兩自由度含閉環的自平衡並聯運動模擬器的製作方法
2023-05-20 03:00:41
專利名稱：兩自由度含閉環的自平衡並聯運動模擬器的製作方法
技術領域：
本發明涉及並聯機構，特別涉及一種並聯平臺。
背景技術：
隨著人類技術的不斷發展，人類探索的領域也在不斷的擴展。航天航空技術、海洋技術都在不斷的進步之中。在對海洋及天空的探索中，不可避免的會有各種設備裝備在極端的環境下工作。而這些設備的造價必將非常昂貴，所以在實際應用前必須做大量的仿真模擬實驗，以達到安全標準。隨著地面模擬仿真技術的不斷完善，很多天空、海洋實驗都在陸地進行。而眾所周知的並聯機構具有剛度大、機構穩定、承載能力強、精度高、運動慣性小、反解控制簡單的特點。目前，並聯模擬運動臺廣泛地用於飛機、艦船及汽車等的運動模擬仿真。但是大多數的仿真器具有6個自由度。控制技術難度大，製造成本高、外形大、工作空間小。尤其對大型仿真器一般為液壓驅動，需要油缸等其他設備，成本高且不易維護。所以少自由度電機驅動是並聯機器人研究熱點。提高少自由度並聯機器人承載能力是關鍵問題之一。專利CN 102626919 A提出了一種軸線無匯交的對稱兩轉一移並聯機構，該發明各分支無軸線匯交，大大降低了製造難度，但是由於分支比較分散，造成機構體積大，工作空間比較小；專利CN102147046 A提出的兩自由度並聯機構可實現解耦兩自由度運動，運動性能優良，易於控制，但是驅動電機的布置造成系統的動力學性能差，慣性力大，承載能力不聞。
發明內容
本發明的目的是提供一種體積小、易控制、承載能力強、可實現空間兩個方向轉動的兩自由度含閉環的自平衡並聯運動模擬器。本發明的技術方案如下
本發明主要包括動平臺、定平臺以及連接這兩個平臺的四條分支，其中三條為結構完全相同且均勻分布的SRU驅動分支，另一條為UP中間約束分支。每條SRU驅動分支均由一組2個第一萬向鉸、電動缸、下連杆、轉動副、上連杆和球鉸組成。定平臺上設有三個呈正三角形布置的三角形底座，每組2個第一萬向鉸上下對稱地固定在上述三角形底座上，其中固定在上面的第一萬向鉸通過下連杆與轉動副連接，固定在下面的第一萬向鉸與電動缸的尾部連接，該電動缸的伸縮杆與上述下連杆連接，上述轉動副通過上連杆與球鉸連接，該球鉸與動平臺連接，三個球鉸中心在動平臺上成正三角形布置，上連杆、下連杆、電動缸及定平臺構成閉環4桿機構，UP中間分支由第二萬向鉸和內設彈簧的移動副組成，內設彈簧的移動副下端固定在定平臺的正中心，其上端與第二萬向鉸連接，該第二萬向鉸與動平臺連接。第二萬向鉸中心在分支球鉸組成的三角形外接圓中心。當該平臺處於工作狀態時，負載在移動副內彈簧的作用下在Z軸方向某一位置達到靜載平衡。上述每條SRU驅動分支還有三種連接方式
第一種方式，上述每條SRU驅動分支的每組2個第一萬向鉸上下對稱地固定在上述定平臺的三角形底座上，其中固定在上面的第一萬向鉸與電動缸的尾部連接，該電動缸的伸縮杆與上連杆連接，固定在下面的第一萬向鉸通過下連杆與轉動副連接，該轉動副通過上連杆與球鉸連接，該球鉸與動平臺連接。第二種方式，上述每條SRU驅動分支的每組2個第一萬向鉸內外對稱地固定在定平臺上，其中固定在裡面的第一萬向鉸通過下連杆與轉動副連接，固定在外面的第一萬向鉸與電動缸的尾部連接，該電動缸的伸縮杆與上連杆連接，上述轉動副通過上連杆與球鉸連接，該球鉸與動平臺連接。