一种水平方向及偏航调整的三自由度并联调姿平台的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种大型雷达天线面板对接系统，具体涉及一种水平方向及偏航调整 的三自由度并联调姿平台。 技术背景
[0002] 现代科学技术的发展，在航空、航天、机床及自动化装备等众多领域内，利用机器 自身的空间三自由度位置定位与自动调节来实现对接的技术应用越来越广泛，并且要求越 来越高。对空间物体，不仅要测量它的某一自由度指标，而且要求精确检测其空间位置，在 此基础上更要求机构能利用自身的位姿反馈信息调节自身的姿态以实现对接。
[0003] 要实现对接，首先就要对空间物体的位姿（即沿X、Y、Z三个坐标方向的位移计绕三 个坐标方向的转角α、β、γ )进行测量。目前，国内外对物体的多自由度位姿已进行了较为深 入的研究并开发出了相应的测量系统。对物体的位姿测量主要通过GPS技术、磁场感应技 术、图像视觉处理技术及直接接触式测量集中方式实现。目前，在GPS技术方面，美国的 Adroit公司推出的Adroit ADS姿态测量系统，Trimble公司推出的MS860定位与字条测量系 统;在应用磁场感应技术方面，美国的William R.Patterson等人开发出用于测量远距离物 体位置与角度的磁性追踪系统;在应用图像视觉处理技术方面，美国的perceptron、faro公 司，英国的3D Scanners公司均开发了相应的视觉测量系统。
[0004] 大部件对接部件，通常分为固定部件和移动部件，通过自动测量得到二者的相对 精确位姿偏差，然后采用调姿机构调整移动部件的空间位姿，实现与固定部件的自动装配 或对接。调姿机构需要调整移动部件的空间6个自由度，依据组成机构构件的分布形状，可 分为串联机构、并联机构及串并混合机构。与串联机构相比，并联机构特点为:一、刚度大串 联机构各驱动支路按串联形式布置，运动链较长，而并联机构采用并联闭环结构，不易变 形。同时，并联机构支路较多，减轻了单个支路载荷，提高了机构的整体承载强度;二、精度 尚并联机构误差不是各支路误差积累，是各支路误差的相互融合;二、动态性能优越因并联 机构刚度大，采用质量较轻的运动部件就可满足机构刚度要求，减轻了机构总体重量，降低 了机构惯性；四、并联机构逆解容易并联机构正解困难，逆解容易;实际应用中，可在线实现 各驱动支路的运动学逆解;五、工作空间小并联机构不足是空间小，同时并联机构各支路相 互制约，限制了机构的活动范围。正因为上述原因，近年掀起了对并联机床和并联机器人的 研究热潮，出现了各种各样的新型并联机构有基于Stewart平台的六杆系六自由度并联机 构的改进机构；有空间三自由度的并联机构，如3-URP、3-PUU、3-PSS等运动形式的平台机 构;也有空间多自由度的并联机构，像4-URU、3-RRRRR等四、五自由度并联机构的研究，这些 都是近年来出现的在扩大自由度、扩大工作空间、简化机构等方面作出较大改进的新型机 构。
[0005] 目前，国内大部件(如飞机)的对接使用大型固定对接平台将对接部件准确地定位 在装配站位上，由对接专用工装实现大部件对接，对接过程中，用水准仪、经炜仪、吊线锤、 激光准直仪等进行大部件位姿检测;技术人员依据检测结果，结合以往经验，由工人手工操 作调姿工装实现翼身位姿调整，大部件位姿均需多次反复调整才能满足对接精度要求，待 位姿调整好后，人工推动对接部件缓慢靠近，观察并调整连接孔销，对准后插入。整个对接 过程均由人工操作、劳动强度大、调姿效率低、精度低、可靠性差和极易出现超差的问题。
【发明内容】
[0006] 本发明为了解决现有大部件对接过程均由人工操作、劳动强度大、调姿效率低、精 度低、可靠性差和极易出现超差的问题，提供了一种水平方向及偏航调整的三自由度并联 调姿平台，解决该问题的具体技术方案如下：
[0007] 本发明的一种水平方向及偏航调整的三自由度并联调姿平台，由三个伺服电动 缸、三角形上固定板、三角形下固定板、六个球铰、大型球铰和支撑柱组成，所述的第一伺服 电动缸、第二伺服电动缸和第三伺服电动缸的电动缸顶头分别与第一上球铰、第二上球铰 和第三上球铰相连，第一上球铰、第二上球铰和第三上球铰分别铰接在三角形上固定板下 平面的三个角的球铰套上，第一伺服电动缸、第二伺服电动缸和第三伺服电动缸的电动缸 下端分别与第一下球铰、第二下球铰和第三下球铰连接，第一下球铰、第二下球铰和第三下 球铰分别铰接在三角形下固定板上平面的球铰套上，第一伺服电动缸、第二伺服电动缸和 第三伺服电动缸的倾斜角度相同，呈顺时针圆周阵列，第一上球铰与第一下球铰相对应，第 二上球铰与第二下球铰相对应，第三上球铰与第三下球铰相对应，支撑柱为空心圆筒形，设 置在三角形下固定板的上平面的形心处，大型球铰设在支撑柱上，大型球铰和支撑柱设在 三角形下固定板的上平面与三角形上固定板下平面之间的轴线上。
