一種並聯柔索控制的空間三自由度懸吊平臺的製作方法
2023-06-03 15:29:41
一種並聯柔索控制的空間三自由度懸吊平臺的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種並聯柔索控制的空間三自由度懸吊平臺，包括上平臺、動平臺、下平臺、拽引系統、XY軸直線電機系統和Z軸直線電機系統；三個平臺之間通過柔索和滑輪實現聯動，且動平臺上下的鉸接點關於動平臺的局部坐標系對稱且距原點距離相等；在動平臺相同鉸接位置的兩根柔索形成一個曵引循環系統，共組成兩個曳引循環系統。本發明簡化了正、逆並聯機構的計算過程，控制柔索的位移實現動平臺的擺動，使實際中計算更快、控制更加容易；滾珠直線電機能以較小的驅動力驅動柔索運動；整體平臺加有配重系統，Z軸直線電機系統的驅動力也大大減小，提高了設備的工作效率；同時，上平臺、動平臺和下平臺均中部開孔，增大了設備的擺動空間。
【專利說明】—種並聯柔索控制的空間三自由度懸吊平臺
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種並聯柔索控制的空間三自由度懸吊平臺，尤其適用於模擬船用電梯橫搖、縱搖和垂蕩空間三自由度的工況模擬。
【背景技術】
[0002]並聯機構具有:無累積誤差，精度較高；驅動裝置可置於上平臺的位置，這樣運動部分重量輕，速度高，動態響應好；結構緊湊，剛度高，承載能力大；完全對稱的並聯機構具有較好的各向同性，工作空間小等特點，在需要高剛度、高精度或者大載荷而無須很大工作空間的領域內得到廣泛應用，其出現在工業、軍事等多個個領域。
[0003]並聯機構受到運動副的約束、支鏈幹涉、奇異位形、位姿耦合等因素影響。Stewart並聯六自由搖擺臺，作為一種典型的六自由度並聯機構，能實現空間六個自由度的運動，在應用中具有重要地位。在實現過程中存在運動學正、逆解計算非常複雜，六個液壓缸運動過程中存在耦合現象，控制算法複雜、提供液壓泵站功率大，影響液壓缸協同運行工作的可靠性和穩定性，導致設備響應速度慢，動作完成時間較長；六自由度並聯機構結構複雜，設備成本高，設備的安裝與調試工作量大；六自由度並聯機構的工作空間較小。
【發明內容】
[0004]發明目的:為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種並聯柔索控制的空間三自由度懸吊平臺，其結構簡單、操控容易。
[0005]技術方案:為實現上述目的，本發明採用的技術方案為:
[0006]一種並聯柔索控制的空間三自由度懸吊平臺，包括上平臺、動平臺、下平臺、拽引系統、XY軸直線電機系統和Z軸直線電機系統；
[0007]所述上平臺和下平臺位置水平，周側通過桁架固定以保持相對位置始終不變，動平臺位於上平臺和下平臺之間；初始位置時，以上平面的形心為原點O1定義三維坐標系X1Y1Z1,以動平臺的形心為原點O2定義三維坐標系X2Y2Z2,以下平面的形心為原點O3定義三維坐標系X3Y3Z3, X1軸、X2軸和X3軸平行，Y1軸、Y2軸和Y3平行，Z1軸、Z2軸和Z3軸在同一條豎直線上，平面X1O1Y1和平面X2O2Y2的間距與平面X3O3Y3和平面X2O2Y2的間距相等；
[0008]所述上平臺包括上平臺支架，在上平臺支架上設置有XZ上滑輪導向系統、YZ上滑輪導向系統、X滾珠直線電機和Y滾珠直線電機；
[0009]所述XZ上滑輪導向系統包括第一 XZ上導向滑輪、第二 XZ上導向滑輪、第三XZ上導向滑輪、第四XZ上導向滑輪、第五XZ上導向滑輪、第六XZ上導向滑輪、第七XZ上導向滑輪和第八XZ上導向滑輪，相對Y1Z1面對稱布置；其中第一 XZ上導向滑輪和第八XZ上導向滑輪設置在上平臺支架的下表面，第二 XZ上導向滑輪、第三XZ上導向滑輪、第四XZ上導向滑輪、第五XZ上導向滑輪、第六XZ上導向滑輪和第七XZ上導向滑輪設置在上平臺支架的上表面，第一 XZ上導向滑輪、第二 XZ上導向滑輪、第七XZ上導向滑輪和第八XZ上導向滑輪的滑輪面位於豎直平面X1Z1內，第三XZ上導向滑輪、第四XZ上導向滑輪、第五XZ上導向滑輪和第六XZ上導向滑輪的滑輪面位於同一水平面內，位置布置呈G型；
