用于获取三轴柔性并联平台位姿量的装置及并联平台系统的制作方法

本发明涉及柔性并联平台检测技术领域，更具体地，涉及用于获取三轴柔性并联平台位姿量的装置及并联平台系统。

背景技术

并联平台具有刚度大、承载能力强、位置误差不累计等特点，其在航空、航天、海底作业或制造装配等行业有着广泛的应用。三轴并联平台是通过三套推杆及万向绞以并联的方式将动平台和静平台连接起来，成为一体。静平台固定于地面或其它结构上，推杆及万向绞将动平台支撑于静平台上方，其通过推杆的伸或缩的长度，通过三根推杆的协调动作，使动平台能够灵活地实现多个自由度的运动。

在实际运用过程中，由于并联平台可以实现多自由度的运动状态，对末端位姿的准确检测和调控过程较为复杂。目前对平联平台空间六自由度检测的设备较少，检测方法大多是靠双目机器视觉和多激光设备叠加，前者精度往往不够，后者则成本过高，而且两者均需要并联平台上面安装相应的反馈装置，往往会影响实际应用。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明提供了一种用于获取三轴柔性并联平台位姿量的装置及并联平台系统，以解决现有技术对三轴柔性并联平台位姿或位姿量检测时，检测结构复杂、精度低的技术问题。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，提供一种用于获取三轴柔性并联平台位姿量的装置，包括位姿量检测机构；所述位姿量检测机构位于所述并联平台的动平台下侧，所述位姿量检测机构包括倾角传感器和至少三套位移量检测单元，所述倾角传感器和所述至少三套位移量检测单元分别固定连接于所述动平台的下侧；所述倾角传感器的灵敏轴与所述动平台平行，用于检测所述动平台的倾角变化；所述至少三套位移量检测单元通过检测所述动平台上多点位置的变化以获取所述动平台的位姿量。

进一步地，至少三套所述位移量检测单元与所述动平台的连接位置位于不同直线方向上。

进一步地，所述位移量检测单元包括万向转动组件和相机模组；所述相机模组通过所述万向转动组件可转动地连接于所述动平台下方。

进一步地，所述万向转动组件包括弧形臂、第一圆环和第二圆环；所述弧形臂的中部与所述动平台相连，所述弧形臂的两端部分别与所述第一圆环活动连接，所述第二圆环与所述第一圆环通过两个连接点活动连接，且所述两个连接点的连线与所述弧形臂两端部的连线相交。

进一步地，所述相机模组包括相机，所述相机的镜头朝向正下方，所述相机模组通过镜头的自动对焦功能获取所述动平台在竖直方向的位移量。

进一步地，所述相机模组还包括封装所述相机的框架，所述框架的下侧设置有磁体。

进一步地，所述位姿量检测机构还包括支架；所述支架包括连接平台、连杆和连接部，所述连接平台通过所述连杆与所述连接部固定连接，所述连接部固定连接于所述动平台下侧，所述位移量检测单元位于所述连接平台下侧，且与所述连接平台固定连接。

进一步地，所述连接平台的形状为三角形，三套所述位移量检测单元分别位于所述连接平台的三个顶点位置。

根据本发明的另一个方面，还提供一种并联平台系统，包括上述装置。

(三)有益效果

本申请提出的一种用于获取三轴柔性并联平台位姿量的装置及并联平台系统，其有益效果主要如下：

位姿量检测机构固定连接于动平台下侧，通过至少三套位移量检测单元获取三轴柔性并联平台中动平台上多个点位置的位移量，无需额外设置反馈机构，能够精简结构、提高检测效率和准确性。

相机模组通过万向转动组件与动平台连接，保证相机模组不会发生倾斜，使之始终保持在竖直方向。

相机的镜头朝向正下方，根据相机镜头对物体的自动对焦功能即能够获取相机模组在竖直方向的位移，进而能够实时、准确的测量动平台上相应的点位置在竖直方向的位移量。

附图说明

图1为根据本发明实施例的一种用于获取三轴柔性并联平台位姿量的装置的结构示意图；

图2为根据本发明实施例的一种用于获取三轴柔性并联平台位姿量的装置的倾角传感器的结构示意图；

图3为根据本发明实施例的一种用于获取三轴柔性并联平台位姿量的装置的万向转动组件的结构示意图；

图4为根据本发明实施例的一种用于获取三轴柔性并联平台位姿量的装置的相机模组的结构示意图；

图5为根据本发明实施例的一种用于获取三轴柔性并联平台位姿量的装置的支架的结构示意图。

图中，1-支架；11-连接平台；12-连杆；13-连接部；2-万向转动组件；21-弧形臂；22-第一圆环；23-第二圆环；3-相机模组；31-无线通讯模块；32-电池；33-相机；34-磁体；4-倾角传感器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