[0008] 所述的大型球铰由Z压紧球铰7、Z轴承内圈8、Z轴承座9和Z轴承安装10组成，在Z轴 承安装座10上设有Z轴承座9，Z轴承内圈8设在Z轴承座9上，Z轴承座9和Z轴承内圈8之间为 圆弧配合，其中，Z轴承内圈8和三角形上固定板1螺栓连接，Z压紧球铰7位于支撑柱12的中 心，经Z轴承内圈8的内孔，下端由螺母、垫片和碟簧11固定在支撑柱12的上端。
[0009] 本发明的一种水平方向及偏航调整的三自由度并联调姿平台优点：能同时实现水 平方向调平及偏航调整，机构系统简单、紧凑，机构运动精度高、稳定性好和刚度大。本发明 适用于航空、航天、机载雷达、机床及自动化装备。
【附图说明】
[0010] 图1是本发明平台的结构示意图，图2是图1中大型球铰的结构示意图，图3是图1中 A部的局部剖视图，图4是三自由度并联机构简化图，图5是对接坐标系示意图，图6是调节过 程示意图，图7是本发明的立体图。
【具体实施方式】
[0011 ]【具体实施方式】一:根据图1、图2、3、4和5描述本实施方式，本实施方式由三个伺服 电动缸、三角形上固定板1、三角形下固定板2、六个球铰、大型球铰和支撑柱12组成，所述的 第一伺服电动缸3-1、第二伺服电动缸3-2和第三伺服电动缸3-3的电动缸顶头分别与第一 上球铰4-1、第二上球铰4-2和第三上球铰4-3相连，第一上球铰4-1、第二上球铰4-2和第三 上球铰4-3分别铰接在三角形上固定板1下平面的三个角的球铰套上，第一伺服电动缸3-1、 第二伺服电动缸3-2和第三伺服电动缸3-3的电动缸下端分别与第一下球铰5-1、第二下球 铰5-2和第三下球铰5-3连接，第一下球铰5-1、第二下球铰5-2和第三下球铰5-3分别铰接在 三角形下固定板2上平面的球铰套上，第一伺服电动缸3-1、第二伺服电动缸3-2和第三伺服 电动缸3-3的倾斜角度相同，呈顺时针圆周阵列，第一上球铰4-1与第一下球铰5-1相对应， 第二上球铰4-2与第二下球铰5-2相对应，第三上球铰4-3与第三下球铰5-3相对应，支撑柱 12为空心圆筒形，设置在三角形下固定板2的上平面的形心处，大型球铰设在支撑柱12上， 大型球铰9和支撑柱12设在三角形下固定板2的上平面与三角形上固定板1下平面之间的轴 线上。
[0012] 工作时，通过三个电动缸伸缩长度的不同实现三角形上固定板1绕支撑柱12上顶 点的任意角度旋转：即三个伺服电动缸伸长或缩短速度一样时，对应于移动矩形面板绕z轴 顺时针或逆时针转动;通过三个伺服电动缸的伸长或缩短速度不同的组合实现绕X轴、y轴 转动；
[0013] 所述的大型球铰由Z压紧球铰7、Z轴承内圈8、Z轴承座9和Z轴承安装10组成，在Z轴 承安装座10上设有Z轴承座9，Z轴承内圈8设在Z轴承座9上，Z轴承座9和Z轴承内圈8之间为 圆弧配合，其中，Z轴承内圈8和三角形上固定板1螺栓连接，Z压紧球铰7位于支撑柱12的中 心，经Z轴承内圈8的内孔，下端由螺母、垫片和碟簧11固定在支撑柱12的上端。
[0014] 大型球铰和支撑柱12设在三角形下固定板2与三角形上固定板1之间的中心，减轻 了三自由度并联机构的负载，增加平台的稳定性和刚度。
【具体实施方式】 [0015] 二:根据图1、图2和图3描述本实施方式，本实施方式所述的三角形 上固定板1与三角形下固定板2相互对称平行设置。
【具体实施方式】 [0016] 三:根据图1、图2和图3描述本实施方式，本实施方式所述的三角形 下固定板2形心周围的圆周上，均匀分布有八个安装螺栓的下螺栓通孔，用于固定大型球铰 的支撑柱12,三角形下固定板2的三个顶角处设置有用于安装三个球铰座的下螺栓通孔。
【具体实施方式】 [0017] 四：根据图1和图3描述本实施方式，本实施方式所述的六个球铰与 三角形上固定板1、三角形下固定板2和三个伺服电动缸的连接方式，以第一上球铰4-1为 例，三角形上固定板1的下平面与球铰安装座4-1-1连接，球铰安装座4-1-1经螺栓4-1-2与 球铰套4-1-3连接，球铰头4-1-4与球铰套4-1-3铰接，第一伺服电动缸3-1的上端与球铰头 4-1 _4连接。
【具体实施方式】 [0018] 五:根据图1、图2和图3描述本实施方式，本实施方式所述的三角形 上固定板1与三角形下固定板2为等边三角形的板类结构件，三角形上固定板1形心周围的 圆周上均匀分布有八个安装螺栓的上螺栓通孔16。用于连接位于移动矩形面板15中部的连 接座和Z轴承内圈8。
【具体实施方式】 [0019] 六:根据图1、图2描述本实施方式，本实施方式所述的三个伺服电动 缸采用高精度伺服电动缸。
【具体实施方式】 [0020] 七:根据图1、图2描述本实施方式，本实施方式所述的大型球铰采用 高精度球铰。
[0021] 本发明的平台的上部与移动物体连接，平台的下端与升降装置连接，激光测距仪、 CCD相机设在调姿平台上。
[0022]机构自由度计算
[0023]在计