[发明专利]一种混联六自由度位姿调整机构及其目标位姿调整方法

权利要求书

1.一种混联六自由度位姿调整机构，其特征在于，包括基座、横移驱动机构、横移平台、纵移驱动机构、转动支撑平台、转动机构、转动平台、三组运动支链以及末端负载平台；所述横移平台通过横移驱动机构安装于基座上，以在其驱动下进行横向移动，所述转动支撑平台通过纵移驱动机构安装于横移平台上，以在其驱动下进行纵向移动，所述转动平台通过转动机构安装于转动支撑平台上，以在其驱动下进行绕竖直方向的转动，三组对称布置的运动支链一端与转动平台转动连接，另一端与末端负载平台通过球铰连接；通过横移平台、转动支撑平台、转动平台以及三组运动支链的协调运动，在一定工作空间内实现对末端负载的六自由度位姿调整。

2.根据权利要求1所述的一种混联六自由度位姿调整机构，其特征在于，所述位姿调整机构具有六个驱动关节，其中横移、纵移和绕竖直方向转动这三个关节通过串联形式连接，并与其余三个通过并联形式连接的关节进行串联，各关节具有一定的运动范围，当各关节协调运动时，使末端负载运动至既定位姿并锁止。

3.根据权利要求1所述的一种混联六自由度位姿调整机构，其特征在于，所述横移驱动机构、纵移驱动机构均为由电机驱动的丝杆螺母机构。

4.根据权利要求1所述的一种混联六自由度位姿调整机构，其特征在于，所述转动机构包括回转支撑轴承、一对直齿轮、回转驱动电机、一对锥齿轮和传动杆，第一直齿轮、回转支撑轴承外圈与转动支撑平台同心并固定连接，回转支撑轴承内圈与转动平台同心并固定连接，所述回转驱动电机安装于转动平台上，其输出端与第一锥齿轮固定连接，与第一锥齿轮配合的第二锥齿轮以及与第一直齿轮配合的第二直齿轮分别设置于传动杆的两端，从而通过回转驱动电机驱动转动平台相对于转动支撑平台转动。

5.根据权利要求1所述的一种混联六自由度位姿调整机构，其特征在于，所述运动支链主要由支链驱动电机、驱动基座、蜗轮蜗杆、移动杆、连接套筒、转动副和编码器组成，所述连接套筒与转动平台通过转动副连接，所述支链驱动电机通过驱动基座固连于连接套筒上，所述移动杆和蜗轮共轴并通过螺纹副和蜗轮连接，所述移动杆底部开有键槽，通过平键限制移动杆的周向转动，所述支链驱动电机输出的动力通过蜗杆带动蜗轮旋转，所述蜗轮通过螺纹副带动移动杆沿轴向移动。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种混联六自由度位姿调整机构的目标位姿调整方法，其特征在于，首先构建所述位姿调整机构的数学运动模型：

将所述位姿调整机构根据各关节连接方式拆分为串联部分和并联部分；

取串联部分各关节驱动量q_i，i＝1,2,3为输入量，输出为末端构件的位姿T₁，其映射关系表示为：

T₁＝f(q_i)

其中，T₁表示串联部分的输出位姿；

并联部分末端平台的输出位姿由固连于末端平台坐标系绕固连于静平台坐标系进行一定顺序的转动和移动来表示，具体为：

R＝Rot(x，α)Rot(y，β)Rot(z，γ)

P＝Trans(x)Trans(y)Trans(z)

其中，R表示并联部分末端平台相对于静平台的位姿，Rot(x，α)表示静平台坐标系绕x轴旋转α度，Rot(y，β)、Rot(z，γ)同理，P表示固连于末端平台坐标系原点在静平台坐标系的位置坐标，Trans(x)表示静平台坐标系沿x轴的移动，Trans(y)、Trans(z)同理；

所述位姿调整机构的串联部分的输出即为并联部分的输入，则所述位姿调整机构的数学运动模型进一步表示为：

其中，T表示整个位姿调整机构的输出位姿；

然后基于构建的数学运动模型实现所述位姿调整机构的负载目标位姿调整：

基于构建的数学运动模型可实现对各个驱动关节运动参数的解耦，在已知末端负载的目标位姿T_E时，结合所述位姿调整机构的数学运动模型和目标位姿矩阵各元素值，求取各驱动关节驱动量，具体表示为：

其中，F()表示机构位姿和各关节运动量的映射关系，表示目标位姿矩阵T_E中的各个元素；

将求得的驱动关节驱动量作为位姿调整机构的驱动系统的输入，即可驱动末端负载到达设定位姿。