[0010]所述YZ上滑輪導向系統包括第一 YZ上導向滑輪、第二 YZ上導向滑輪、第三YZ上導向滑輪、第四YZ上導向滑輪、第五YZ上導向滑輪、第六YZ上導向滑輪、第七YZ上導向滑輪和第八YZ上導向滑輪，相對X1Z1面對稱布置；其中第一 YZ上導向滑輪和第八YZ上導向滑輪設置在上平臺支架的下表面，第二 YZ上導向滑輪、第三YZ上導向滑輪、第四YZ上導向滑輪、第五YZ上導向滑輪、第六YZ上導向滑輪和第七YZ上導向滑輪設置在上平臺支架的上表面，第一 YZ上導向滑輪、第二 YZ上導向滑輪、第七YZ上導向滑輪和第八YZ上導向滑輪的滑輪面位於豎直平面Y1Z1內，第三YZ上導向滑輪、第四YZ上導向滑輪、第五YZ上導向滑輪和第六YZ上導向滑輪的滑輪面位於同一水平面內，位置布置呈G型；
[0011]所述動平臺包括運動平臺支架，在運動平臺支架的上、下表面上以原點O2為中心均均勻設置有四個球鉸，上表面按順時針方向依次記為第一上球鉸、第二上球鉸、第三上球鉸和第四上球鉸，下表面按順時針方向依次記為第一下球鉸、第二下球鉸、第三下球鉸和第四下球鉸；第一上球鉸和第一下球鉸位置相對，第二上球鉸和第二下球鉸位置相對，第三上球鉸和第三下球鉸位置相對，第四上球鉸和第四下球鉸位置相對；
[0012]所述下平臺包括下平臺支架，在下平臺支架上設置有XZ下滑輪導向系統和YZ下滑輪導向系統；
[0013]所述XZ下滑輪導向系統包括第一 XZ下導向滑輪、第二 XZ下導向滑輪、第三XZ下導向滑輪、第四XZ下導向滑輪、第五XZ下導向滑輪、第六XZ下導向滑輪、第七XZ下導向滑輪和第八XZ下導向滑輪，相對Y3Z3面對稱布置；其中第一 XZ下導向滑輪和第八XZ下導向滑輪設置在下平臺支架的上表面，第二 XZ下導向滑輪、第三XZ下導向滑輪、第四XZ下導向滑輪、第五XZ下導向滑輪、第六XZ下導向滑輪和第七XZ下導向滑輪設置在下平臺支架的下表面，第一 XZ下導向滑輪、第二 XZ下導向滑輪、第七XZ下導向滑輪和第八XZ下導向滑輪的滑輪面位於豎直平面X3Z3內，第三XZ下導向滑輪、第四XZ下導向滑輪、第五XZ下導向滑輪和第六XZ下導向滑輪的滑輪面位於同一水平面內，位置布置呈G型；
[0014]所述YZ下滑輪導向系統包括第一 YZ下導向滑輪、第二 YZ下導向滑輪、第三YZ下導向滑輪、第四YZ下導向滑輪、第五YZ下導向滑輪、第六YZ下導向滑輪、第七YZ下導向滑輪和第八YZ下導向滑輪，相對X3Z3面對稱布置；其中第一 YZ下導向滑輪和第八YZ下導向滑輪設置在下平臺支架的上表面，第二 YZ下導向滑輪、第三YZ下導向滑輪、第四YZ下導向滑輪、第五YZ下導向滑輪、第六YZ下導向滑輪和第七YZ下導向滑輪設置在下平臺支架的下表面，第一 YZ下導向滑輪、第二 YZ下導向滑輪、第七YZ下導向滑輪和第八YZ下導向滑輪的滑輪面位於豎直平面Y3Z3內，第三YZ下導向滑輪、第四YZ下導向滑輪、第五YZ下導向滑輪和第六YZ下導向滑輪的滑輪面位於同一水平面內，位置布置呈G型；
[0015]所述拽引系統包括X拽引循環系統和Y拽引循環系統，X拽引循環系統包括上平臺X拽引循環系統和下平臺X拽引循環系統，所述Y拽引循環系統包括上平臺Y拽引循環系統和下平臺Y拽引循環系統；
[0016]所述上平臺X拽引循環系統包括第二拽引柔索和XZ上滑輪導向系統，所述第二拽引柔索的一端與第一上球鉸相連，另一端依次經過第一 XZ上導向滑輪、第二 XZ上導向滑輪、第三XZ上導向滑輪、第四XZ上導向滑輪、第五XZ上導向滑輪、第六XZ上導向滑輪、第七XZ上導向滑輪和第八XZ上導向滑輪後，與第三上球鉸相連；
[0017]所述上平臺Y拽引循環系統包括第一拽引柔索和YZ上滑輪導向系統，所述第一拽引柔索的一端與第四上球鉸相連，另一端依次經過第一 YZ上導向滑輪、第二 YZ上導向滑輪、第三YZ上導向滑輪、第四YZ上導向滑輪、第五YZ上導向滑輪、第六YZ上導向滑輪、第七YZ上導向滑輪和第八YZ上導向滑輪後，與第二上球鉸相連；
[0018]在上平臺支架上開上通孔，避免上平臺支架對第二拽引柔索和第一拽引柔索的幹涉；
[0019]所述下平臺X拽引循環系統包括第四拽引柔索和XZ下滑輪導向系統，所述第四拽引柔索的一端與第一下球鉸相連，另一端依次經過第一 XZ下導向滑輪、第二 XZ下導向滑輪、第三XZ下導向滑輪、第四XZ下導向滑輪、第五XZ下導向滑輪、第六XZ下導向滑輪、第七XZ下導向滑輪和第八XZ下導向滑輪後，與第三下球鉸相連；
