一种基于全向移动模块的六自由度调姿系统的制作方法

本发明涉及一种大型设备在有限空间内的转运和装配对接技术领域，特别是一种基于全向移动模块的六自由度调姿系统。

背景技术：

全向移动模块具备原地转向、纵向、横向平移，或沿平面内任意曲线移动的特点，特别适用于轨道交通、航空、航天、船舶、国防等领域大型产品及设备在有限空间内的转运和装配对接。该类设备的生产、装配过程需要进行转运、多自由度姿态调整等。常见的剪叉式升降模块可满足设备升降需求，如要求调整俯仰、滚转等自由度，需额外增加转动环节。但通过串联方式实现多个自由度运动，其执行末端刚度差、承载力较小；此外由于多自由度串联机构复杂，导致系统体积、重量增加。并联机构结构紧凑、承载能力强、运动平稳的特点。经典的stewart并联机构为6支链形式，可提供空间6自由度，控制系统成熟，但成本较高；经典的stewart并联机构为6支链形式，可提供空间6自由度，缺点是控制系统相对复杂、运动行程相对较小，并且成本较高。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种基于全向移动模块的六自由度调姿系统，实现了载荷的空间6自由度精确调整，满足载荷厂房内长距离转运及装调一体化的需求。

本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：

一种基于全向移动模块的六自由度调姿系统，包括全向移动平台、三自由度并联调姿装置、辅助支撑装置和载荷安装平台；其中，全向移动平台为水平放置的长方体车体结构；载荷安装平台为水平放置的矩形板状结构；载荷安装平台设置在全向移动平台的竖直上方；三自由度并联调姿装置和辅助支撑装置均安装在全向移动平台和载荷安装平台之间；其中，三自由度并联调姿装置设置在全向移动平台和载荷安装平台之间的中心位置；辅助支撑装置设置在全向移动平台和载荷安装平台之间的四边位置；外部载荷固定安装在载荷安装平台上表面的中心位置。

在上述的一种基于全向移动模块的六自由度调姿系统，所述的全向移动平台包括车体、4个旋转吊环、麦克纳姆轮轮组和4个地撑支腿；其中，车体为全向移动平台的壳体结构；4个旋转吊环两两对称设置在车体相对的两个侧壁上；全向移动平台通过旋转吊环实现被外部吊挂设备进行吊挂升降；麦克纳姆轮轮组固定安装在车体的底部，实现带动车体水平移动；4个地撑支腿分别设置在车体四个角处内部；当车体移动到指定位置后；地撑支腿从车体内部向下伸出支撑地面，实现对车体的限位。

在上述的一种基于全向移动模块的六自由度调姿系统，所述全向移动平台实现3自由度移动，包括在移动平台坐标系oxyz下沿x方向水平平移、沿y方向水平平移和以z轴为中心轴水平旋转。

在上述的一种基于全向移动模块的六自由度调姿系统，移动平台坐标系oxyz的建立方法为：以全向移动平台底平面中心点为原点o；平行于麦克纳姆轮轮组轴线方向为y方向；竖直向上方向为z方向，由右手定则确定x方向。

在上述的一种基于全向移动模块的六自由度调姿系统，所述三自由度并联调姿装置包括3根调姿支杆和构型保持架；其中，构型保持架为等边三角形框架结构；构型保持架水平固定安装在载荷安装平台下表面的中部；3根调姿支杆的轴向一端分别与三角形构型保持架的三个顶点对接；3根调姿支杆的轴向另一端均固定安装在全向移动平台的上表面。

在上述的一种基于全向移动模块的六自由度调姿系统，所述调姿支杆包括底座、转轴和液压杆；其中，底座固定安装在全向移动平台的上表面；液压杆的轴向一端通过转轴与底座连接；液压杆的轴向另一端与构型保持架连接；液压杆实现沿轴向的伸缩；且液压杆实现绕转轴的旋转。

在上述的一种基于全向移动模块的六自由度调姿系统，所述辅助支撑装置包括8根辅助撑杆；8根辅助撑杆两两一组分别对称固定安装在全向移动平台的四边处。

在上述的一种基于全向移动模块的六自由度调姿系统，所述辅助撑杆包括上球窝、球头支撑杆、下球窝、滑块和导轨；其中，导轨固定安装在全向移动平台的上表面，且导轨与全向移动平台的侧边平行；滑块套装在导轨上，实现沿导轨水平移动；下球窝固定安装在滑块的上表面；球头支撑杆的轴向一端与下球窝对接；上球窝固定安装在球头支撑杆的轴向另一端；上球窝固定安装在载荷安装平台的下表面；球头支撑杆实现绕上球窝旋转；且球头支撑杆实现绕下球窝旋转。

在上述的一种基于全向移动模块的六自由度调姿系统，所述载荷安装平台在三自由度并联调姿装置和辅助支撑装置的带动下，实现沿z轴的竖直平移、以x轴为轴线的侧向翻转；以y轴为轴线的俯仰翻转。

在上述的一种基于全向移动模块的六自由度调姿系统，所述载荷安装平台沿z轴竖直平移距离为0-1m；载荷安装平台侧向翻转角度为-5°～5°；载荷安装平台俯仰翻转角度为-5°～5°。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明提供的基于全向移动模块的六自由度转运调姿系统，具备大承载、大范围、高精度调整能力，并且能够实现测试、调整过程自动化、智能化，以及转运调姿一体化；

