三自由度位姿调整误差补偿装置.pdf

一种三自由度位姿调整误差补偿装置，属于机械技术领域。本发明中，基板上有两个螺纹孔，第一调整板两端外侧的有两个通孔，第一和第二调整螺栓通过第一调整板的通孔固定在基板上的两个螺纹孔中，第一调整板两端内侧的对称位置有两个螺纹孔，固定第三和第四调整螺栓，第二调整板中间有凸台，凸台有通孔，第二调整板两端有通孔，该通孔形状与两个调整塞形状相同，两个调整塞中心有通孔，第三和第四调整螺栓通过该通孔和第二调整板的通孔固定于第一调整板的螺纹孔中，垫片设于第一和第二调整板间。本发明结构简单，操作方便。只需依靠简单的机械操作即可实现三自由度位姿调整，实现误差补偿，且三个自由度的调整过程相对独立。

1、  一种三自由度位姿调整误差补偿装置，其特征在于，包括：第一调整板、第二调整板、两个调整塞、第一调整螺栓、第二调整螺栓、第三调整螺栓、第四调整螺栓、垫片、基板，其中：基板上有两个螺纹孔，第一调整板两端外侧的对称位置沿板长方向有两个通孔，第一调整螺栓和第二调整螺栓通过第一调整板两端的通孔固定在基板上的两个螺纹孔中，第一调整板两端内侧的对称位置有两个螺纹孔，用于固定第三调整螺栓和第四调整螺栓，第二调整板中间位置有一凸台，垂直于板长方向，在凸台中心有通孔，在第二调整板两端的对称位置垂直于板长方向有两个通孔，两个调整塞与第二调整板两端通孔的形状相同，在两个调整塞的中心有通孔，第三调整螺栓和第四调整螺栓通过该通孔和第二调整板两端的通孔固定于第一调整板的螺纹孔中，垫片设于第一调整板和第二调整板之间。

2、  根据权利要求1所述的三自由度位姿调整误差补偿装置，其特征是，所述第一调整板上的两个通孔，形状为两端半圆形，中间矩形。

3、  根据权利要求1所述的三自由度位姿调整误差补偿装置，其特征是，所述第一调整板依靠其两端的通孔，在第一调整螺栓、第二调整螺栓的约束下沿板长方向左右移动。

4、  根据权利要求1所述的三自由度位姿调整误差补偿装置，其特征是，所述第二调整板，其凸台为半圆柱形，在凸台中心的通孔为圆柱形。

5、  根据权利要求1所述的三自由度位姿调整误差补偿装置，其特征是，所述第二调整板两端的通孔，形状为一面锥形，三面矩形。

6、  根据权利要求1所述的三自由度位姿调整误差补偿装置，其特征是，所述两个调整塞在第三调整螺栓、第四调整螺栓的挤压下沿螺栓轴线方向移动。

7、  根据权利要求1所述的三自由度位姿调整误差补偿装置，其特征是，所述第二调整板在第三调整螺栓、第四调整螺栓及两个调整塞的约束下，依靠其两端的通孔，在板平面内沿垂直于板长方向移动。

