用于锚杆钻机的6自由度位姿调整平台及位姿调整方法技术

本发明专利技术涉及位姿调整，具体涉及用于锚杆钻机的6自由度位姿调整平台及位姿调整方法，包括基座和缓冲平台，基座周身连接有滑轨，滑轨与缓冲平台之间连接有用于对缓冲平台进行缓冲和位姿调整的支链组件；支链组件包括与滑轨滑动连接的夹持体

【技术实现步骤摘要】
用于锚杆钻机的6自由度位姿调整平台及位姿调整方法


[0001]本专利技术涉及位姿调整，具体涉及用于锚杆钻机的6自由度位姿调整平台及位姿调整方法
。

技术介绍

[0002]锚杆钻机工作时，由于内部结构
、
外部激振源
、
动力系统等原因，会产生水平
、
纵向
、
垂直
、
俯仰
、
偏转和滚转等方向的多维振动，导致出现“有限振幅失稳”现象，引起机器人位姿偏移，影响系统性能及机器人寿命
。
现有基于并联机构的调姿和减振装置，均不能有效解决锚杆钻机工作失稳的问题
。
[0003]申请公布号为
CN 116300667A
的专利技术专利申请中提供了“模块化组合的调整平台及调整平台的控制方法”，包括组合动平台
、
模块单元以及组合基座；采用
Stewart
并联平台为模块单元的组合调整平台，通过组合动平台的动力学逆解确定各个模块单元的期望力和力矩值，进行阻抗控制，实现平台的控制
。
该技术方案虽能实现平台位姿控制，但仅适用于光学望远镜类非高频振动设备，无法在恶劣环境下作业
。
[0004]文献
Chu W,Huang X,Li S.Cabin posture adjustment method based on redundant constrained parallel mechanism[J].Assembly Automation,2020,40(3):377
‑
386
提出了“一种基于冗余约束并联机构的舱位姿态调整方法”，采用牛顿
‑
欧拉法构建无内力姿态调整系统
(PAS)
动力学模型；文献
Liu S,Sun Y,Peng G,et al.Development of a novel 6
‑
DOF hybrid serial
‑
parallel mechanism for pose adjustment of large
‑
volume components[J].Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers,Part C:Journal of Mechanical Engineering Science,2022,236(5):2099
‑
2114
针对大容量设备的位置和姿态调整，提出一种新型的6自由度混合机构
。
上述文献中基于并联机构所设计的位姿调整装置与方法，均不适用于高频振动的机械设备
。