(2)本发明采用了全向移动平台，实现了移动平台坐标系oxyz下沿x方向水平平移、沿y方向水平平移和以z轴为中心轴水平旋转的3自由度运动；

(3)本发明采用了载荷安装平台，实现了载荷安装平台在三自由度并联调姿装置和辅助支撑装置的带动下，实现沿z轴的竖直平移、以x轴为轴线的侧向翻转；以y轴为轴线的俯仰翻转。

附图说明

图1为本发明六自由度调姿系统整体示意图；

图2为本发明全向移动平台侧视图；

图3为本发明三自由度并联调姿装置示意图；

图4为本发明辅助支撑装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

本发明提供一种基于全向移动模块的六自由度转运调姿系统。以全向移动模块实现载荷平面区域内的平移及旋转，结合3支链并联机构完成升降及姿态调整功能，最终实现载荷的空间6自由度运动，满足载荷转运及装调一体化的需求。

如图1所示为六自由度调姿系统整体示意图，由图可知，一种基于全向移动模块的六自由度调姿系统，包括全向移动平台100、三自由度并联调姿装置200、辅助支撑装置300和载荷安装平台400；其中，全向移动平台100为水平放置的长方体车体结构；载荷安装平台400为水平放置的矩形板状结构；载荷安装平台400设置在全向移动平台100的竖直上方；三自由度并联调姿装置200和辅助支撑装置300均安装在全向移动平台100和载荷安装平台400之间；其中，三自由度并联调姿装置200设置在全向移动平台100和载荷安装平台400之间的中心位置；辅助支撑装置300设置在全向移动平台100和载荷安装平台400之间的四边位置；外部载荷固定安装在载荷安装平台400上表面的中心位置。

如图2所示为全向移动平台侧视图，由图可知，全向移动平台100包括车体101、4个旋转吊环102、麦克纳姆轮轮组103和4个地撑支腿104；其中，车体101为全向移动平台100的壳体结构；4个旋转吊环102两两对称设置在车体101相对的两个侧壁上；全向移动平台100通过旋转吊环102实现被外部吊挂设备进行吊挂升降；麦克纳姆轮轮组103固定安装在车体101的底部，实现带动车体101水平移动；4个地撑支腿104分别设置在车体101四个角处内部；当车体101移动到指定位置后；地撑支腿104从车体101内部向下伸出支撑地面，实现对车体101的限位。全向移动平台100实现3自由度移动，包括在移动平台坐标系oxyz下沿x方向水平平移、沿y方向水平平移和以z轴为中心轴水平旋转。

其中，移动平台坐标系oxyz的建立方法为：以全向移动平台100底平面中心点为原点o；平行于麦克纳姆轮轮组103轴线方向为y方向；竖直向上方向为z方向，由右手定则确定x方向。

如图3所示为三自由度并联调姿装置示意图，由图可知，三自由度并联调姿装置200包括3根调姿支杆204和构型保持架205；其中，构型保持架205为等边三角形框架结构；构型保持架205水平固定安装在载荷安装平台400下表面的中部；3根调姿支杆204的轴向一端分别与三角形构型保持架205的三个顶点对接；3根调姿支杆204的轴向另一端均固定安装在全向移动平台100的上表面。

调姿支杆204包括底座201、转轴202和液压杆203；其中，底座201固定安装在全向移动平台100的上表面；液压杆203的轴向一端通过转轴202与底座201连接；液压杆203的轴向另一端与构型保持架205连接；液压杆203实现沿轴向的伸缩；且液压杆203实现绕转轴202的旋转。液压杆203自身具有单向伸缩1个自由度；液压杆203底部运动副为转动副，顶部运动副为球副；

如图4所示为辅助支撑装置示意图，由图可知，辅助支撑装置300包括8根辅助撑杆306；8根辅助撑杆306两两一组分别对称固定安装在全向移动平台100的四边处。其中，辅助撑杆306包括上球窝301、球头支撑杆302、下球窝303、滑块304和导轨305；其中，导轨305固定安装在全向移动平台100的上表面，且导轨305与全向移动平台100的侧边平行；滑块304套装在导轨305上，实现沿导轨305水平移动；下球窝303固定安装在滑块304的上表面；球头支撑杆302的轴向一端与下球窝303对接；上球窝301固定安装在球头支撑杆302的轴向另一端；上球窝301固定安装在载荷安装平台400的下表面；球头支撑杆302实现绕上球窝301旋转；且球头支撑杆302实现绕下球窝303旋转。球头支撑杆302的长度与导轨305的行程范围可保证连杆机构适应调姿机构在任意高度、姿态下位置的保持

载荷安装平台400在三自由度并联调姿装置200和辅助支撑装置300的带动下，实现沿z轴的竖直平移、以x轴为轴线的侧向翻转；以y轴为轴线的俯仰翻转。载荷安装平台400沿z轴竖直平移距离为0-1m；载荷安装平台400侧向翻转角度为-5°～5°；载荷安装平台400俯仰翻转角度为-5°～5°。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。