8、  根据权利要求1或6或7所述的三自由度位姿调整误差补偿装置，其特征是，所述两个调整塞形状为一面锥形，三面矩形，中心的通孔为圆柱形。

9、  根据权利要求1或6或7所述的三自由度位姿调整误差补偿装置，其特征是，所述两个调整塞的形状和第二调整板的通孔形状相同，锥顶均朝下。

10、  根据权利要求1所述的三自由度位姿调整误差补偿装置，其特征是，所述垫片为缺口的圆环，缺口小于四分之一圆环。

三自由度位姿调整误差补偿装置
技术领域
本发明涉及的是一种机械技术领域的装置，具体的说，是一种三自由度位姿调整误差补偿装置。
背景技术
在现有位姿调整误差补偿装置中，大多采用软硬件相结合的方式，即在得到位姿误差的情况下，通过预定程序控制机械结构的运动，实现位姿调整。大多机械结构采用电机齿轮、电机导轨滑块、电机丝杠等组合方式，通过电机提供的驱动力，带动齿轮，丝杠等传动结构，最后实现末端位姿的调整。这些装置普遍特点是程序算法及机械结构复杂，控制过程对软件的依赖较高，实现成本较高；另外，多为单自由度位姿调整，即只能实现单个自由度的误差补偿。
经对现有技术的文献检索发现，苗荣霞等在《弹箭与制导学报》(2005年)上发表的《分步式压印的空间位姿调整研究》，提出一套由弹簧导轨承片台结构、驱动器及激光干涉仪构成的超高精度对准定位系统，以及为消除由于压印力引起承片台空间位姿的变化，系统采用宏微两级驱动和优化的压印工艺实现承片台的超高精度定位和空间位姿的调整。具体为：空间位姿的三自由度主动调节采用三个PZT驱动器，借助压印机构中的PZT的运动来实现承片台的空间位姿恢复。系统采用RBF神经网络模糊PID控制器的结构实现宏驱动的控制，微驱动通过超高精度电容传感器实现位置控制。采用宏微两级定位，通过宏微两级超高精度运动，实现超高精度定位。该系统所采用的位姿调整方法为目前大多数位姿调整装置中普遍采用的方法，即通过传感器，控制器，驱动器实现高精度的位姿调整。其不足在于：正如大多数位姿调整装置一样，控制过程复杂，操作不变，成本较高，在一些精度要求相对不要的情况下，不能简便快捷的实现位姿调整。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种三自由度位姿调整误差补偿装置，使其解决现今大多数位姿调整误差补偿装置硬件结构复杂、过度依赖软件、操作不够简单、可调自由度相对局限的问题。本发明具有机械结构简单，操作过程不需要软件参与，只需简单的机械操作且操作过程简易方便，另外可实现三自由度位姿调整的特点。
本发明是通过以下技术方案来实现的，本发明包括：第一调整板、第二调整板、两个调整塞、第一调整螺栓、第二调整螺栓、第三调整螺栓、第四调整螺栓、垫片、基板。其中：基板上有两个螺纹孔，第一调整板两端外侧的对称位置沿板长方向有两个通孔，第一调整螺栓和第二调整螺栓通过第一调整板两端的通孔固定在基板上的两个螺纹孔中。第一调整板两端内侧的对称位置有两个螺纹孔，用于固定第三调整螺栓和第四调整螺栓。第二调整板中间位置有一凸台，垂直于板长方向，在凸台中心有通孔，在第二调整板两端的对称位置垂直于板长方向有两个通孔，两个调整塞与第二调整板两端通孔的形状相同，在两个调整塞的中心有通孔，第三调整螺栓和第四调整螺栓通过该通孔和第二调整板两端的通孔固定于第一调整板的螺纹孔中。垫片设于第一调整板和第二调整板之间。
所述第一调整板上的两个通孔，形状为两端半圆形，中间矩形。
所述第二调整板，其凸台为半圆柱形，在凸台中心的通孔为圆柱形。
所述第二调整板两端的通孔，形状为一面锥形，三面矩形。
所述垫片为缺口的圆环，缺口小于四分之一圆环。
