三自由度平面并联机构动平台位姿检测装置

摘要

一种三自由度平面并联机构动平台位姿检测装置，其包括基座、动平台和两个结构相同的检测机构，其中，两个检测机构分别设在矩形基座的对角线上，并通过连接板与基座连接，动平台为三自由并联机构，通过球头连接杆与检测机构连接；所述检测机构中的两个一级导轨分别固定在连接板的两侧，一级导轨上均设有一级滑块，一级滑块上端均与下板固连，一级磁尺固定在下板侧面；两个二级导轨分别固定在下板的两侧，与一级导轨方向交叉，二级导轨上均设有二级滑块，二级滑块上端均与上板固连，二级磁尺固定在上板侧面；上板的中心设有槽孔，球头连接杆的球头端镶嵌到槽孔中，其另一端为法兰结构，与动平台固连。本发明的结构简单、成本低、检测方法简单快捷、效率高。

说明书

技术领域

本发明属于检测技术领域，特别涉及一种三自由度平面并联机构位姿检测装置。

背景技术

并联机构也称为并联机器人，是一种由多个并行链构成的闭环机构，因其具有刚度高、承载能力强、误差小、定位精度高、运动质量小和动态性能好等优点，几乎应用到工业的各个领域。

大部分并联机构在工业上的应用，多以Stewart平台为基础搭建6自由度平台，但在实际的应用中有时不需要6自由度，少于6自由度即可满足实际需求。其中，三自由度并联机构是典型的少自由度并联机构，如二个移动和一个转动的3-PPR平面三自由度并联机构，因其结构简单、所占空间小和控制相对简单等优点，被广泛的应用到工业的各个领域。因并联机构的特性，三自由度并联机构在平面内可实现任意姿态和位置，这给实时检测运动平台的位姿带来很大的困难，现在还没有一种很好的检测装置来实时监测三自由度并联机构的位姿。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、成本低、检测方法简单快捷、效率高的三自由度平面并联机构动平台位姿检测装置。

本发明的技术方案如下：

本发明包括基座、动平台和两个结构相同的检测机构，其中，两个检测机构分别设在矩形基座的对角线上，并通过连接板与基座连接，动平台为三自由并联机构，通过球头连接杆与检测机构连接；

所述检测机构包括一级导轨、一级滑块、二级导轨、二级滑块、球头连接杆、上板、下板、一级磁尺、二级磁尺和连接板，其中，两个一级导轨分别固定在连接板的两侧，一级导轨上均设有一级滑块，一级滑块上端均与下板固连，一级导轨与一级滑块构成第一移动副，一级磁尺固定在与一级导轨平行的下板侧面；两个二级导轨分别固定在下板的两侧，与一级导轨方向交叉，二级导轨上均设有二级滑块，二级滑块上端均与上板固连，二级导轨与二级滑块构成第二移动副，二级磁尺固定在与二级导轨平行的上板侧面；上板中部下面设有凸块，上板的中心设有槽孔，球头连接杆的球头端镶嵌到槽孔中，其另一端为法兰结构，与动平台固连。

检测时，两个磁尺机构跟随移动副做同步运动，从磁尺机构的显示器上可直接得出二组移动副的移动量。

所述的检测机构分别布置在基座的对角线上，且二个检测机构的第一移动副平行于Y轴，第二移动副平行于X轴；第一移动副和第二移动副的运动方向相互垂直，且均为被动运动；所述第一移动副与第二移动副均通过并行设置的导轨滑块机构实现随动，且运动方向相互垂直；当二个第一移动副同步运动，而二个第二移动副无运动时，可由一级磁尺检测出动平台沿平行于第一移动副Y轴方向的移动量Y1和Y2，由计算公式得到动平台在Y轴方向上的移动量；当二个第二移动副同步运动，而二个第一移动副无运动时，可由二级磁尺检测出动平台沿平行于第二移动副X轴方向的移动量X1和X2，由计算公式得到动平台在X轴方向上的移动量；当第一移动副与第二移动副均有运动时，则可根据第一移动副Y轴方向上的移动量Y与第二移动副X轴方向上的移动量X，通过计算公式间接得出动平台绕Z轴的转动量α，其中r为检测装置对角线布置半径；球头连接杆带动检测机构的移动副跟随动平台做同步运动，从而检测出动平台的运动姿态。

本发明与现有现有技术相比具有如下优点：

机构简单，成本低，检测方法简单快捷，效率高。

附图说明

图1为本发明的立体示意简图；

图2为本发明的局部剖视图；

图3为本发明检测机构的剖视图。

图中：1-检测结构、2-基座、3-动平台、4-一级导轨、5-一级滑块、6-一级磁尺、7-下板、8-二级导轨、9-上板、10-球头连接杆、11-二级滑块、12-二级磁尺、13-连接板。

具体实施方式

在图1和图2所示的三自由度并联机构位姿检测装置示意图中，基座2为矩形框，两个结构相同的检测机构1分别设在基座的对角线上，并通过连接板13与基座连接，动平台3也为矩形框，动平台为三自由并联机构，动平台与检测机构连接；

如图3所示，检测机构包中的两个一级导轨4分别固定在检测机构连接板的两侧，一级导轨上均设有一级滑块5，一级滑块上端均与下板7固连，一级导轨与一级滑块构成第一移动副，一级磁尺6固定在与一级导轨平行的下板侧面；两个二级导轨8分别固定在下板的两侧，与一级导轨方向交叉，二级导轨上均设有二级滑块11，二级滑块上端均与上板9固连，二级导轨与二级滑块构成第二移动副，二级磁尺12固定在与二级导轨平行的上板侧面；上板中部下面设有凸块，上板的中心设有槽孔，球头连接杆10的球头端镶嵌到槽孔中，其另一端为法兰结构，与动平台固连。

两个磁尺机构跟随移动副做同步运动，从磁尺机构的显示器上可直接得出二组移动副的移动量。

所述的检测机构分别布置在基座的对角线上，且二个检测机构的第一移动副平行于Y轴，第二移动副平行于X轴；第一移动副和第二移动副的运动方向相互垂直，且均为被动运动；所述第一移动副与第二移动副均通过并行设置的导轨滑块机构实现随动，且运动方向相互垂直；从图1可以看出，当二个第一移动副同步运动，而二个第二移动副无运动时，可由一级磁尺检测出动平台沿平行于第一移动副Y轴方向的移动量Y1和Y2，由计算公式得到动平台在Y轴方向上的移动量；当二个第二移动副同步运动，而二个第一移动副无运动时，可由二级磁尺检测出动平台沿平行于第二移动副X轴方向的移动量X1和X2，由计算公式得到动平台在X轴方向上的移动量；当第一移动副与第二移动副均有运动时，则可根据第一移动副Y轴方向上的移动量Y与第二移动副X轴方向上的移动量X，通过计算公式间接得出动平台绕Z轴的转动量α，其中r为检测装置对角线布置半径；球头连接杆带动检测机构的移动副跟随动平台做同步运动，从而检测出动平台的运动姿态。

本发明为机械机构中的一种辅助装置，只是用来实时监控检测动平台的位姿变化，发明里提到的基座和动平台是被检测平台的底座和检测平台的一种示意。