[發(fā)明專利]一種空間多自由度定位裝置及其空間位置解算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811294859.2
• 申請日: 2018-11-01
• 公開（公告）號: CN109454472B
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 付興賀;陳澤華;劉凱
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: B23Q1/54
• 分類號: B23Q1/54
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 施昊

本發(fā)明公開了一種空間多自由度定位裝置及其空間位置解算方法。所述裝置包括底板平臺、第一三維轉(zhuǎn)臺、第二三維轉(zhuǎn)臺、第一轉(zhuǎn)臺底座、第二轉(zhuǎn)臺底座、伺服電機(jī)、絲杠和導(dǎo)軌，導(dǎo)軌鋪設(shè)在底板平臺上，第一三維轉(zhuǎn)臺安設(shè)在第一轉(zhuǎn)臺底座上，第一轉(zhuǎn)臺底座固定在底板平臺的一端，第二三維轉(zhuǎn)臺安設(shè)在第二轉(zhuǎn)臺底座上，第二轉(zhuǎn)臺底座可以沿導(dǎo)軌做靠近或遠(yuǎn)離第一轉(zhuǎn)臺底座的運動，兩個目標(biāo)物體分別固定在第一三維轉(zhuǎn)臺和第二三維轉(zhuǎn)臺上。所述空間位置解算方法根據(jù)本發(fā)明裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)特點，通過固定在夾具上兩物體間期望的空間位置姿態(tài)關(guān)系解算出裝置上每個運動部件的運動量。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)空間中兩個物體之間的復(fù)雜相對位置姿態(tài)的定位。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于部件空間定位領(lǐng)域，特別涉及了一種空間多自由度定位裝置及其空間位置解算方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)代工業(yè)、國防及航空航天等領(lǐng)域中某些場合需要模擬出兩個物體間的空間位置姿態(tài)關(guān)系，以方便測量、定位、組裝和設(shè)計等。

在宇宙空間中航天飛行器之間經(jīng)常要做出特定的相對位置姿態(tài)以完成某項工作，例如兩個衛(wèi)星之間的對接、空間站中伸出的機(jī)械臂需要抓住遠(yuǎn)處的某個物體、兩個飛船要以特定的姿態(tài)與轉(zhuǎn)角做相對運動等，這些在前期都需要大量的模擬。由于科技水平的限制，目前人類不可能前往太空做實驗，因此在地面實驗室就需要有可以模擬飛行器與飛行器之間空間位置姿態(tài)關(guān)系的設(shè)備。

另外一些工業(yè)應(yīng)用，如雷達(dá)、導(dǎo)彈跟蹤做俯仰、偏航、翻滾運動的飛行器、一些發(fā)動機(jī)管路系統(tǒng)設(shè)計等，都需要能夠做出空間多自由度運動的設(shè)備進(jìn)行輔助設(shè)計。

現(xiàn)有的定位裝置一般用于水管、燃?xì)夤艿赖陌惭b，這類管道的管接頭一般不需要在空間中有復(fù)雜的位置姿態(tài)關(guān)系，因此上述定位裝置實現(xiàn)不了模擬三維空間內(nèi)了兩個物體之間的位置姿態(tài)，不適用于上述應(yīng)用背景。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述背景技術(shù)提出的技術(shù)問題，本發(fā)明旨在提供一種空間多自由度定位裝置及其空間位置解算方法，實現(xiàn)空間中兩個物體之間的復(fù)雜相對位置姿態(tài)的定位。

為了實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種空間多自由度定位裝置，包括底板平臺、第一三維轉(zhuǎn)臺、第二三維轉(zhuǎn)臺、第一轉(zhuǎn)臺底座、第二轉(zhuǎn)臺底座、伺服電機(jī)、絲杠和導(dǎo)軌，所述導(dǎo)軌鋪設(shè)在底板平臺上，第一三維轉(zhuǎn)臺安設(shè)在第一轉(zhuǎn)臺底座上，第一轉(zhuǎn)臺底座固定在底板平臺的一端，第二三維轉(zhuǎn)臺安設(shè)在第二轉(zhuǎn)臺底座上，所述伺服電機(jī)設(shè)置在第一轉(zhuǎn)臺底座的內(nèi)部，絲杠的頂端和底端通過支撐座固定在底板平臺上，且絲杠與導(dǎo)軌平行，絲杠的頂端通過聯(lián)軸器與伺服電機(jī)軸相連，絲杠上設(shè)有螺母座，當(dāng)絲杠旋轉(zhuǎn)時，螺母座沿絲杠移動，第二轉(zhuǎn)臺底座固定在螺母座上，導(dǎo)軌上設(shè)有能沿導(dǎo)軌滑動的滑塊，且該滑塊安裝在第二轉(zhuǎn)臺底座底部，使得第二轉(zhuǎn)臺底座能夠在導(dǎo)軌上滑動，在伺服電機(jī)帶動下，第二轉(zhuǎn)臺底座帶著第二三維轉(zhuǎn)臺沿著導(dǎo)軌滑動，兩個目標(biāo)物體分別固定在第一三維轉(zhuǎn)臺和第二三維轉(zhuǎn)臺上。

進(jìn)一步地，該裝置還包括第一夾具、第一夾具底座、第二夾具和第二夾具底座，所述第一夾具底座和第二夾具底座分別安設(shè)在第一三維轉(zhuǎn)臺和第二三維轉(zhuǎn)臺的中央，第一夾具和第二夾具分別安設(shè)在第一夾具底座和第二夾具底座上，兩個目標(biāo)物體分別固定在第一夾具和第二夾具上。

進(jìn)一步地，第一三維轉(zhuǎn)臺和第二三維轉(zhuǎn)臺均能實現(xiàn)俯仰、偏航和翻滾三個自由度的運動，通過伺服電機(jī)和絲杠能夠控制第一三維轉(zhuǎn)臺和第二三維轉(zhuǎn)臺之間的距離，從而實現(xiàn)七個自由度的運動。