[發明專利]五自由度自適應位姿調整平臺

在審

• 申請號: 201611268329.1
• 申請日: 2016-12-31
• 公開（公告）號: CN106772888A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 袁曉東;鄭萬國;謝志江;周海;朱小龍;皮陽軍;倪衛;何春橋;范乃吉;歐德明;張盡力;陳遠斌
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院激光聚變研究中心;重慶大學
• 主分類號: G02B7/00
• 分類號: G02B7/00
• 代理公司: 重慶大學專利中心50201
• 代理人: 王翔

技術領域

本發明涉及一種位姿調整平臺，屬于高精度動態位姿調整領域，特別涉及一種五自由度自適應位姿調整平臺。

背景技術

現代工程中常常涉及到高精度、微小變形的對接，例如一些精密光學模塊的裝卸。這些光學模塊需要裝載到一定鏡箱中，但是其體積和質量都比較大，且需要極其精確的對接，必須保證對接過程中所受的接觸應力小于許用應力。某些特定的光學模塊，由于系統要求，其體積較大，特別是在豎直方向對接時的長度較長，對接過程涉及一個或者多個自由度的調整，調整過程同時要達到快速響應的要求，才能保證對接過程是一個相對穩態的過程。如果對接過程中位姿稍微有一點偏差將會造成對接失敗甚至損毀光學模塊。一般的機構都是采用主動式調整，通常通過力傳感器和傾角傳感器采集模塊對接過程中的力和角度的變化，但是力的傳感器并非測得模塊實際受力情況，如果模塊受到傾翻力矩和轉矩，通過力傳感器很難解算出模塊實際受力。同時傾角傳感器對模塊也只能測到一到兩個方向的傾角。所以此類調整結構很難達到高精度對接的要求。另外一方面，通過這些傳感器構成的閉環系統對測量的方式往往都只能反映對接過程中的外部情況，而在對接過程中對接內部的往往不允許添加測量設備去觀察內部實際對接情況，所以只有采用在外部增加傳感器等方法實現閉環，而外部采集的數據很難反應出內部的真實情況，且計算方法復雜。因此這種主動式對接方法很難實現高精度、小變形、大位移的對接。本發明針對這種主動對接方法中的不足，提出了一種五自由度自適應位姿調整平臺。

發明內容

本發明的目的是提供一種能夠根據對接過程中產生的微小作用力自動調整對接模塊的五自由度自適應位姿調整平臺，以提高對接精度。

為了達到上述目的，本發明提供一種五自由度自適應位姿調整平臺，其中該五自由度自適應位姿調整平臺包括一個水平支撐平臺、一個三自由度自適應機構、一個繞X軸轉動自適應機構、一個繞Y軸轉動自適應機構以及一個裝載機構，該三自由度自適應機構設置于該水平支撐平臺，該繞X軸轉動自適應機構設置于該三自由度自適應機構，該繞Y軸轉動自適應機構設置于該繞X軸轉動自適應機構，該裝載機構設置于該繞Y軸轉動自適應機構，并且該水平支撐平臺、該三自由度自適應機構、該繞X軸轉動自適應機構、該繞Y軸轉動自適應機構和該裝載機構自下而上地依次串聯，以形成該五自由度位姿調整平臺。水平支撐平臺主要用于承載整個調整機構，水平支撐平臺通過傾角傳感器檢測和水平調整機構調平，從而保障整個自適應的基準為水平狀態。三自由度自適應機構由嵌入滾動體的支撐板構成，使得該機構以上部分與水平支撐平臺構成平面的三個自由度，當機構收到水平方向的力和轉矩時，該三自由度自適應機構就可以隨之做出相應的調整，消除水平方向和繞豎直方向轉動的應力。其中

作為對本發明的該五自由度位姿調整平臺的進一步優選的實施例，該繞X軸轉動自適應機構的底部設有一個預設長度的軸，該繞X軸轉動自適應機構的該軸依次穿過該三自由度自適應機構的中心孔和該水平支撐平臺的中心孔并通過定制軸端擋圈固定，該三自由度自適應機構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整量改變。軸端擋圈的大小比水平支撐平臺中心孔大，以防止軸的脫落。并且軸端擋圈固定軸時，需要與水平支撐平臺底面保持一定間隙從而使得三自由度的調整不受影響且結構不會脫離。

作為對本發明的該五自由度位姿調整平臺的進一步優選的實施例，該繞X軸轉動自適應機構和該繞Y軸轉動自適應機構的兩側對稱設置具有一對非完全轉動的轉動副，其中該繞X軸轉動自適應機構的該轉動副的圓心和該繞Y軸轉動自適應機構的該轉動副的圓心處于同一個平面。通過繞X軸和繞Y軸轉動自適應機構，使得該位姿調整平臺具備五個方向的自由度的調整，機構要獲得繞X軸和繞Y軸兩個自由度的自適應調整需要具備條件是整個機構的重心必須低于該兩個自由度機構軸心的交點，并且重心越低，其自適應調整的速度越快，且越穩定，因此該繞X軸轉動和繞Y轉動機構的轉動副的半徑必須更具裝載模塊的大小和質心而設計，或者滿足最大裝載條件以內的模塊都可以通過該位姿調整平臺進行調整。

作為對本發明的該五自由度位姿調整平臺的進一步優選的實施例，該繞X軸轉動自適應機構的該轉動副和該繞Y軸轉動自適應機構的轉動副分別設有一個限位機構，以用于限制該繞X軸轉動自適應機構和該繞Y軸轉動自適應機構的調整范圍。