CN114396542A - 一种多方位四足摄影平台 - Google Patents

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李研彪
孙鹏
顾云飞
杨奎
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Moganshan Research Institute Of Deqing Zhejiang University Of Technology
Zhejiang University of Technology ZJUT
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Moganshan Research Institute Of Deqing Zhejiang University Of Technology
Zhejiang University of Technology ZJUT
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Abstract

本发明公开了一种新型多方位四足摄影平台，包括四自由度并联机构、搭载平台、并联机械腿组、升降装置、稳定装置。所述四自由度并联机构固定安装在搭载平台上,所述并联机械腿组固定安装在搭载平台下，所述升降装置位于搭载平台下方，与搭载平台形成非固定连接，所述升降装置与并联机械腿组非固定连接，所述稳定装置固定安装在升降装置上，所述稳定装置与并联机械腿组形成非固定连接。该新型多方位四足摄影平台具有高精度、大载荷、高稳定性等优点，本发明的一种新型多方位四足摄影平台能够满足高精度作业需求。

Description

一种多方位四足摄影平台
技术领域
本发明涉及移动作业平台领域，具体涉及并联式四足移动作业平台领域。
背景技术
近年来，移动作业平台不断发展，各式各样的移动作业平台不断推陈出新，目前的移动作业平台采用的移动装置可以大致分为轮式、履带式、爬行式和步行式，所搭载的执行机构多为串联机构。其中轮式移动装置可以高速移动且运动阻力小，但是对地面平整度要求高，相比之下，履带式移动装置的越过障碍物行进的能力更强，传动效率更高。而爬行式移动装置和步行式移动装置是基于机械仿生学，使装置模仿爬行动物的行为，从而进一步提升了越障能力。因而本发明采用四足移动装置。串联式的执行机构虽然结构简单，易于维护，但是存在运动不平稳、只能承受较轻的运动载荷等弊端，而并联式执行机构可以很好的解决这些问题，且较之于串联式结构，并联式结构的精度更高，可以满足高精度作业需求。因而本发明采用并联式执行结构。本发明将四足作业平台和四自由度作业装置结合在一起，既可以在平台运动时调整位姿，也能在需要的时候，将平台固定，增强稳定性，提高载荷承受能力。
发明内容
本发明意在解决目前移动作业平台运动不平稳、负载能力低、作业精度不高等问题，提出了一种多方位四足摄影平台，这种多方位四足摄影平台设有稳定装置并搭载四自由度并联机构，旨在进一步提高作业精度、增强作业稳定性。本装置具有高精度、大载荷、高稳定性等优点。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种多方位四足摄影平台，其特征在于：包括四自由度并联机构、搭载平台、并联机械腿组、升降装置、稳定装置；
所述四自由度并联机构包括动平台、四个完全相同的RPU机构和固定平台，所述动平台为长方体，两端与RPU机构相连，所述RPU机构一端与动平台相连，另一端与固定平台相连，其包括T形圆柱、上铰座、上推杆、下推杆、小圆柱、下铰座，所述T形圆柱一端内嵌轴承与动平台以转动副连接，另一端与上铰座以转动副相连，这两个转动轴线互相垂直的转动副构成一个虎克铰，所述上铰座下端与上推杆固定连接，所述上推杆为矩形条形状，且与下推杆以移动副形式连接，所述下推杆为矩形条中间且中空，其下端与小圆柱固定连接，所述小圆柱与下铰座以转动副相连，所述下铰座与固定平台固定连接，所述固定平台为长方体，对称设有八个通孔，通过通孔与下铰座和固定平台固定连接。
所述搭载平台包括承接板、SPS机构以及引导板，所述SPS机构包括上连杆以及下连杆，其中上连杆与下连杆以移动副形式连接，所述上连杆以球副形式与承接板连接，所述下连杆以球副形式与升降装置连接。所述引导板结构呈阶梯状，两个完全相同的引导板对称布置在承接板下方。