[0020]所述下平臺Y拽引循環系統包括第三拽引柔索和YZ下滑輪導向系統，所述第三拽引柔索的一端與第四下球鉸相連，另一端依次經過第一 YZ下導向滑輪、第二 YZ下導向滑輪、第三YZ下導向滑輪、第四YZ下導向滑輪、第五YZ下導向滑輪、第六YZ下導向滑輪、第七YZ下導向滑輪和第八YZ下導向滑輪後，與第二下球鉸相連；
[0021]在下平臺支架上開下通孔，避免下平臺支架對第四拽引柔索和第三拽引柔索的幹涉;
[0022]所述XY軸直線電機系統包括X滾珠直線電機和Y滾珠直線電機；所述X滾珠直線電機設置在第四XZ上導向滑輪和第五XZ上導向滑輪之間，對第二拽引柔索進行拽弓I;所述Y滾珠直線電機設置在第四YZ上導向滑輪和第五YZ上導向滑輪之間，對第一拽引柔索進行拽引；
[0023]所述Z軸直線電機系統包括直線電機、兩根柔索、動滑輪組、配重系統和豎直導軌機構，所述配重系統包括配重塊；所述兩根柔索的一端與上平臺連接，共同繞過動滑輪組後分開成兩路，一路與直線電機相連，另一路與配重塊相連，通過直線電機或配重塊驅動上平臺沿著豎直導軌機構往復移動。
[0024]Y拽引循環系統控制動平臺繞著局部坐標系X2O2Y2的Y2軸轉動，X拽引循環系統的控制動平臺繞著局部坐標系X2O2Y2的X2軸轉動，Z軸直線電機系統使上平臺、動平臺和下平臺沿著Z2軸移動，總體實現三自由度搖擺系統。
[0025]優選的，所述上平臺的中心開設上平臺方孔，所述動平臺的中心開設動平臺方孔方孔，所述下平臺的中心開設下平臺方孔。開方孔可以增加設備的擺動空間。
[0026]優選的，所述上平臺支架的上通孔為方孔，首先切開其中的三條邊，然後向下彎折出下翼板，同時形成上通孔，所述下翼板用於安裝位於上平臺支架下表面的導向滑輪；所述下平臺支架的下通孔為方孔，首先切開其中的三條邊，然後向上彎折出上翼板，同時形成下通孔，所述上翼板用於安裝位於下平臺支架上表面的導向滑輪。
[0027]優選的，所述導向滑輪包括A型導向滑輪和B型導向滑輪；所述A型導向滑輪包括滑輪和滑輪支架，所述滑輪安裝在滑輪支架上；所述B型導向滑輪包括A型導向滑輪和角架，滑輪支架固定在角架上。
[0028]優選的，所述第一拽引柔索、第二拽引柔索、第三拽引柔索、第四拽引柔索和柔索均為鋼絲索。
[0029]優選的，所述球鉸為球形鉸或虎克鉸。
[0030]Y拽引循環系統控制動平臺繞著局部坐標系X2O2Y2的Y2軸轉動，X拽引循環系統的控制動平臺繞著局部坐標系X2O2Y2的X2軸轉動，Z軸直線電機系統使上平臺、動平臺和下平臺沿著Z2軸移動，總體實現三自由度搖擺系統。
[0031]有益效果:本發明提供的並聯柔索控制的空間三自由度懸吊平臺，與現有技術相t匕，具有如下優點:1、採用柔索代替傳統液壓缸控制動平臺位姿，柔索形成曳引循環系統，在上平臺上設置滾珠直線電機系統驅動柔索繞著局部坐標系X1O1Y1的X1軸或者1軸一個軸向或者兩個軸向同時運動，Z直線電機系統控制整體平臺上下移動，實現Z軸移動自由度，總體實現三自由搖擺系統；2、可以將配重系統安裝在上平臺的四個角點，以減小Z直線電機的驅動力；3、具有結構簡單、工作空間大、易拆裝、可重組、模塊化程度高、負載能力強等特點；驅動裝置只要以很小的驅動力就能控制動平臺的位姿變化；4、動平臺的球鉸安裝位置關於動平臺的局部坐標系坐標軸對稱，且距離坐標原點的長度相等；全對稱的並聯機構具有較好的各向同性，Y曳引循環系統控制動平臺的局部坐標系的Y2軸轉動，X曳引循環系統控制動平臺的局部坐標系的X2軸轉動，Z直線電機控制整體平臺上下垂蕩運動；三個方向運動相互獨立，運動方程無耦合，控制系統容易設計，是一種結構簡單、而且工作空間大、價格低廉的新一代機構，具有深遠的理論意義和實際工程應用價值。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0032]圖1為本發明的立體結構示意圖；
[0033]圖2為本發明的正視結構示意圖；
[0034]圖3為本發明的俯視結構示意圖；
[0035]圖4為上平臺的正視結構示意圖；
[0036]圖5為上平臺的俯視結構示意圖；
[0037]圖6為動平臺的正視結構示意圖；
[0038]圖7為動平臺的俯視結示意圖；
[0039]圖8為B型導向滑輪的結構示意圖；
[0040]圖9為G型分布圖。
【具體實施方式】