技术实现思路

[0005](
一
)
解决的技术问题
[0006]针对现有技术所存在的上述缺点，本专利技术提供了用于锚杆钻机的6自由度位姿调整平台及位姿调整方法，能够有效克服现有技术所存在的不能有效解决锚杆钻机工作失稳问题的缺陷
。
[0007](
二
)
技术方案
[0008]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0009]用于锚杆钻机的6自由度位姿调整平台，包括基座和缓冲平台，所述基座周身连接有滑轨，所述滑轨与缓冲平台之间连接有用于对缓冲平台进行缓冲和位姿调整的支链组件；
[0010]所述支链组件包括与滑轨滑动连接的夹持体
、
支承块，所述夹持体上固定安装有液压缸，所述液压缸中活塞杆的伸出部分连接用于承受来自缓冲平台的耦合力的支承块，
所述液压缸中活塞杆的顶端连接有旋转接头，所述旋转接头与主连杆的一端转动连接，所述主连杆的另一端与副连杆的一端活动连接，所述副连杆的另一端与缓冲平台活动连接，所述支承块上固定安装有用于驱动主连杆周期性转动的驱动激振器
。
[0011]优选地，还包括固定安装于基座的上端面开设第一凹槽中的控制模块
、
供能模块；
[0012]控制模块，配置有位姿求解算法
、
动力学求解算法和位姿调整算法，用于锚杆钻机工作时对缓冲平台进行位姿分析，求解活塞杆位移，并以最大程度减小缓冲平台振动幅度为目标，通过滑模控制生成跟踪信号，将跟踪信号输出至供能模块；
[0013]供能模块，通过管道与液压缸连接，基于控制模块发送的跟踪信号调节液压缸的流量大小，控制活塞杆位移，驱动活塞杆移动至预期位置，实现锚杆钻机的位姿调整
。
[0014]优选地，所述滑轨通过榫卯方式连接于基座周身，所述夹持体的下端面开设有与滑轨配合的滑槽，所述夹持体内部开设有用于安装液压缸的第一通孔，所述液压缸的尾部开设有第二通孔，通过螺栓固定安装于夹持体上
。
[0015]优选地，所述液压缸中活塞杆的伸出部分通过过渡配合连接于支承块内部开设的第三通孔，所述液压缸中活塞杆的顶端与旋转接头螺纹连接；
[0016]其中，活塞杆在液压缸中的水平往复运动构成平移副，即
P
副
。
[0017]优选地，所述旋转接头内部开设有用于与主连杆转动连接的第四通孔，所述主连杆的一端呈圆柱状，通过外圆柱面与第四通孔间隙配合，构成转动副，即
R
副；
[0018]所述主连杆的另一端通过球形铰链与副连杆的一端活动连接，构成上球副，即上
S
副；
[0019]所述副连杆的另一端通过球形铰链与缓冲平台的上端面设有的圆柱形凸台活动连接，构成下球副，即下
S
副
。
[0020]优选地，所述主连杆通过过渡配合连接于驱动激振器顶部开设的第五通孔，所述驱动激振器的上端面与主连杆保持水平，所述驱动激振器的下端面通过焊接方式固定安装支承块上，所述驱动激振器通过预设的驱动函数驱动主连杆周期性转动
。
[0021]优选地，所述基座由高强度材料制成，所述基座的下端面与地面接触，用于承受大载荷；
[0022]所述缓冲平台的上端面开设有用于固定安装锚杆钻机的第二凹槽，所述缓冲平台由缓冲吸能材料制成，用于吸收来自锚杆钻机工作时产生的高频振动能量；
[0023]所述支链组件设有6组，各支链组件结构相同，6组支链组件呈正六边形分布于基座周身
。
[0024]用于锚杆钻机的位姿调整方法，包括以下步骤：
[0025]S1、
依次安装位姿调整平台的各结构组件，基于锚杆钻机的实际尺寸和作业范围，调节夹持体至基座
、
缓冲平台至基座的距离，使缓冲平台与基座保持水平，并固定夹持体，将锚杆钻机固定安装至缓冲平台，选择合适的驱动函数，启动驱动激振器
、
控制模块和供能模块；
[0026]S2、
锚杆钻机工作导致缓冲平台位姿偏移，基于机构运动学分析，构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
用于锚杆钻机的6自由度位姿调整平台，其特征在于：包括基座
(2)
和缓冲平台
(3)
，所述基座
(2)
周身连接有滑轨
(4)
，所述滑轨
(4)
与缓冲平台
(3)
之间连接有用于对缓冲平台
(3)
进行缓冲和位姿调整的支链组件
(1)
；所述支链组件
(1)
包括与滑轨
(4)
滑动连接的夹持体
(5)、
支承块
(7)
，所述夹持体
(5)
上固定安装有液压缸
(6)
，所述液压缸
(6)
中活塞杆的伸出部分连接用于承受来自缓冲平台
(3)
的耦合力的支承块
(7)
，所述液压缸
(6)
中活塞杆的顶端连接有旋转接头
(8)
，所述旋转接头
(8)
与主连杆
(9)
的一端转动连接，所述主连杆
(9)
的另一端与副连杆
(11)
的一端活动连接，所述副连杆
(11)
的另一端与缓冲平台
(3)
活动连接，所述支承块
(7)
上固定安装有用于驱动主连杆
(9)
周期性转动的驱动激振器
(10)。2.
根据权利要求1所述的用于锚杆钻机的6自由度位姿调整平台，其特征在于：还包括固定安装于基座
(2)
的上端面开设第一凹槽中的控制模块
(12)、
供能模块
(13)
；控制模块
(12)
，配置有位姿求解算法
、
动力学求解算法和位姿调整算法，用于锚杆钻机工作时对缓冲平台
(3)
进行位姿分析，求解活塞杆位移，并以最大程度减小缓冲平台
(3)
振动幅度为目标，通过滑模控制生成跟踪信号，将跟踪信号输出至供能模块
(13)
；供能模块
(13)
，通过管道与液压缸
(6)
连接，基于控制模块
(12)
发送的跟踪信号调节液压缸
(6)
的流量大小，控制活塞杆位移，驱动活塞杆移动至预期位置，实现锚杆钻机的位姿调整
。3.
根据权利要求2所述的用于锚杆钻机的6自由度位姿调整平台，其特征在于：所述滑轨
(4)
通过榫卯方式连接于基座
(2)
周身，所述夹持体
(5)
的下端面开设有与滑轨
(4)
配合的滑槽，所述夹持体
(5)
内部开设有用于安装液压缸
(6)
的第一通孔，所述液压缸
(6)
的尾部开设有第二通孔，通过螺栓固定安装于夹持体
(5)
上
。4.
根据权利要求3所述的用于锚杆钻机的6自由度位姿调整平台，其特征在于：所述液压缸
(6)
中活塞杆的伸出部分通过过渡配合连接于支承块
(7)
内部开设的第三通孔，所述液压缸
(6)
中活塞杆的顶端与旋转接头
(8)
螺纹连接；其中，活塞杆在液压缸
(6)
中的水平往复运动构成平移副，即
P
副
。5.
根据权利要求4所述的用于锚杆钻机的6自由度位姿调整平台，其特征在于：所述旋转接头
(8)
内部开设有用于与主连杆
(9)
转动连接的第四通孔，所述主连杆
(9)
的一端呈圆柱状，通过外圆柱面与第四通孔间隙配合，构成转动副，即
R
副；所述主连杆
(9)
的另一端通过球形铰链与副连杆
(11)
的一端活动连接，构成上球副，即上
S
副；所述副连杆
(11)
的另一端通过球形铰链与缓冲平台
(3)
的上端面设有的圆柱形凸台活动连接，构成下球副，即下
S
副
。6.
根据权利要求5所述的用于锚杆钻机的6自由度位姿调整平台，其特征在于：所述主连杆
(9)
通过过渡配合连接于驱动激振器
(10)
顶部开设的第五通孔，所述驱动激振器
(10)
的上端面与主连杆
(9)
保持水平，所述驱动激振器
(10)
的下端面通过焊接方式固定安装支承块
(7)
上，所述驱动激振器
(10)
通过预设的驱动函数驱动主连杆
(9)
周期性转动
。7.
根据权利要求1‑6中任意一项所述的用于锚杆钻机的6自由度位姿调整平台，其特征在于：所述基座
(2)
由高强度材料制成，所述基座
(2)
的下端面与地面接触，用于承受大载荷；
所述缓冲平台
(3)
的上端面开设有用于固定安装锚杆钻机的第二凹槽，所述缓冲平台
(3)
由缓冲吸能材...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪祁杰，刘有余，李仁军，疏达，方钊，
申请(专利权)人：安徽工程大学，
类型：发明
国别省市：