一种用于获取三轴柔性并联平台位姿量的装置，所获取的位姿量用于检测三轴柔性并联平台的位姿。并联平台包括动平台和静平台。动平台和静平台之间通过三根柔性支链等结构连接，只要能够满足动平台与静平台之间具有多自由度的灵活动作即可。

该装置包括位姿量检测机构。位姿量即是能够体现三轴柔性平台位姿的参量，通过对三轴柔性平台位姿量的检测，即能够测算三轴柔性平台的位姿。位姿量检测机构位于动平台下侧，且与动平台固定连接。位姿量检测机构直接与动平台固定连接，则动平台发生位置变化时，动平台的位置变化带动与动平台连接的位姿量检测机构的相应构件发生相同的状态变化，便于位姿量检测机构对动平台位置变化信息的准确获取；同时，动平台的位置变化信息能够快速且直接传送至位姿量检测机构，便于位姿机检测机构对动平台位姿的快速、准确检测。

参见图1和图2所示，位姿量检测机构包括倾角传感器4和至少三套位移量检测单元。倾角传感器4和至少三套位移量检测单元分别固定连接于动平台的下侧。

并且，倾角传感器4的灵敏轴与动平台平行；倾角传感器4用于检测动平台的相对于竖直方向的倾角变化。当动平台相对于竖直方向发生倾斜时，倾角传感器4能够准确地获取动平台的倾角变化。

位移量检测单元用于检测动平台与位移量检测单元相连的位置在竖直方向的位移量。具体地，位移量检测单元利用相机镜头对不同距离物体的自动对焦功能以获取动平台与位移量检测单元连接位置在竖直方向的位移量。

当动平台发生位姿变化时，该至少三套位移量检测单元能够检测动平台上多点位置在竖直方向的位移量；倾角传感器4则能够测得动平台相对于竖直方向的角度变化。具体地，由多套位移量检测单元检测得到各位移量检测单元与动平台连接位置在竖直方向的位移量，结合动平台的倾斜角度，即可对动平台的位姿进行测算。

该位姿量检测机构通过检测动平台上多点位置的位置变化情况，实现对动平台位姿的检测，进而实现对并联平台位姿的检测。具体地，动平台上多点位置的变化，是动平台上各点位置在竖向方向发生位移量，或动平台相对于水平或竖直方向的倾角变化。

当动平台发生倾斜或整体位置发生变化时，动平台上的各点位置或者至少大部分点位置相对于初始状态，都会发生变化。选取动平台上的多个点，测量该多个点的位置变化情况，通过简单的换算即可得到位置变化后的并联平台的位姿。并且，无需额外设置反馈机构，能够简化机构设置。

例如，当动平台在竖直方向整体移动而不发生倾斜时，则直接通过动平台多个点在竖直方向发生位置变化的位移量，即可检测并联平台位置变化后的位姿。可以理解的是，当只发生竖直方向的位移变化时，动平台上各点位置的位移变化量是相同的。

又如，当动平台在竖直方向发生位置变化，同时相对于水平方向发生倾斜时，则可通过对动平台上多点位置位移量的变化，以及动平台相对于水平方向的倾角，对动平台的位姿进行检测。

在一个具体的实施例中，该至少三套位移量检测单元中的任一套位移量检测单元均与动平台相连。并且，该至少三套位移量检测单元与动平台的连接位置位于不同直线方向上，即不在同一直线方向上。也即，以该至少三套位移量检测单元与动平台连接的位置作为顶点形成三角形或多边形结构。

位姿量检测机构优选包括三套位移量检测单元。以三套位移量检测单元对动平台上三点位置的检测，即能够确定动平台的位姿。以位姿量检测机构包括三套位移量检测单元为例，三套位移量检测单元均位于动平台下方，且分别与动平台相连，以三套位移量检测单元与动平台连接的位置为顶点，形成三角形结构。该三角形优选为等腰三角形或等边三角形；形成等腰或等边三角形，便于简化后续对动平台位姿的计算过程。