[0041]下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。
[0042]一種並聯柔索控制的空間三自由度懸吊平臺，包括上平臺、動平臺、下平臺、拽引系統、XY軸直線電機系統和Z軸直線電機系統；柔索的一端與動平撞球鉸鉸接或虎克鉸鉸接，並有序地繞過布置在上平臺多個滑輪導向單元，另一端與動平臺在一端鉸接處相對稱的位置通過球鉸鉸接或虎克鉸鉸接。動平臺上下的鉸接點關於動平臺的局部坐標系對稱且距原點距離相等。在動平臺相同鉸接位置的兩根柔索形成一個曳引循環系統，共組成兩個曳引循環系統。曳引循環系統中的柔索在滾珠直線電機驅動系統的驅動下一定範圍內移動引起動平臺的轉動，從而實現動平臺左右、前後的兩個自由度擺動。Z直線電機系統帶動整體平臺上下運動，實現垂蕩自由度。本發明簡化了正、逆並聯機構的計算過程，控制柔索的位移實現動平臺的擺動，使實際中計算更快、控制更加容易。滾珠直線電機能以較小的驅動力驅動柔索運動；整體平臺加有配重系統，Z直線電機系統的驅動力也大大減小，提高了設備的工作效率。同時，上平臺、動平臺和下平臺均中部開孔，增大了設備的擺動空間。下面就本發明的具體實現加以說明。
[0043]如圖1、圖2、圖3所示為一種並聯柔索控制的空間三自由度懸吊平臺1，包括上平臺30、動平臺40、下平臺50、拽引系統60、XY軸直線電機系統70和Z軸直線電機系統80。
[0044]所述上平臺30和下平臺50位置水平，周側通過桁架100固定以保持相對位置始終不變，動平臺40位於上平臺30和下平臺50之間；初始位置時，以上平面30的形心為原點O1定義三維坐標系X1Y1Z1,以動平臺40的形心為原點O2定義三維坐標系X2Y2Z2,以下平面50的形心為原點O3定義三維坐標系X3Y3Z3, X1軸、X2軸和X3軸平行，Y1軸、Y2軸和Y3平行，Z1軸、Z2軸和Z3軸在同一條豎直線上，平面X1O1Y1和平面X2O2Y2的間距與平面X3O3Y3和平面X2O2Y2的間距相等。
[0045]如圖4、圖5所示，所述上平臺30包括上平臺支架31，在上平臺支架31上設置有XZ上滑輪導向系統10、YZ上滑輪導向系統20、X滾珠直線電機71和Y滾珠直線電機72。
[0046]所述XZ上滑輪導向系統10包括第一 XZ上導向滑輪11、第二 XZ上導向滑輪12、第三XZ上導向滑輪13、第四XZ上導向滑輪14、第五XZ上導向滑輪15、第六XZ上導向滑輪16、第七XZ上導向滑輪17和第八XZ上導向滑輪18，相對Y1Z1面對稱布置；其中第一 XZ上導向滑輪11和第八XZ上導向滑輪18設置在上平臺支架31的下表面，第二 XZ上導向滑輪12、第三XZ上導向滑輪13、第四XZ上導向滑輪14、第五XZ上導向滑輪15、第六XZ上導向滑輪16和第七XZ上導向滑輪17設置在上平臺支架31的上表面，第一 XZ上導向滑輪11、第二 XZ上導向滑輪12、第七XZ上導向滑輪17和第八XZ上導向滑輪18的滑輪面位於豎直平面X1Z1內，第三XZ上導向滑輪13、第四XZ上導向滑輪14、第五XZ上導向滑輪15和第六XZ上導向滑輪16的滑輪面位於同一水平面內，位置布置呈G型。
[0047]所述YZ上滑輪導向系統20包括第一 YZ上導向滑輪21、第二 YZ上導向滑輪22、第三YZ上導向滑輪23、第四YZ上導向滑輪24、第五YZ上導向滑輪25、第六YZ上導向滑輪26、第七YZ上導向滑輪27和第八YZ上導向滑輪28，相對X1Z1面對稱布置；其中第一 YZ上導向滑輪21和第八YZ上導向滑輪28設置在上平臺支架31的下表面，第二 YZ上導向滑輪22、第三YZ上導向滑輪23、第四YZ上導向滑輪24、第五YZ上導向滑輪25、第六YZ上導向滑輪26和第七YZ上導向滑輪27設置在上平臺支架31的上表面，第一 YZ上導向滑輪21、第二 YZ上導向滑輪22、第七YZ上導向滑輪27和第八YZ上導向滑輪28的滑輪面位於豎直平面Y1Z1內，第三YZ上導向滑輪23、第四YZ上導向滑輪24、第五YZ上導向滑輪25和第六YZ上導向滑輪26的滑輪面位於同一水平面內，位置布置呈G型。
[0048]如圖6、圖7所示,所述動平臺40包括運動平臺支架42,在運動平臺支架42的上、下表面上以原點O2為中心均均勻設置有四個球鉸41，上表面按順時針方向依次記為第一上球鉸、第二上球鉸、第三上球鉸和第四上球鉸，下表面按順時針方向依次記為第一下球鉸、第二下球鉸、第三下球鉸和第四下球鉸；第一上球鉸和第一下球鉸位置相對，第二上球鉸和第二下球鉸位置相對，第三上球鉸和第三下球鉸位置相對，第四上球鉸和第四下球鉸位置相對。