第三種方式，上述每條SRU驅動分支的每組2個第一萬向鉸內外對稱地固定在定平臺上，其中固定在裡面的第一萬向鉸與電動缸的尾部連接，該電動缸的伸縮杆與上連杆連接，固定在外面的第一萬向鉸通過下連杆與上述轉動副連接，該轉動副通過上連杆與球鉸連接，該球鉸與動平臺連接。本發明與現有技術相比具有如下優點1、結構簡單，佔用體積小，工作空間大，可實現二維轉動，存在冗餘驅動，克服奇異位形。2、UP中間分支中的移動副內設有剛度較大的彈簧，通過中間分支能夠起到平衡靜載荷，以達到最大限度增加平臺負載能力、減小驅動電機扭矩和功率的作用。3、本發明為電動缸驅動，在其工作空間內性能穩定，在承受負載時仍具有較高的動態響應，易於安裝和維護。4、兩個自由度，易於控制，在很多領域有廣泛的應用前景。
圖1為本發明實施例1立體結構示意簡圖。圖2為本發明中間分支結構的剖視圖。圖3為本發明實施例2立體結構示意簡圖。圖4為本發明實施例3立體結構示意簡圖。圖5為本發明實施例4立體結構示意簡圖。
具體實施例方式實施例1
在圖1所示的兩自由度含閉環的自平衡並聯運動模擬器結構示意簡圖中，三條結構完全相同SRU驅動分支呈均勻分布，定平臺10上設有三個呈正三角形布置的三角形底座11，每組2個第一萬向鉸7上下對稱地固定在上述三角形底座上，其中固定在上面的第一萬向鉸通過下連杆6與轉動副4連接，固定在下面的第一萬向鉸與電動缸5的尾部連接，該電動缸的伸縮杆與上述下連杆連接，上述轉動副通過上連杆3與球鉸2連接，該球鉸與動平臺I連接，三個球鉸中心在動平臺上成正三角形布置。UP中間分支中的內設彈簧的移動副9(如圖2所示)下端固定在定平臺的正中心，其上端與第二萬向鉸8連接，該第二萬向鉸與動平臺連接，第二萬向鉸中心在分支球鉸組成的三角形外接圓中心。實施例2
在圖3所示的兩自由度含閉環的自平衡並聯運動模擬器結構示意簡圖中，每條SRU驅動分支的每組2個第一萬向鉸7上下對稱地固定在定平臺的三角形底座11上，其中固定在上面的第一萬向鉸與電動缸5的尾部連接，該電動缸的伸縮杆與上連杆3連接，固定在下面的第一萬向鉸通過下連杆6與上述轉動副連接。其它構件和連接關係與實施例1相同。實施例3
在圖4所示的兩自由度含閉環的自平衡並聯運動模擬器結構示意簡圖中，每條SRU驅動分支的每組2個第一萬向鉸7內外對稱地固定在定平臺10上，其中固定在裡面的第一萬向鉸通過下連杆6與轉動副4連接，固定在外面的第一萬向鉸與電動缸5的尾部連接，該電動缸的伸縮杆與上連杆3連接。其它構件和連接關係與實施例1相同。實施例4
在圖5所示的兩自由度含閉環的自平衡並聯運動模擬器結構示意簡圖中，每條SRU驅動分支的每組2個第一萬向鉸7內外對稱地固定在定平臺10上，其中固定在裡面的第一萬向鉸與電動缸5的尾部連接，該電動缸的伸縮杆與上連杆3連接，固定在外面的第一萬向鉸通過下連杆6與上述轉動副連接。其它構件和連接關係與實施例1相同。
權利要求
1.一種兩自由度含閉環的自平衡並聯運動模擬器，其主要包括動平臺、定平臺以及連接這兩個平臺的四條分支，其中三條為結構完全相同且均勻分布的SRU驅動分支，另一條為UP中間約束分支，其特徵在於其定平臺上設有三個呈正三角形布置的三角形底座，每條SRU驅動分支的每組2個第一萬向鉸上下對稱地固定在上述三角形底座上，其中固定在上面的第一萬向鉸通過下連杆與轉動副連接，固定在下面的第一萬向鉸與電動缸的尾部連接，該電動缸的伸縮杆與上述下連杆連接，上述轉動副通過上連杆與球鉸連接，該球鉸與動平臺連接，三個球鉸中心在動平臺上成正三角形布置，UP中間分支中的內設彈簧的移動副下端固定在定平臺的正中心，其上端與第二萬向鉸連接，該第二萬向鉸與動平臺連接。