参见图1所示，在一个具体的实施例中，位移量检测单元包括万向转动组件2和相机模组3。具体地，万向转动组件2的一端与相机模组3相连，万向转动组件2的另一端与动平台相连。相机模组3通过万向转动组件2与动平台连接，使相机模组3能够相对于动平台转动。相机模组3通过万向转动组件2与动平台连接，使得位移量检测单元能够始终保持在竖直方向，从而对位移量检测单元与动平台连接位置在竖直方向位移量的检测更准确。

参见图3所示，在一个具体的实施例中，万向转动组件2包括弧形臂21、第一圆环22和第二圆环23。弧形臂21的两端部分别与第一圆环22活动连接；第一圆环22与第二圆环23活动连接。第一圆环22与第二圆环23通过两个连接点活动连接，优选第二圆环23位于第一圆环22的内侧；并且，该两个连接点的连线与弧形臂21两端部的连线相交。弧形臂21的中部与动平台固定连接，第二圆环23与相机模组3固定连接。

具体地，弧形臂21的两端部可分别通过第一销钉与第一圆环22活动连接。弧形臂21的两端部分别设置沿弧形臂21厚度贯穿弧形臂21的两个第一通孔，并相应地，在第一圆环22上设置有沿第一圆环22径向的两个第二通孔；两个第二通孔优选沿第一圆环22的直径方向相对设置。其中一个第一通孔和一个第二通孔通过第一销钉连接，另一个第一通孔和另一个第二通孔通过另一个第一销钉连接。其中，第一销钉的直径略小于第一通孔和第二通孔的直径，使得弧形臂21与第一圆环22都能够相对于第一销钉自由转动。

进一步地，在第一圆环22的其他位置还设置有两个第三通孔。两个第三通孔优选沿第一圆环22的直径方向相对设置。相应地，在第二圆环23上设置有两个第四通孔。两个第四通孔优选沿第二圆环23的直径方向相对设置。其中一个第三通孔与一个第四通孔通过第二销钉连接，另一个第三通孔与另一个第四通孔通过另一个第二销钉连接。其中，第二销钉的直径略小于第三通孔和第四通孔的直径，使得第一圆环22与第二圆环23都能够相对于第二销钉自由转动。

两个第二通孔之间的连线与两个第三通孔之间的连线相交；也即弧形臂21和第一圆环22连接的位置与第二圆环23与第一圆环22连接的位置不同。优选两个第二通孔之间的连线与两个第三通孔之间的连线相互垂直。采用这种连接方式，当动平台发生位置变化时，万向转动组件2能够灵活转动，使相机模组3能够稳定地发生位置变化，准确地获取其在竖直方向的位移变化。

弧形臂21优选为圆弧形的弧形臂21。优选弧形臂21对应的直径可大于第一圆环22的直径，则弧形臂21上与第一圆环22连接的位置位于第一圆环22内部。采用这种连接方式，弧形臂21与第一圆环22可发生360°的旋转。优选第一圆环22的直径可大于第二圆环23的直径，则第二圆环23上与第一圆环22连接的位置位于第一圆环22内部。采用这种连接方式，第二圆环23与第一圆环22可发生360°的旋转。优选弧形臂21对应的内径大于第一圆环22的外径，第一圆环22的内径大于第二圆环23的外径，使得弧形臂21与第一圆环22之间能够自由转动，同时第一圆环22与第二圆环23之间也能够自由转动。

参见图4所示，在一个具体的实施例中，相机模组3包括相机33，且相机33的镜头朝向正下方，相机模组3通过相机33镜头的自动对焦功能获取动平台在竖直方向的位移量。当动平台发生位置变化，相应的相机模组3在竖直方向的位置也发生变化。当相机33在竖直方向的位置发生变化时，利用相机的自动对焦技术，在不同的高度，相机33会根据照片的清晰度驱动音圈电机来实现相机33的移动。

