[发明专利]一种用于自动化装配的模块化柔性六自由度并联冗余驱动调姿机构及其调整方法

权利要求书

1.一种用于自动化装配的模块化柔性六自由度并联冗余驱动调姿机构，该机构可实现部件在空间六自由度姿态调整，由四个模块化的三坐标运动台组成，分别命名为运动台A、运动台B、运动台C和运动台D；每个三坐标运动台运动终端有一个球面副，球面副球窝部分与运动台终端固连，驱动机构与待装配部件之间通过球面副连接，其特征在于：

采用一种模块化的三坐标运动台，该运动台三个运动方向互相垂直，根据机构姿态调整要求，设计运动台三个方向的运动行程，采用运动叠加的形式，使运动台终端具有三个相互垂直方向的平动自由度；

调姿机构模块化，根据待装配部件的大小及形状，确定调姿机构所包含的模块化三坐标运动台数量，为确保带装配部件受力均匀，降低调姿机构控制难度，设计调姿机构采用四点对称分布定位支撑，机构共包含十二个伺服电机；

为保证调姿机构的稳定性，设计三角立柱，每两个模块化三坐标运动台固定在一个三角立柱上，本调姿机构含有两个三角立柱，为防止带运动台的三角立柱发生倾覆，设计带有T形槽的底座以固定三角立柱。

2.根据权利要求1所述六自由度并联冗余驱动调姿机构的部件空间六自由度姿态调整方法，其特征在于：

部件空间六自由度姿态调整包括三个角度量调整和三个位置量调整，部件空间角度姿态调整采用多个直线运动拟合部件空间曲线运动，通过建立与模块化三坐标运动台运动方向平行的装配坐标系，并将其原点设置与四个球面副中间位置，采用分平面旋转的方法，使部件的角度调整运动分解为部件分别绕三个坐标轴的旋转运动，降低该并联调姿机构联动电机数，提高机构运动安全性，在部件可见区域设置四个特征点，通过标定特征点与球面副驱动点相对位置坐标及测量在装配坐标系下特征点坐标，求解部件姿态，计算部件姿态调整偏差。

3.根据权利要求2所述部件空间六自由度姿态调整方法，其特征在于：

所述部件姿态角调整步骤：

建立待装配部件零件坐标系A_o-xyz，测量在零件坐标系下部件特征点的坐标与球面副驱动点的坐标，分别记录为位置矩阵和Wc=xc1xc2xc3xc4yc1yc2yc3yc4zc1zc3zc3zc41111;]]>

建立待装配部件装配坐标系B_o-xyz，部件姿态及调姿机构各伺服电机运动量均在此坐标系下表示，装配坐标系要求其XYZ轴与模块化三坐标运动台三个运动方向分别平行，确保各特征点坐标测量量可直接用作各电机位移量计算。装配坐标系原点尽量设置于四个球面副布局中心位置，以尽可能平均部件绕装配坐标系各坐标轴旋转时各方向电机运动量；

测量部件特征点在装配坐标系下的坐标，得到位置矩阵求解矩阵W_m到矩阵M_m的转换矩阵T，矩阵T的数学形式为：

其中，c：表示cos运算；

s：表示sin运算；

φ：表示当前零件坐标系与装配坐标系X轴之间的夹角；

表示当前零件坐标系与装配坐标系Y轴之间的夹角；

θ：表示当前零件坐标系与装配坐标系Z轴之间的夹角；

t_x，t_y，t_z：表示当前零件坐标系的原点在装配坐标系下的坐标；

部件特征点与球面副驱动点之间的相对位置关系在装配过程中不变，球面副驱动点在装配坐标系下的当前位置矩阵计算式为：M_c＝T·W_c；根据矩阵T的数学形式反解部件当前的空间位置与姿态

矩阵T可以分解为四个矩阵相乘的形式，T＝P·R_z·R_y·R_x；

其中，P：坐标平移矩阵，

R_z：绕Z轴旋转坐标变换矩阵，

R_y：绕Y轴旋转坐标变换矩阵，

R_x：绕X轴旋转坐标变换矩阵，

在计算机模型中标定部件在理论装配位置的特征点坐标，记为位置矩阵M_mo，求解出部件装配坐标系下在理论装配位置的球面副驱动点坐标，记为位置矩阵M_co；求解部件初始位置与理论装配位置的驱动点位置矩阵之间的转换矩阵T_ro，使有M_co＝T_ro·M_c；根据转换矩阵T的分解形式，可将转换矩阵T_ro分解为四个矩阵相乘，故自动化姿态调整过程可分解为部件依次绕装配坐标系X轴、Y轴、Z轴旋转后再分别沿X轴、Y轴和Z轴平移；根据绕坐标轴旋转矩阵R_x，R_y和R_z的表达形式，该自动化装配并联调姿机构在绕坐标轴旋转时其需要联动的电机数量为8，即部件绕坐标轴旋转时，模块化三坐标运动台中与该坐标轴平行的运动方向将保持静止，球面副驱动点坐标仅在两个方向上发生变化。