[0049]所述下平臺50結構設置與上平臺30相似，包括下平臺支架，在下平臺支架上設置有XZ下滑輪導向系統和YZ下滑輪導向系統。
[0050]所述XZ下滑輪導向系統包括第一 XZ下導向滑輪、第二 XZ下導向滑輪、第三XZ下導向滑輪、第四XZ下導向滑輪、第五XZ下導向滑輪、第六XZ下導向滑輪、第七XZ下導向滑輪和第八XZ下導向滑輪，相對Y3Z3面對稱布置；其中第一 XZ下導向滑輪和第八XZ下導向滑輪設置在下平臺支架的上表面，第二 XZ下導向滑輪、第三XZ下導向滑輪、第四XZ下導向滑輪、第五XZ下導向滑輪、第六XZ下導向滑輪和第七XZ下導向滑輪設置在下平臺支架的下表面，第一 XZ下導向滑輪、第二 XZ下導向滑輪、第七XZ下導向滑輪和第八XZ下導向滑輪的滑輪面位於豎直平面X3Z3內，第三XZ下導向滑輪、第四XZ下導向滑輪、第五XZ下導向滑輪和第六XZ下導向滑輪的滑輪面位於同一水平面內，位置布置呈G型。
[0051]所述YZ下滑輪導向系統包括第一 YZ下導向滑輪、第二 YZ下導向滑輪、第三YZ下導向滑輪、第四YZ下導向滑輪、第五YZ下導向滑輪、第六YZ下導向滑輪、第七YZ下導向滑輪和第八YZ下導向滑輪，相對X3Z3面對稱布置；其中第一 YZ下導向滑輪和第八YZ下導向滑輪設置在下平臺支架的上表面，第二 YZ下導向滑輪、第三YZ下導向滑輪、第四YZ下導向滑輪、第五YZ下導向滑輪、第六YZ下導向滑輪和第七YZ下導向滑輪設置在下平臺支架的下表面，第一 YZ下導向滑輪、第二 YZ下導向滑輪、第七YZ下導向滑輪和第八YZ下導向滑輪的滑輪面位於豎直平面Y3Z3內，第三YZ下導向滑輪、第四YZ下導向滑輪、第五YZ下導向滑輪和第六YZ下導向滑輪的滑輪面位於同一水平面內，位置布置呈G型。
[0052]所述拽引系統60包括X拽引循環系統9和Y拽引循環系統8, X拽引循環系統9包括上平臺X拽引循環系統和下平臺X拽引循環系統，所述Y拽引循環系統8包括上平臺Y拽引循環系統和下平臺Y拽引循環系統。
[0053]所述上平臺X拽引循環系統包括第二拽引柔索62和XZ上滑輪導向系統10，所述第二拽引柔索62的一端與第一上球鉸相連，另一端依次經過第一 XZ上導向滑輪11、第二XZ上導向滑輪12、第三XZ上導向滑輪13、第四XZ上導向滑輪14、第五XZ上導向滑輪15、第六XZ上導向滑輪16、第七XZ上導向滑輪17和第八XZ上導向滑輪18後，與第三上球鉸相連。
[0054]所述上平臺Y拽引循環系統包括第一拽引柔索61和YZ上滑輪導向系統20，所述第一拽引柔索61的一端與第四上球鉸相連，另一端依次經過第一 YZ上導向滑輪21、第二YZ上導向滑輪22、第三YZ上導向滑輪23、第四YZ上導向滑輪24、第五YZ上導向滑輪25、第六YZ上導向滑輪26、第七YZ上導向滑輪27和第八YZ上導向滑輪28後，與第二上球鉸相連。
[0055]在上平臺支架31上開上通孔312，避免上平臺支架31對第二拽引柔索62和第一拽引柔索61的幹涉。
[0056]所述下平臺X拽引循環系統包括第四拽引柔索64和XZ下滑輪導向系統，所述第四拽引柔索64的一端與第一下球鉸相連，另一端依次經過第一 XZ下導向滑輪、第二 XZ下導向滑輪、第三XZ下導向滑輪、第四XZ下導向滑輪、第五XZ下導向滑輪、第六XZ下導向滑輪、第七XZ下導向滑輪和第八XZ下導向滑輪後，與第三下球鉸相連。
[0057]所述下平臺Y拽引循環系統包括第三拽引柔索63和YZ下滑輪導向系統，所述第三拽引柔索63的一端與第四下球鉸相連，另一端依次經過第一 YZ下導向滑輪、第二 YZ下導向滑輪、第三YZ下導向滑輪、第四YZ下導向滑輪、第五YZ下導向滑輪、第六YZ下導向滑輪、第七YZ下導向滑輪和第八YZ下導向滑輪後，與第二下球鉸相連。
[0058]在下平臺支架上開下通孔，避免下平臺支架對第四拽引柔索64和第三拽引柔索63的幹涉。
[0059]所述XY軸直線電機系統70包括X滾珠直線電機71和Y滾珠直線電機72 ;所述X滾珠直線電機71設置在第四XZ上導向滑輪14和第五XZ上導向滑輪15之間，對第二拽引柔索62進行拽弓I ;所述Y滾珠直線電機72設置在第四YZ上導向滑輪24和第五YZ上導向滑輪25之間，對第一拽引柔索61進行拽引。