所述并联机械腿组包括四个完全相同的并联机械腿，这四个完全相同的并联机械腿对称布置在承接板下，所述并联机械腿包括驱动电机、虎克铰、大腿以及小腿，所述驱动电机固定连接于承接板下，与虎克铰连接以驱动虎克铰；所述虎克铰包括十字架、上U形架以及下U形架，所述十字架由正方体和4个完全相同的圆柱体组成，4个完全相同的圆柱体对称布置在正方体的四个面上，其中一个圆柱体与驱动电机连接；所述上U形架和下U形架两端设有通孔，四个圆柱体横贯其中构成转动副，且上U形架的底部与承接板固定连接，下U形架的底部与大腿固定连接，所述大腿由小梯形块和圆柱体组成，小梯形块与圆柱体和下U形架固定连接，圆柱体与小腿非固定连接。所述小腿由空心圆柱体、大梯形块和矩形块组成，所述空心圆柱体与小腿的圆柱体以移动副相连，所述大梯形块与空心圆柱体下部末端固定连接，所述矩形块布置在空心圆柱体外侧边缘，位于驱动电机一侧，矩形块上设置圆形通孔和矩形通孔，圆形通孔与升降装置连接，矩形通孔与稳定装置连接；
所述升降装置包括矩形箱、RPS机构、翼板以及深沟球轴承，所述矩形箱为长方体中间设有矩形通孔，矩形箱的顶部设有一圆形通孔，搭载平台中的SPS机构穿过该圆形通孔与矩形箱内底面固定连接，所述矩形箱上部与引导板上的阶梯形结构非固定连接，所述矩形箱的底面对称布置有四个小矩形块，所述小矩形块的一侧与连接杆连接，所述RPS机构由内杆和外杆组成，所述内杆与矩形箱以球副形式连接，与外杆以移动副形式连接，所述外杆与小腿上的矩形块以转动副相连，所述翼板共设有两个，呈矩形，对称布置在矩形箱的两侧，且设置两个圆形通孔，所述深沟球轴承至于翼板的圆形通孔内，轴承外圈与通孔固定连接，稳定装置通过深沟球轴承与翼板连接。
所述稳定装置由四个完全相同的皮带轮装置组成，这四个完全相同的皮带轮装置对称布置于升降装置的翼板之上，所述皮带轮装置由电机、皮带、锁扣、传动杆组成，所述电机一端与升降装置的矩形箱固定连接，另一端与皮带非固定连接，为皮带轮装置提供动力，所述皮带一端与电机连接，另一端与传动杆相连，驱动传动杆，所述锁扣呈J形，一端与矩形条固定连接，另一端设有圆形通孔，与传动杆固定连接，所述矩形条通过小腿上的矩形块的矩形通孔与小腿非固定连接，所述传动杆由上圆柱体与下圆柱体组成，所述上圆柱体设有凹槽与皮带连接，所述下圆柱体与上圆柱体固定连接，所述下圆柱体与升降装置的深沟球轴承内圈固定连接。
进一步的，所述四自由度并联机构的固定平台与搭载平台上的承接板通过螺栓固定连接。
进一步的，所述搭载平台上的承接板与并联机械腿的虎克铰上U形架的底部通过螺栓固定连接。
进一步的，所述并联机械腿的虎克铰上U形架与下U形架转动时绕着中心架的中心线旋转，且中心线互相垂直。
进一步的，所述矩形箱顶部与搭载平台中引导板下端的阶梯结构形成非固定连接，且两者接触为非摩擦接触。
进一步的，所述锁扣与翼板的接触面为非摩擦接触。
进一步的，所述深沟球轴承内圈与下圆柱体连接，深沟球轴承外圈与翼板的圆形通孔连接，其连接方式为过盈连接。
本发明的优点集中表现在：本发明具有高精度、大载荷、高稳定性的特点，本发明共由五个部分组成，分别是四自由度并联机构、搭载平台、并联机械腿组、升降装置、稳定装置可以承受大载荷，四自由度并联机构可以完成高负载、高精度作业，四条并联机械腿以及稳定装置能够形成稳定性的三角形结构和锁扣能力，通过升降装置连接四条并联机械腿，缩小本发明所占用的空间。
因此本发明结构设计合理，能够满足高强度高精度的作业需求，有效地提升作业效率。
附图说明
图1是本发明一种多方位四足摄影平台的结构示意图。
图2是本发明四自由度并联机构的主视图。
图3是本发明搭载平台的结构示意图。
图4是本发明并联机械腿的结构示意图。
图5是本发明升降装置的结构示意图。
图6是本发明稳定装置的结构示意图。
图7是本发明的RPU机构的结构示意图。
图8是本发明传动杆的结构示意图。
图中，
1-四自由度并联机构；11-动平台、12-RPU机构、121-T形圆柱、122-上铰座、123-上推杆、124-下推杆、125-小圆柱、126-下铰座、13-固定平台；
2-搭载平台；21-承接板、22-SPS机构、221-上连杆、222-下连杆、23-引导板；
3-并联机械腿组；31-并联机械腿、311-驱动电机、312-虎克铰、3121-中心架、3122-上U形架、3123-下U形架、313-大腿、3131-小梯形块、3132-圆柱体、314-小腿、3141-空心圆柱体、3142-大梯形块、3143-矩形块；
4-升降装置；41-矩形箱、411-小矩形块、42-连接杆、421-内杆、422-外杆、43-翼板；