在相机模组3的位置变化前，相机33的镜头通过调节内部音圈电机的运动对相机33正下方的静平台进行对焦；相机模组3的位置发生变化后，相机33的镜头通过调节内部音圈电机的运动对相机33正下方的静平台重新进行对焦，则音圈电机在竖直方向的位移即为相机模组3在竖直方向的位移量，进而得到动平台与位姿量检测机构连接的位置在竖直方向的位移量。而相机模组3通过万向转动组件2与动平台连接，使得相机33的镜头始终朝向正下方，不会发生倾斜，且在位置变化过程中，其运动平稳，数据获取过程更准确、快速。

参见图4所示，在一个具体的实施例中，相机模组3还包括封装相机33的框架，在框架的下侧设置有磁体34。可以理解的是，框架用于保护相机33，同时，便于磁体34的安装。具体地，框架的一端固定连接于第二圆环23上的一点；优选该连接点位于两个第四通孔之间连线的中垂线上。在框架的下侧设置磁体34，使磁体34靠近静平台。当动平台发生位置变化而带动相机模组3运动时，框架下侧设置的磁体34因与静平台之间的磁场作用而有利于相机模组3快速平衡位置，以便于快速、准确地检测数据。

在一个具体的实施例中，框架内还封装有无线通讯模块31。无线通讯模块31用于将相机33获取或经计算的数据传输至数据处理装置。以快速、实时获取动平台位姿信息。可以理解的是，在框架内还设置有电池32，以对相机33和无线通讯模块31提供电源，使之正常运转。无线通讯模块31可以是蓝牙等体积较小的模块。无线通讯模块31和电池32的位置可以灵活设置，只要能够满足相机33的正常工作和数据正常传输即可。

具体地，由于三轴柔性并联平台任意位姿只存在一组反解，且不存在使得并联平台平行的两个位姿；因此，当位移量检测单元为三套时，三套位移量检测单元获取动平台三个点位置在竖直方向的位移量，便可以计算得到动平台的两个倾角和高度位移量；同时，倾角传感器获取另一个倾角，即得到三个转角和一个位移量，即可计算得到剩下的两个位移量，确定并联平台的位姿。

参见图1所示，在一个具体的实施例中，位姿量检测机构还包括支架1；位移量检测单元通过支架1与动平台固定连接。参见图5所示，支架1包括连接平台11、连杆12和连接部13。连接平台11通过连杆12与连接部13连接。连接部13直接固定连接于动平台下侧；位移量检测单元位于连接平台11下侧，且固定于连接平台11上。其中，连接部13可以是板状结构，也可以是其他结构，只要能够便于与动平台连接即可。具体地，万向转动组件2中的弧形臂21的中部即固定连接于连接平台11下侧。由于支架1与动平台固定连接，则支架1与动平台的动作一致；位移量检测单元通过支架1与动平台固定连接，位移量检测单元获取的参量直接反映动平台的位姿量。

在一个具体的实施例中，连接平台11采用三角形板；连接平台11优选采用等边三角形板。位移量检测单元采用三套，三套位移量检测单元分别位于连接平台11的三个顶点位置。连接平台11采用三角形板，便于位移量检测单元的转动，同时，采用三角形结构，便于简化位姿测算过程。连接平台11也可采用类三角形结构，即连接平台11的各边为弧形结构，且优选各边的弧长相等。

在一个具体的实施例中，一种三轴柔性并联平台系统，其包括三轴柔性并联平台和上述用于获取三轴柔性并联平台位姿量的装置。具体地，并联平台包括动平台和静平台，动平台与静平台之间通过三根柔性支链连接。具体地，动平台与静平台之间通过三根柔性支链连接；任一根柔性支链的一端与动平台连接，另一端与静平台连接。在动平台的下侧即固定连接有上述用于获取三轴并联平台位姿量的装置。通过在动平台的下侧固定连接上述用于获取三轴并联平台位姿量的装置，其能够对三轴柔性并联平台位姿进行实时、准确地检测。

本发明的用于获取三轴柔性并联平台位姿量的装置及并联平台系统，位姿检测监测装置的位姿量检测机构固定连接于动平台下侧，即便于对动平台位置变化的快速响应，又便于相机模组的位置变动；相机模组通过万向转动组件与动平台连接，便于相机的镜头始终保持朝向正下方，以使相机所获取的数据与倾角传感器的数据准确反映并联平台位姿信息。

最后，本发明的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。