[0060]所述Z軸直線電機系統80包括直線電機82、兩根柔索65、動滑輪組81、配重系統90和豎直導軌機構110，所述配重系統90包括配重塊91 ;所述兩根柔索65的一端與上平臺30連接，通過繞過動滑輪組81後分開成兩路，一路與直線電機82相連，另一路與配重塊90相連，通過直線電機82或配重塊90驅動上平臺30沿著豎直導軌機構110往復移動；通過豎直導軌系統防止整個裝置在運動中的不平衡擺動，動滑輪組81安裝在上平臺30正上方的四個對應角點位置。
[0061]所述上平臺30的中心開設上平臺方孔311，所述動平臺40的中心開設動平臺方孔方孔43，所述下平臺50的中心開設下平臺方孔。
[0062]所述上平臺支架31的上通孔312為方孔，首先切開其中的三條邊，然後向下彎折出下翼板313，同時形成上通孔312，所述下翼板313用於安裝位於上平臺支架31下表面的導向滑輪；所述下平臺支架的下通孔為方孔，首先切開其中的三條邊，然後向上彎折出上翼板，同時形成下通孔，所述上翼板用於安裝位於下平臺支架上表面的導向滑輪。
[0063]如圖8所示，所述導向滑輪包括A型導向滑輪6和B型導向滑輪7 ;所述A型導向滑輪6包括滑輪4和滑輪支架3，所述滑輪4安裝在滑輪支架3上；所述B型導向滑輪7包括A型導向滑輪6和角架5，滑輪支架3固定在角架5上。
[0064]所述第一拽引柔索61、第二拽引柔索62、第三拽引柔索63、第四拽引柔索64和柔索65均為鋼絲索。
[0065]本結構中，Y拽引循環系統8中的第一拽引柔索61與X拽引循環系統9中的第二拽引柔索62作為位姿控制的控制者，第一拽引柔索61在X滾珠直線電機71的驅動下沿著X1軸一定範圍內按指定運動規律往復運動，第一拽引柔索61移動過程中造成上平臺30與動平臺40的之間的第一拽引柔索61長度不一致，引起動平臺40的左右偏擺，控制動平臺40繞著Y2軸一定角度範圍按設計要求運動規律內擺動；第二拽引柔索62在Y滾珠直線電機72的驅動下沿著Y1軸一定範圍內按指定運動規律往復運動，第二拽引柔索62移動過程中造成上平臺30與動平臺40的之間的第二拽引柔索62長度不一致，引起動平臺40的前後偏擺，控制動平臺40繞著X2軸一定角度範圍按設計要求運動規律內擺動。可在下平臺50安裝兩套柔索張緊裝置，以適應動平臺40擺動過程中第三拽引柔索63和第四拽引柔索64的長度變化響應。Z軸直線電機系統80工作，使上平臺30、動平臺40和下平臺50沿著Z2軸移動，總體實現三自由搖擺系統。
[0066]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出:對於本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種並聯柔索控制的空間三自由度懸吊平臺(I)，其特徵在於:包括上平臺(30)、動平臺(40)、下平臺(50)、拽引系統(60)、XY軸直線電機系統(70)和Z軸直線電機系統(80)； 所述上平臺(30)和下平臺(50)位置水平，周側通過桁架(100)固定以保持相對位置始終不變，動平臺(40)位於上平臺(30)和下平臺(50)之間；初始位置時，以上平面(30)的形心為原點O1定義三維坐標系X1Y1Z1,以動平臺(40)的形心為原點O2定義三維坐標系X2Y2Z2,以下平面(50)的形心為原點O3定義三維坐標系X3Y3Z3, X1軸、X2軸和X3軸平行，Y1軸、Y2軸和Y3平行，Z1軸、Z2軸和Z3軸在同一條豎直線上，平面X1O1Y1和平面X2O2Y2的間距與平面X3O3Y3和平面X2O2Y2的間距相等； 所述上平臺(30)包括上平臺支架(31)，在上平臺支架(31)上設置有XZ上滑輪導向系統(10)、YZ上滑輪導向系統(20)、X滾珠直線電機(71)和Y滾珠直線電機(72)； 所述XZ上滑輪導向系統(10)包括第一 XZ上導向滑輪(11)、第二 XZ上導向滑輪(12)、第三XZ上導向滑輪(13)、第四XZ上導向滑輪(14)、第五XZ上導向滑輪(15)、第六XZ上導向滑輪(16)、第七XZ上導向滑輪(17)和第八XZ上導向滑輪(18)，相對Y1Z1面對稱布置；其中第一 