所述两个调整塞形状为一面锥形，三面矩形，中心的通孔为圆柱形。
第二调整板中部的圆柱形通孔用于固定待调整的部件，而本发明最终的目标是通过三个自由度位姿调整，实现部件的实际位姿与目标位姿的误差补偿。
第一调整螺栓、第二调整螺栓通过第一调整板两端的通孔固定在基板的螺纹孔中，由于第一调整板两端通孔的形状，决定了在螺栓固定的情况下，第一调整板可相对基板沿板长方向左右微调，即实现装置第一个自由度的位姿调整。
第三调整螺栓、第四调整螺栓通过调整塞和第二调整板两端的通孔固定在第一调整板两端的螺纹孔中，当两个螺栓的旋入深度相同时，不同的旋入深度对应不同的位姿，通过控制螺栓的旋入深度，调整调整塞沿螺栓轴线方向的压入深度，在螺栓固定的情况下，调整塞推动第二调整板在板平面内沿垂直于板长方向的移动，实现第二调整板相对于第一调整板在板平面内沿垂直于板长方向的位姿微调，即第二个自由度的位姿调整。
固定在第一调整板上的第三调整螺栓、第四调整螺栓相对第二调整板中心位置左右对称，当第三调整螺栓、第四调整螺栓的旋入深度不同时，通过控制两螺栓的旋入深度差，可实现第二调整板相对于第一调整板绕其中心圆柱形通孔轴线的旋转角度微调，即实现第三个自由度的位姿调整。
在第二，第三自由度位姿调整过程中，由于第三调整螺栓、第四调整螺栓的不同旋入深度对应第二调整板不同的位姿，为使第二调整板在任一位姿时相对于第一调整板固定，且螺栓处于拧紧状态，需要在第一调整板和第二调整板之间加入垫片。垫片的加入操作过程如下：
当第三调整螺栓、第四调整螺栓的旋入深度同时等于第一调整板中螺纹孔的深度时，此时第一调整板与第二调整板之间没有间隙，位姿调整处于极限位置，螺栓已处于拧紧状态，所以不需要加入垫片，且第二调整板相对于第一调整板固定。
当第三调整螺栓、第四调整螺栓的旋入深度不同时等于第一调整板中螺纹孔的深度时，对应不同的位姿，第一调整板与第二调整板之间产生不同的间隙，需要根据间隙的大小确定加入垫片的个数，用垫片填补间隙，使两个螺栓均处于拧紧状态，第二调整板相对于第一调整板固定。
本发明的另外一个特点是第一调整板上的螺纹孔位于第一调整板上通孔的内侧，这样能够实现三自由度位姿调整的独立性，如利用第一调整板实现第一个自由度的位姿调整时不需要拆卸第二调整板，在利用第二调整板实现第二个自由度的位姿调整时不影响第一调整板，从而保证三自由度位姿调整的相对独立性。
本发明的三自由度位姿调整误差补偿装置结构简单，操作方便。只需要依靠简单的机械操作即可实现三自由度位姿调整，实现误差补偿，且三个自由度的调整过程相对独立。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图中：第一调整板1、第二调整板2、两个调整塞3、4、第一调整螺栓5、第二调整螺栓6、第三调整螺栓7、第四调整螺栓8、垫片9、基板10。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括：第一调整板1、第二调整板2、两个调整塞3、4、第一调整螺栓5、第二调整螺栓6、第三调整螺栓7、第四调整螺栓8、垫片9、基板10。
基板10上有两个螺纹孔，用于固定第一调整螺栓5和第二调整螺栓6。
第一调整板1两端外侧的对称位置沿板长方向有两个通孔，形状为两端半圆形，中间矩形。
第一调整螺栓5和第二调整螺栓6通过第一调整板1两端的通孔固定在基板10上的两个螺纹孔中。
第一调整板1两端内侧的对称位置有两个螺纹孔，用于固定第三调整螺栓7和第四调整螺栓8。
第二调整板2中间位置有一半圆柱形凸台，垂直于板长方向，在凸台中心有圆柱形通孔。
第二调整板2两端的对称位置垂直于板长方向有两个通孔，形状为一面锥形，三面矩形。