5-稳定装置；51-皮带轮装置、511-电机、512-皮带、513-锁扣、5131-矩形条、514-传动杆、5141-上圆柱体、5142-下圆柱体；
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1～7所示，一种多方位四足摄影平台，其特征在于：包括四自由度并联机构1、搭载平台2、并联机械腿组3、升降装置4以及稳定装置5；
所述四自由度并联机构1包括动平台11、四个完全相同的RPU机构12和固定平台13，所述动平台11为长方体，两端与RPU机构12相连，所述RPU机构12一端与动平台11相连，另一端与固定平台13相连，其包括T形圆柱121、上铰座122、上推杆123、下推杆124、小圆柱125、下铰座126，所述T形圆柱121一端内嵌轴承与动平台11以转动副连接，另一端与上铰座122以转动副相连，这两个转动轴线互相垂直的转动副构成一个虎克铰，所述上铰座122下端与上推杆123固定连接，所述上推杆123为矩形条形状，且与下推杆124以移动副形式连接，所述下推杆124为矩形条中间且中空，其下端与小圆柱125固定连接，所述小圆柱125与下铰座126以转动副相连，所述下铰座126与固定平台13固定连接，所述固定平台13为长方体，对称设有八个通孔，通过通孔与下铰座126和固定平台13固定连接。
所述搭载平台2包括承接板21、SPS机构22以及引导板23，所述SPS机构22包括上连杆221以及下连杆222，其中上连杆221与下连杆222以移动副形式连接，所述上连杆221以球副形式与承接板21连接，所述下连杆222以球副形式与升降装置4连接。所述引导板23结构呈阶梯状，两个完全相同的引导板23对称布置在承接板21下方。
所述并联机械腿组3包括四个完全相同的并联机械腿31，这四个完全相同的并联机械腿31对称布置在承接板21下，所述并联机械腿31包括驱动电机311、虎克铰312、大腿313以及小腿314，所述驱动电机311固定连接于承接板21下，与虎克铰312连接以驱动虎克铰312；所述虎克铰312包括十字架、上U形架3122以及下U形架3123，所述十字架由正方体和4个完全相同的圆柱体3132组成，4个完全相同的圆柱体3132对称布置在正方体的四个面上，其中一个圆柱体3132与驱动电机311连接；所述上U形架3122和下U形架3123两端设有通孔，四个圆柱体3132横贯其中构成转动副，且上U形架3122的底部与承接板21固定连接，下U形架3123的底部与大腿313固定连接，所述大腿313由小梯形块3131和圆柱体3132组成，小梯形块3131与圆柱体3132和下U形架3123固定连接，圆柱体3132与小腿314非固定连接。所述小腿314由空心圆柱体3141、空心圆柱体3142和矩形块3143组成，所述空心圆柱体3141与小腿314的圆柱体3132以移动副相连，所述空心圆柱体3142与空心圆柱体3141下部末端固定连接，所述矩形块3143布置在空心圆柱体3141外侧边缘，位于驱动电机311一侧，矩形块3143上设置圆形通孔和矩形通孔，圆形通孔与升降装置4连接，矩形通孔与稳定装置5连接；
所述升降装置4包括矩形箱41、RPS机构、翼板43以及深沟球轴承，所述矩形箱41为长方体中间设有矩形通孔，矩形箱41的顶部设有一圆形通孔，搭载平台2中的SPS机构22穿过该圆形通孔与矩形箱41内底面固定连接，所述矩形箱41上部与引导板23上的阶梯形结构非固定连接，所述矩形箱41的底面对称布置有四个小矩形块411，所述小矩形块411的一侧与连接杆42连接，所述RPS机构由内杆421和外杆422组成，所述内杆421与矩形箱41以球副形式连接，与外杆422以移动副形式连接，所述外杆422与小腿314上的矩形块3143以转动副相连，所述翼板43共设有两个，呈矩形，对称布置在矩形箱41的两侧，且设置两个圆形通孔，所述深沟球轴承至于翼板43的圆形通孔内，轴承外圈与通孔固定连接，稳定装置5通过深沟球轴承与翼板43连接。
所述稳定装置5由四个完全相同的皮带轮装置51组成，这四个完全相同的皮带轮装置51对称布置于升降装置4的翼板43之上，所述皮带轮装置51由电机511、皮带512、锁扣513、传动杆514组成，所述电机511一端与升降装置4的矩形箱41固定连接，另一端与皮带512非固定连接，为皮带轮装置51提供动力，所述皮带512一端与电机511连接，另一端与传动杆514相连，驱动传动杆514，所述锁扣513呈J形，一端与矩形条5131固定连接，另一端设有圆形通孔，与传动杆514固定连接，所述矩形条5131通过小腿314上的矩形块3143的矩形通孔与小腿314非固定连接，所述传动杆514由上圆柱体5141与下圆柱体5142组成，所述上圆柱体5141设有凹槽与皮带512连接，所述下圆柱体5142与上圆柱体5141固定连接，所述下圆柱体5142与升降装置4的深沟球轴承内圈固定连接。