XZ上導向滑輪(11)和第八XZ上導向滑輪(18)設置在上平臺支架(31)的下表面，第二 XZ上導向滑輪(12)、第三XZ上導向滑輪(13)、第四XZ上導向滑輪(14)、第五XZ上導向滑輪(15)、第六XZ上導向滑輪(16)和第七XZ上導向滑輪(17)設置在上平臺支架(31)的上表面，第一 XZ上導向滑輪(11)、第二 XZ上導向滑輪(12)、第七XZ上導向滑輪(17)和第八XZ上導向滑輪(18)的滑輪面位於豎直平面X1Z1內，第三XZ上導向滑輪(13)、第四XZ上導向滑輪(14)、第五XZ上導向滑輪(15)和第六XZ上導向滑輪(16)的滑輪面位於同一水平面內，位置布置呈G型； 所述YZ上滑輪導向系統(20)包括第一 YZ上導向滑輪(21)、第二 YZ上導向滑輪(22)、第三YZ上導向滑輪(23)、第四YZ上導向滑輪(24)、第五YZ上導向滑輪(25)、第六YZ上導向滑輪(26)、第七YZ上導向滑輪(27)和第八YZ上導向滑輪(28)，相對X1Z1面對稱布置；其中第一 YZ上導向滑輪(21)和第八YZ上導向滑輪(28)設置在上平臺支架(31)的下表面，第二 YZ上導向滑輪(22)、第三YZ上導向滑輪(23)、第四YZ上導向滑輪(24)、第五YZ上導向滑輪(25)、第六YZ上導向滑輪(26)和第七YZ上導向滑輪(27)設置在上平臺支架(31)的上表面，第一 YZ上導向滑輪(21)、第二 YZ上導向滑輪(22)、第七YZ上導向滑輪(27)和第八YZ上導向滑輪(28)的滑輪面位於豎直平面Y1Z1內，第三YZ上導向滑輪(23)、第四YZ上導向滑輪(24)、第五YZ上導向滑輪(25)和第六YZ上導向滑輪(26)的滑輪面位於同一水平面內，位置布置呈G型； 所述動平臺(40)包括運動平臺支架(42)，在運動平臺支架(42)的上、下表面上以原點O2為中心均均勻設置有四個球鉸(41)，上表面按順時針方向依次記為第一上球鉸、第二上球鉸、第三上球鉸和第四上球鉸，下表面按順時針方向依次記為第一下球鉸、第二下球鉸、第三下球鉸和第四下球鉸；第一上球鉸和第一下球鉸位置相對，第二上球鉸和第二下球鉸位置相對，第三上球鉸和第三下球鉸位置相對，第四上球鉸和第四下球鉸位置相對； 所述下平臺(50)包括下平臺支架，在下平臺支架上設置有XZ下滑輪導向系統和YZ下滑輪導向系統； 所述XZ下滑輪導向系統包括第一 XZ下導向滑輪、第二 XZ下導向滑輪、第三XZ下導向滑輪、第四XZ下導向滑輪、第五XZ下導向滑輪、第六XZ下導向滑輪、第七XZ下導向滑輪和第八XZ下導向滑輪，相對Y3Z3面對稱布置；其中第一 XZ下導向滑輪和第八XZ下導向滑輪設置在下平臺支架的上表面，第二 XZ下導向滑輪、第三XZ下導向滑輪、第四XZ下導向滑輪、第五XZ下導向滑輪、第六XZ下導向滑輪和第七XZ下導向滑輪設置在下平臺支架的下表面，第一 XZ下導向滑輪、第二 XZ下導向滑輪、第七XZ下導向滑輪和第八XZ下導向滑輪的滑輪面位於豎直平面X3Z3內，第三XZ下導向滑輪、第四XZ下導向滑輪、第五XZ下導向滑輪和第六XZ下導向滑輪的滑輪面位於同一水平面內，位置布置呈G型； 所述YZ下滑輪導向系統包括第一 YZ下導向滑輪、第二 YZ下導向滑輪、第三YZ下導向滑輪、第四YZ下導向滑輪、第五YZ下導向滑輪、第六YZ下導向滑輪、第七YZ下導向滑輪和第八YZ下導向滑輪，相對X3Z3面對稱布置；其中第一 YZ下導向滑輪和第八YZ下導向滑輪設置在下平臺支架的上表面，第二 YZ下導向滑輪、第三YZ下導向滑輪、第四YZ下導向滑輪、第五YZ下導向滑輪、第六YZ下導向滑輪和第七YZ下導向滑輪設置在下平臺支架的下表面，第一 YZ下導向滑輪、第二 YZ下導向滑輪、第七YZ下導向滑輪和第八YZ下導向滑輪的滑輪面位於豎直平面Y3Z3內，第三YZ下導向滑輪、第四YZ下導向滑輪、第五YZ下導向滑輪和第六YZ下導向滑輪的滑輪面位於同一水平面內，位置布置呈G型； 所述拽引系統(60)包括X拽引循環系統(9)和Y拽引循環系統(8), X拽引循環系統(9)包括上平臺X拽引循環系統和下平臺X拽引循環系統，所述Y拽引循環系統(8)包括上平臺Y拽引循環系統和下平臺Y拽引循環系統； 所述上平臺X拽引循環系統包括第二拽引柔索(62)和XZ上滑輪導向系統(10)，所述第二拽引柔索￠2)的一端與第一上球鉸相連，另一端依次經過第一XZ上導向滑輪(11)、第二 