两个调整塞3、4与第二调整板2两端通孔的形状相同，为一面锥形，三面矩形，在两个调整塞3、4的中心有圆柱形通孔，第三调整螺栓7和第四调整螺栓8通过该通孔和第二调整板2两端的通孔固定于第一调整板1的螺纹孔中。
垫片9为缺口的圆环，缺口小于四分之一圆环。垫片9设于第一调整板1和第二调整板2之间。
所述第一调整板1与基板10平行。第一调整螺栓5和第二调整螺栓6通过第一调整板1两端的通孔固定在基板10上的两个螺纹孔中。在螺栓的约束下，第一调整板1可依靠其两端的通孔，沿板长方向左右移动。
所述第一调整板1上的两个螺纹孔必须位于两个通孔的内侧。
所述两个调整塞3、4的形状为一面锥形，三面矩形，在第三调整螺栓7、第四调整螺栓8的挤压下沿螺栓轴线方向移动。
所述第二调整板2在第三调整螺栓7、第四调整螺栓8及两个调整塞3、4的约束下，可依靠其两端的通孔，在板平面内沿垂直于板长方向移动。
所述两个调整塞3、4的形状和第二调整板2的通孔形状相同，锥顶均朝下。
所述第一调整板1、第二调整板2两端通孔的形状为本实施例实现时的一种形状，但所述形状不是本发明的必要特征，在实际实现时可根据需要选择其它形状。
所述第二调整板2中间位置的半圆柱形凸台为本实施例实现时固定待调整装置的一种结构形式，但所述结构形式不是本发明的必要特征，在具体实现时可根据需要选择其它的固定形式，最终实现将待调整装置固定在第二调整板2上。
本实施例工作时，三个自由度位姿调整的过程如下：
一、自由度1位姿调整
第一调整螺栓5、第二调整螺栓6通过第一调整板1两端的通孔固定在基板10的螺纹孔中，由于第一调整板1两端通孔的形状，决定了在第一调整螺栓5、第二调整螺栓6固定的情况下，第一调整板1可相对基板10沿板长方向左右微调，实现装置第一个自由度的位姿调整。
二、自由度2位姿调整
第三调整螺栓7、第四调整螺栓8分别通过两个调整塞3、调整塞4和第二调整板2两端的通孔固定在第一调整板1两端的螺纹孔中，当第三调整螺栓7、第四调整螺栓8的旋入深度相同时，不同的旋入深度对应不同的位姿，通过控制两个螺栓的旋入深度，调整两个调整塞3、4沿螺栓轴线方向的压入深度，在第三调整螺栓7、第四调整螺栓8固定的情况下，两个调整塞3、调整塞4推动第二调整板2在板平面内沿垂直于板长方向的移动，实现第二调整板2相对于第一调整板1在板平面内沿垂直于板长方向的位姿微调，即第二个自由度的位姿调整。
三、自由度3位姿调整
固定在第一调整板1上的第三调整螺栓7、第四调整螺栓8相对第二调整板中心位置左右对称，当第三调整螺栓7、第四调整螺栓8的旋入深度不同时，通过控制两螺栓的旋入深度差，可实现第二调整板2相对于第一调整板1绕其中心圆柱形通孔轴线的旋转角度微调，即实现第三个自由度的位姿调整。
在上述第二，第三自由度位姿调整过程中，由于第三调整螺栓7、第四调整螺栓8的不同旋入深度对应第二调整板2不同的位姿，为使第二调整板2在任一位姿时相对于第一调整板1固定，且螺栓处于拧紧状态，需要在第一调整板1和第二调整板2之间加入垫片9。垫片9的加入操作过程如下：
当第三调整螺栓7、第四调整螺栓8的旋入深度同时等于第一调整板1中螺纹孔的深度时，此时第一调整板1与第二调整板2之间没有间隙，位姿调整处于极限位置，螺栓已处于拧紧状态，所以不需要加入垫片9，且第二调整板2相对于第一调整板1固定。
当第三调整螺栓7、第四调整螺栓8的旋入深度不同时等于第一调整板1中螺纹孔的深度时，对应不同的位姿，第一调整板1与第二调整板2之间产生不同的间隙，需要根据间隙的大小确定加入垫片9的个数，用垫片9填补间隙，使两个螺栓均处于拧紧状态，第二调整板2相对于第一调整板1固定。