所述四自由度并联机构1的固定平台13与搭载平台2上的承接板21通过螺栓固定连接。
所述搭载平台2上的承接板21与并联机械腿31的虎克铰312上U形架3122的底部通过螺栓固定连接。
所述并联机械腿31的虎克铰312上U形架3122与下U形架3123转动时绕着中心架3121的中心线旋转，且中心线互相垂直。
所述矩形箱41顶部与搭载平台2中引导板23下端的阶梯结构形成非固定连接，且两者接触为非摩擦接触。
所述锁扣513与翼板43的接触面为非摩擦接触。
所述深沟球轴承内圈与下圆柱体5142连接，深沟球轴承外圈嵌入翼板43的圆形通孔中，形成过盈连接。
本发明具体工作流程如下：
平台运动时，关闭稳定装置5的锁扣513，使得并联机械腿组3可以运动，并降下升降装置4，并联机械腿31的驱动电机311驱动虎克铰312，使得并联机械腿组3实现预期运动。
平台停止时，关闭驱动电机311，并联机械腿组3停止运动后，将升降装置4升起，使得升降装置4的矩形箱41与搭载平台2的引导板接触，然后打开稳定装置5的锁扣513，锁死并联机械腿组3，以确保作业平台稳定。
RPU机构12通过上推杆123运动，带动转动副转动，实现动平台11绕x轴的移动和转动，绕y轴的转动和沿z轴的移动，使得动平台11实现预期的位姿。RPU机构12既可以和平台配合作业，也可以在平台固定时单独作业。
上述实施例只是本发明的较佳实施案例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是属于在移动作业平台基础上修改，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (7)

1.一种多方位四足摄影平台，其特征在于：包括四自由度并联机构(1)、搭载平台(2)、并联机械腿组(3)、升降装置(4)、稳定装置(5)；
所述四自由度并联机构(1)包括动平台(11)、四个完全相同的RPU机构(12)和固定平台(13)，所述动平台(11)为长方体，两端与RPU机构(12)相连，所述RPU机构(12)一端与动平台(11)相连，另一端与固定平台(13)相连，其包括T形圆柱(121)、上铰座(122)、上推杆(123)、下推杆(124)、小圆柱(125)、下铰座(126)，所述T形圆柱(121)一端内嵌轴承与动平台(11)以转动副连接，另一端与上铰座(122)以转动副相连，这两个转动轴线互相垂直的转动副构成一个虎克铰，所述上铰座(122)下端与上推杆(123)固定连接，所述上推杆(123)为矩形条形状，且与下推杆(124)以移动副形式连接，所述下推杆(124)为矩形条中间且中空，其下端与小圆柱(125)固定连接，所述小圆柱(125)与下铰座(126)以转动副相连，所述下铰座(126)与固定平台(13)固定连接，所述固定平台(13)为长方体，对称设有八个通孔，通过通孔与下铰座(126)和固定平台(13)固定连接；
所述搭载平台(2)包括承接板(21)、SPS机构(22)以及引导板(23)，所述SPS机构(22)包括上连杆(221)以及下连杆(222)，其中上连杆(221)与下连杆(222)以移动副形式连接，所述上连杆(221)以球副形式与承接板(21)连接，所述下连杆(222)以球副形式与升降装置(4)连接；所述引导板(23)结构呈阶梯状，两个完全相同的引导板(23)对称布置在承接板(21)下方；
所述并联机械腿组(3)包括四个完全相同的并联机械腿(31)，这四个完全相同的并联机械腿(31)对称布置在承接板(21)下，所述并联机械腿(31)包括驱动电机(311)、虎克铰(312)、大腿(313)以及小腿(314)，所述驱动电机(311)固定连接于承接板(21)下，与虎克铰(312)连接以驱动虎克铰(312)；所述虎克铰(312)包括十字架、上U形架(3122)以及下U形架(3123)，所述十字架由正方体和4个完全相同的圆柱体(3132)组成，4个完全相同的圆柱体(3132)对称布置在正方体的四个面上，其中一个圆柱体(3132)与驱动电机(311)连接；所述上U形架(3122)和下U形架(3123