XZ上導向滑輪(12)、第三XZ上導向滑輪(13)、第四XZ上導向滑輪(14)、第五XZ上導向滑輪(15)、第六XZ上導向滑輪(16)、第七XZ上導向滑輪(17)和第八XZ上導向滑輪(18)後，與第三上球鉸相連； 所述上平臺Y拽引循環系統包括第一拽引柔索￠1)和YZ上滑輪導向系統(20)，所述第一拽引柔索￠1)的一端與第四上球鉸相連，另一端依次經過第一YZ上導向滑輪(21)、第二 YZ上導向滑輪(22)、第三YZ上導向滑輪(23)、第四YZ上導向滑輪(24)、第五YZ上導向滑輪(25)、第六YZ上導向滑輪(26)、第七YZ上導向滑輪(27)和第八YZ上導向滑輪(28)後，與第二上球鉸相連； 在上平臺支架(31)上開上通孔(312)，避免上平臺支架(31)對第二拽引柔索￠2)和第一拽引柔索￠1)的幹涉； 所述下平臺X拽引循環系統包括第四拽引柔索￠4)和XZ下滑輪導向系統，所述第四拽引柔索￠4)的一端與第一下球鉸相連，另一端依次經過第一 XZ下導向滑輪、第二 XZ下導向滑輪、第三XZ下導向滑輪、第四XZ下導向滑輪、第五XZ下導向滑輪、第六XZ下導向滑輪、第七XZ下導向滑輪和第八XZ下導向滑輪後，與第三下球鉸相連； 所述下平臺Y拽引循環系統包括第三拽引柔索￠3)和YZ下滑輪導向系統，所述第三拽引柔索￠3)的一端與第四下球鉸相連，另一端依次經過第一 YZ下導向滑輪、第二 YZ下導向滑輪、第三YZ下導向滑輪、第四YZ下導向滑輪、第五YZ下導向滑輪、第六YZ下導向滑輪、第七YZ下導向滑輪和第八YZ下導向滑輪後，與第二下球鉸相連； 在下平臺支架上開下通孔，避免下平臺支架對第四拽引柔索￠4)和第三拽引柔索(63)的幹涉； 所述XY軸直線電機系統(70)包括X滾珠直線電機(71)和Y滾珠直線電機(72);所述X滾珠直線電機(71)設置在第四XZ上導向滑輪(14)和第五XZ上導向滑輪(15)之間，對第二拽引柔索(62)進行拽引；所述Y滾珠直線電機(72)設置在第四YZ上導向滑輪(24)和第五YZ上導向滑輪(25)之間，對第一拽引柔索￠1)進行拽引； 所述Z軸直線電機系統(80)包括直線電機(82)、兩根柔索(65)、動滑輪組(81)、配重系統(90)和豎直導軌機構(110)，所述配重系統(90)包括配重塊(91);所述兩根柔索(65)的一端與上平臺(30)連接，共同繞過動滑輪組(81)後分開成兩路，一根與直線電機(82)相連，另一根與配重塊(90)相連，通過直線電機(82)或配重塊(90)驅動上平臺(30)沿著豎直導軌機構(110)往復移動。
2.根據權利要求1所述的並聯柔索控制的空間三自由度懸吊平臺(I)，其特徵在於:所述上平臺(30)的中心開設上平臺方孔(311)，所述動平臺(40)的中心開設動平臺方孔方孔(43)，所述下平臺(50)的中心開設下平臺方孔。
3.根據權利要求1所述的並聯柔索控制的空間三自由度懸吊平臺(I)，其特徵在於:所述上平臺支架(31)的上通孔(312)為方孔，首先切開其中的三條邊，然後向下彎折出下翼板(313)，同時形成上通孔(312)，所述下翼板(313)用於安裝位於上平臺支架(31)下表面的導向滑輪；所述下平臺支架的下通孔為方孔，首先切開其中的三條邊，然後向上彎折出上翼板，同時形成下通孔，所述上翼板用於安裝位於下平臺支架上表面的導向滑輪。
4.根據權利要求1所述的並聯柔索控制的空間三自由度懸吊平臺(1)，其特徵在於:所述導向滑輪包括A型導向滑輪(6)和B型導向滑輪(7);所述A型導向滑輪(6)包括滑輪(4)和滑輪支架(3)，所述滑輪(4)安裝在滑輪支架(3)上；所述B型導向滑輪(7)包括A型導向滑輪(6)和角架(5)，滑輪支架(3)固定在角架(5)上。
5.根據權利要求1所述的並聯柔索控制的空間三自由度懸吊平臺(1)，其特徵在於:所述第一拽引柔索(61)、第二拽引柔索(62)、第三拽引柔索(63)、第四拽引柔索￠4)和柔索(65)均為鋼絲索。
【文檔編號】B63B9/00GK104149931SQ201410315876
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月3日 優先權日:2014年7月3日
【發明者】曹國華, 王乃格, 朱真才, 彭維紅, 劉善增, 盧昊, 王彥棟, 王進傑 申請人:中國礦業大學