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专利号: 2019107541491
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 手动工具;轻便机动工具;手动器械的手柄;车间设备;机械手
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于三腿的轻载多冗余驱动六自由度并联调姿平台,其特征在于,其包括车体和三个结构相同的六自由度的调姿腿;所述调姿腿为PzRzRyS+支链腿;

所述车体为框架结构,所述框架结构的外侧、上表面以及下表面分别设置有罩体;所述车体上设置有控制组件,所述控制组件容纳在所述框架结构的中间;

三角形车体框架的三个角的侧面方钢结构用来连接定位各调姿腿的L形连接板;所述框架结构的底角为70度的等腰三角形方钢框架;

各调姿腿分别通过L形连接板与车体固定,三个调姿腿以等腰三角形的布局方式对称分布以实现全向运动调姿;每一个调姿腿均包括车轮行走部分、平面转向部分以及与车体垂直的升降部分,车轮行走部分、平面转向部分以及升级部分共同实现调姿腿的六自由度;

所述升降部分包括L形连接板、四个滑块和两个平行导轨,所述连接板用于与车体连接,导轨滑块用于连接板和基板间的滑动连接;升降驱动电机及升降减速器、同步带和带轮以及丝杠和丝母,所述丝母与接口板连接,丝杠固定在调姿腿基板上,电机通过皮带驱动丝杠转动,实现升降功能;位移和力传感器,实时测量所述调姿腿的纵向移动与受力,并传送至控制柜;

所述平面转向部分包括基板、轴承组和转向轴,驱动转向并连接升降部分,转动轴下端设置U形的金属板结构,车轮轴贯穿两板,以实现车轮的全向转动;两个电机及减速器和齿轮组,三个齿轮三轴共面两侧对称小齿轮分别与两电机连接,中间被动的大齿轮与转动轴连接,由此实现车轮转动;转向转角仪和扭矩传感器用于测量车轮转动的角度;

所述车轮行进部分包括车轮、行进驱动电机、行进减速器、行进扭矩传感器和转角仪,行进扭矩传感器和转角仪用于测量行进速度和驱动力矩。

2.如权利要求1所述的基于三腿的轻载多冗余驱动六自由度并联调姿平台,其特征在于,所述罩体包括上罩体和下罩体,上罩体覆盖车体的顶部和侧部,下罩体位于车体的底部。

3.如权利要求2所述的基于三腿的轻载多冗余驱动六自由度并联调姿平台,其特征在于,所述控制组件包括锂电池、控制柜、车身倾角仪以及激光测距仪;所述控制柜和锂电池依靠托板设置在车体的框架结构的内部,所述上罩体的三个圆角部分安装了激光测距仪,上罩体的侧面的上下分别固定设置有橡胶防撞条;

所述车体倾角仪设置在下罩体中心点;所述车身倾角仪测量车体的水平方向上的倾斜角度并传给控制柜;所述控制柜收集来自车体及各个调姿腿的多个信号,来控制小车的运行轨迹及调整姿态;安装在车体三个角上的激光测距仪实现了车在全向运动时与环境状况的360度测距,有效防止碰撞发生;所述锂电池与各调姿腿的3个电机和车体上的控制柜相连以提供动力。

4.如权利要求3所述的基于三腿的轻载多冗余驱动六自由度并联调姿平台,其特征在于,所述六自由度调姿腿的升降部分的L形连接板下侧连接车体,外侧连接丝母架、套筒传感器、四个滑块和丝母,而与之配合的两个导轨和丝杠固定在基板内侧上;位于基板外侧的升降电机经过了减速器和扭矩传感器通过位于基板的顶部的同步带驱动丝杠转动;位于升降电机两侧的两个转向电机经过了减速器和扭矩传感器连接了两个小齿轮,与之啮合的大齿轮键连接了转向轴,其底部具有一个U形板结构;装有车轮与转角仪的车轮轴贯穿U形板两侧;U形板外侧安装了行走驱动电机、减速器和扭矩传感器。

5.如权利要求4所述的基于三腿的轻载多冗余驱动六自由度并联调姿平台,其特征在于,所述六自由度调姿腿的转向部分包括转向电机、转向减速器、转向小齿轮、转向大齿轮、转向轴、转向部分轴承支座、转向支座、圆螺母、转向部分扭矩传感器和转向部分转角仪;两组转向电机、转向减速器和转向部分扭矩传感器依次相连,其中转向部分扭矩传感器测转向电机的驱动力矩;转向部分扭矩传感器的输出轴与转向小齿轮通过键进行连接,对称分布的转向小齿轮与转向大齿轮啮合,两个转向小齿轮分别带动转向大齿轮正反转,来消除齿轮传动过程中产生的间隙;转向大齿轮与转向轴的上端通过键连接,并用圆螺母对其进行预紧与定位;转向轴支撑固定于两转向部分轴承支座之间,转向支座与基板的外侧固连,转向部分转角仪设于转向轴与轴承支座的接合处,以检测转向轴转过的角度。

6.如权利要求5所述的基于三腿的轻载多冗余驱动六自由度并联调姿平台,其特征在于,所述六自由度调姿腿的行走部分包括行走电机、行走减速器、车轮、车轮轴、U型支座、行走部分扭矩传感器和行走部分转角仪;与车轮一体的车轮轴贯穿U型支座的内侧,并与行走部分扭矩传感器连接,支座与传感器之间并设有行走部分转角仪,用于实时检测车轮轴的转角;行走部分扭矩传感器与行走减速器和行走电机依次连接,即电机带动车轮轴进行转动,进而带动车轮运动,实现行走功能,其中行走部分扭矩传感器用以检测行走电机的驱动力矩。

7.如权利要求6所述的基于三腿的轻载多冗余驱动六自由度并联调姿平台,其特征在于,所述行走部分的U型支座上端面与转向部分中转向轴的下端焊接,转向部分与升降部分均固连于基板之上;升降部分的主动带轮在升降电机的驱动下,带动丝杠进行转动,进而带动丝母和连接板实现上升与下降,使得滑块沿Z方向的移动;转向部分的转向小齿轮在转向电机的驱动下,带动转向大齿轮实现绕Z轴的转动;行走部分的车轮在行走电机的驱动下,实现绕Y方向的转动;转向大齿轮绕Z轴的转动与行走部分组合实现全向运动;行走部分的车轮在与地面接触时因其可与地面发生相对绕X轴Y轴和Z轴的转动等效形成S副。