)两端设有通孔，四个圆柱体(3132)横贯其中构成转动副，且上U形架(3122)的底部与承接板(21)固定连接，下U形架(3123)的底部与大腿(313)固定连接，所述大腿(313)由小梯形块(3131)和圆柱体(3132)组成，小梯形块(3131)与圆柱体(3132)和下U形架(3123)固定连接，圆柱体(3132)与小腿(314)非固定连接；所述小腿(314)由空心圆柱体(3141)、空心圆柱体(3142)和矩形块(3143)组成，所述空心圆柱体(3141)与小腿(314)的圆柱体(3132)以移动副相连，所述空心圆柱体(3142)与空心圆柱体(3141)下部末端固定连接，所述矩形块(3143)布置在空心圆柱体(3141)外侧边缘，位于驱动电机(311)一侧，矩形块(3143)上设置圆形通孔和矩形通孔，圆形通孔与升降装置(4)连接，矩形通孔与稳定装置(5)连接；
所述升降装置(4)包括矩形箱(41)、RPS机构、翼板(43)以及深沟球轴承，所述矩形箱(41)为长方体中间设有矩形通孔，矩形箱(41)的顶部设有一圆形通孔，搭载平台(2)中的SPS机构(22)穿过该圆形通孔与矩形箱(41)内底面固定连接，所述矩形箱(41)上部与引导板(23)上的阶梯形结构非固定连接，所述矩形箱(41)的底面对称布置有四个小矩形块(411)，所述小矩形块(411)的一侧与连接杆(42)连接，所述RPS机构由内杆(421)和外杆(422)组成，所述内杆(421)与矩形箱(41)以球副形式连接，与外杆(422)以移动副形式连接，所述外杆(422)与小腿(314)上的矩形块(3143)以转动副相连，所述翼板(43)共设有两个，呈矩形，对称布置在矩形箱(41)的两侧，且设置两个圆形通孔，所述深沟球轴承至于翼板(43)的圆形通孔内，轴承外圈与通孔固定连接，稳定装置(5)通过深沟球轴承与翼板(43)连接；
所述稳定装置(5)由四个完全相同的皮带轮装置(51)组成，这四个完全相同的皮带轮装置(51)对称布置于升降装置(4)的翼板(43)之上，所述皮带轮装置(51)由电机(511)、皮带(512)、锁扣(513)、传动杆(514)组成，所述电机(511)一端与升降装置(4)的矩形箱(41)固定连接，另一端与皮带(512)非固定连接，为皮带轮装置(51)提供动力，所述皮带(512)一端与电机(511)连接，另一端与传动杆(514)相连，驱动传动杆(514)，所述锁扣(513)呈J形，一端与矩形条(5131)固定连接，另一端设有圆形通孔，与传动杆(514)固定连接，所述矩形条(5131)通过小腿(314)上的矩形块(3143)的矩形通孔与小腿(314)非固定连接，所述传动杆(514)由上圆柱体(5141)与下圆柱体(5142)组成，所述上圆柱体(5141)设有凹槽与皮带(512)连接，所述下圆柱体(5142)与上圆柱体(5141)固定连接，所述下圆柱体(5142)与升降装置(4)的深沟球轴承内圈固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种多方位四足摄影平台，其特征在于：所述四自由度并联机构(1)的固定平台(13)与搭载平台(2)上的承接板(21)通过螺栓固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种多方位四足摄影平台，其特征在于：所述搭载平台(2)上的承接板(21)与并联机械腿(31)的虎克铰(312)上U形架(3122)的底部通过螺栓固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种多方位四足摄影平台，其特征在于：所述并联机械腿(31)的虎克铰(312)上U形架(3122)与下U形架(3123)转动时绕着中心架(3121)的中心线旋转，且中心线互相垂直。
5.根据权利要求1所述的一种多方位四足摄影平台，其特征在于：所述矩形箱(41)顶部与搭载平台(2)中引导板(23)下端的阶梯结构形成非固定连接，且两者接触为非摩擦接触。
6.根据权利要求1所述的一种多方位四足摄影平台，其特征在于：所述锁扣(513)与翼板(43)的接触面为非摩擦接触。
7.根据权利要求1所述的一种多方位四足摄影平台，其特征在于：所述深沟球轴承内圈与下圆柱体(5142)连接，深沟球轴承外圈嵌入翼板(43)的圆形通孔中，形成过盈连接。
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