2.一種兩自由度含閉環的自平衡並聯運動模擬器，其主要包括動平臺、定平臺以及連接這兩個平臺的四條分支，其中三條為結構完全相同且均勻分布的SRU驅動分支，另一條為UP中間約束分支，其特徵在於其定平臺上設有三個呈正三角形布置的三角形底座，每條SRU驅動分支的每組2個第一萬向鉸上下對稱地固定在上述三角形底座上，其中固定在上面的第一萬向鉸與電動缸的尾部連接，該電動缸的伸縮杆與上連杆連接，固定在下面的第一萬向鉸通過下連杆與轉動副連接，上述轉動副通過上連杆與球鉸連接，該球鉸與動平臺連接，三個球鉸中心在動平臺上成正三角形布置，UP中間分支中的內設彈簧的移動副下端固定在定平臺的正中心，其上端與第二萬向鉸連接，該第二萬向鉸與動平臺連接。
3.一種兩自由度含閉環的自平衡並聯運動模擬器，其主要包括動平臺、定平臺以及連接這兩個平臺的四條分支，其中三條為結構完全相同且均勻分布的SRU驅動分支，另一條為UP中間約束分支，其特徵在於其每條SRU驅動分支的每組2個第一萬向鉸內外對稱地固定在定平臺上，其中固定在裡面的第一萬向鉸通過下連杆與轉動副連接，固定在外面的第一萬向鉸與電動缸的尾部連接，該電動缸的伸縮杆與上連杆連接，上述轉動副通過上連杆與球鉸連接，該球鉸與動平臺連接，三個球鉸中心在動平臺上成正三角形布置，UP中間分支中的內設彈簧的移動副下端固定在定平臺的正中心，其上端與第二萬向鉸連接，該第二萬向鉸與動平臺連接。
4.一種兩自由度含閉環的自平衡並聯運動模擬器，其主要包括動平臺、定平臺以及連接這兩個平臺的四條分支，其中三條為結構完全相同且均勻分布的SRU驅動分支，另一條為UP中間約束分支，其特徵在於其每條SRU驅動分支的每組2個第一萬向鉸內外對稱地固定在定平臺上，其中固定在裡面的第一萬向鉸與電動缸的尾部連接，該電動缸的伸縮杆與上連杆連接，固定在外面的第一萬向鉸通過下連杆與轉動副連接，上述轉動副通過上連杆與球鉸連接，該球鉸與動平臺連接，三個球鉸中心在動平臺上成正三角形布置，UP中間分支中的內設彈簧的移動副下端固定在定平臺的正中心，其上端與第二萬向鉸連接，該第二萬向鉸與動平臺連接。
全文摘要
一種兩自由度含閉環的自平衡並聯運動模擬器，其主要包括動平臺、定平臺以及連接這兩個平臺的四條分支，其中三條為結構完全相同的SRU驅動分支，另一條為UP中間約束分支，每條SRU驅動分支的每組2個第一萬向鉸固定在定平臺上，其中一個與轉動副連接，另一個與電動缸連接，上述轉動副與球鉸連接，該球鉸與動平臺連接，UP中間分支中的內設彈簧的移動副下端固定在定平臺的正中心，其上端與第二萬向鉸連接，該第二萬向鉸與動平臺連接，第二萬向鉸中心在分支球鉸組成的三角形外接圓中心。本發明結構簡單，佔用體積小，工作空間大；通過中間分支平衡靜載，增大平臺負載能力,降低電機扭矩和功率，可廣泛應用於穩定艦載、車載裝置以及運動模擬。
文檔編號G09B25/02GK103050047SQ20121053061
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月11日 優先權日2012年12月11日
發明者趙鐵石, 唐啟敬, 崔瀟 申請人:燕山大學