(tái)不會(huì)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

在使用該五自由度自適應(yīng)調(diào)整平臺(tái)實(shí)現(xiàn)該裝載物6的對(duì)接時(shí)，實(shí)施為該裝載物6的模塊的重心O’必須低于該繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)3和該繞Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)4的旋轉(zhuǎn)軸的交點(diǎn)O。盡管該繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)3和該繞Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)4具有不同半徑的轉(zhuǎn)動(dòng)副，但是其轉(zhuǎn)動(dòng)副的圓心均在同一個(gè)平面上，從而使得該繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)3和該繞Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)4的旋轉(zhuǎn)軸相交于一個(gè)點(diǎn)。

以上對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說明，但該內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，不能被認(rèn)為用于限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。凡依本發(fā)明申請(qǐng)范圍所作的均等變化與改進(jìn)等，均應(yīng)仍歸屬于本發(fā)明的專利涵蓋范圍之內(nèi)。