一種基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)的三自由度搖擺臺(tái)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于運(yùn)動(dòng)模擬設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)的大負(fù)載三自由度搖擺臺(tái)。
【背景技術(shù)】
[0002]并聯(lián)機(jī)構(gòu)的研宄可追溯到20世紀(jì)40年代，近幾十年來，隨著對(duì)其研宄的不斷深入，并聯(lián)機(jī)構(gòu)越來越廣泛的應(yīng)用于飛行模擬、車輛道路模擬、航空航海設(shè)備搖擺模擬、機(jī)器人、并聯(lián)機(jī)床、空間對(duì)接技術(shù)等領(lǐng)域，其中最著名的就是Stewart六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。但是，在很多情況下，模擬并不需要六自由度運(yùn)動(dòng)，比如模擬艦船在海上搖擺運(yùn)動(dòng)時(shí)，往往只需要三到四個(gè)自由度便可以滿足要求，此時(shí)采用六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)便存在一定的浪費(fèi)。自由度為2?5之間的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，稱為少自由度機(jī)構(gòu)。相對(duì)于六自由度并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，少自由度機(jī)構(gòu)由于部分自由度被約束，所以其驅(qū)動(dòng)元件也相應(yīng)減少，但是其部分自由度的約束，需要設(shè)計(jì)專門的機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。目前，對(duì)于少自由度機(jī)構(gòu)的研宄還不是很深入，它具有若干自由度，但存在的這幾個(gè)自由度也有可能不是原來純自由體時(shí)的絕對(duì)完全的自由度，而是具有一定限制的相對(duì)的自由度，即不完全自由度。另外，對(duì)于一些超大負(fù)載場(chǎng)合，需要機(jī)構(gòu)具有很大的承載能力。因此，少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)不同的結(jié)構(gòu)，決定了其工作空間、承載能力和約束能力等重要技術(shù)指標(biāo)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型要解決的問題是一種基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)的三自由度搖擺臺(tái)用于運(yùn)動(dòng)模擬，該搖擺臺(tái)具有承載能力強(qiáng)、工作空間大等特點(diǎn)，尤其適合于結(jié)構(gòu)尺寸和重量都很大的超大負(fù)載的運(yùn)動(dòng)模擬試驗(yàn)。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:一種基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)的三自由度搖擺臺(tái)，所述搖擺臺(tái)基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括定平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)、以及連接這兩個(gè)平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)分支機(jī)構(gòu)和靜力平衡裝置；
[0005]所述驅(qū)動(dòng)分支機(jī)構(gòu)為三個(gè)，其結(jié)構(gòu)相同、均勻?qū)ΨQ布置在定平臺(tái)與動(dòng)平臺(tái)間，通過聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)的橫搖、縱搖和升降運(yùn)動(dòng)；
[0006]所述靜力平衡裝置設(shè)置在三個(gè)驅(qū)動(dòng)分支機(jī)構(gòu)的中心，同時(shí)連接定平臺(tái)與動(dòng)平臺(tái)的中心，用于平衡動(dòng)平臺(tái)和負(fù)載部分重力。
[0007]進(jìn)一步，所述驅(qū)動(dòng)分支機(jī)構(gòu)為PRRRRS構(gòu)型的平面五連桿機(jī)構(gòu)；所述平面五連桿機(jī)構(gòu)包括一直線作動(dòng)器構(gòu)成的第一移動(dòng)副；所述直線作動(dòng)器的固定端通過第一轉(zhuǎn)動(dòng)副與定平臺(tái)連接，所述直線作動(dòng)器的活動(dòng)端通過第二轉(zhuǎn)動(dòng)副與一上折頁中部連接，所述上折頁上端通過第一球面副與動(dòng)平臺(tái)連接，下端通過第三轉(zhuǎn)動(dòng)副與一下折頁上端連接，所述下折頁下端通過第四轉(zhuǎn)動(dòng)副固定于定平臺(tái)上。
[0008]優(yōu)選的，所述直線作動(dòng)器為液壓缸。
[0009]進(jìn)一步，為了降低功率消耗，減小驅(qū)動(dòng)作動(dòng)器的出力，設(shè)置的所述靜力平衡裝置包括靜力平衡液壓缸和蓄能器；所述靜力平衡液壓缸的缸筒和活塞桿之間形成第二移動(dòng)副，所述缸筒通過第二球面副固定在定平臺(tái)上，活塞桿通過第三球面副與動(dòng)平臺(tái)連接；所述靜力平衡液壓缸的下腔與所述蓄能器相連，通過蓄能器的壓力驅(qū)動(dòng)靜力平衡液壓缸的活塞產(chǎn)生的力來平衡動(dòng)平臺(tái)和負(fù)載的部分重力。
[0010]靜力平衡液壓缸在搖擺臺(tái)工作過程中進(jìn)行隨動(dòng)運(yùn)動(dòng)，并未參與搖擺臺(tái)的運(yùn)動(dòng)控制。
[0011]本實(shí)用新型具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:(I)結(jié)構(gòu)相同的三個(gè)并聯(lián)的驅(qū)動(dòng)分支結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠；(2)本實(shí)用新型搖擺平臺(tái)工作空間大，不易產(chǎn)生奇異位形；(3)可實(shí)現(xiàn)橫搖、縱搖兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度運(yùn)動(dòng)和一個(gè)直線升降自由度的運(yùn)動(dòng)；(4)三個(gè)受限制自由度的約束，通過上折頁和下折頁結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，既可提高其承載能力，又可降低功率消耗，同時(shí)保證了設(shè)備的安全性；(5)靜力平衡裝置進(jìn)一步提高了其承載能力，降低了功率消耗。
【附圖說明】
[0012]圖1是本實(shí)用新型搖擺臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖
[0013]圖2是本實(shí)用新型搖擺臺(tái)繞X軸橫搖的運(yùn)動(dòng)示意圖
[0014]圖3是本實(shí)用新型搖擺臺(tái)繞Y軸縱搖的運(yùn)動(dòng)示意圖
[0015]圖4是本實(shí)用新型搖擺臺(tái)繞Z軸橫搖的運(yùn)動(dòng)示意圖
[0016]圖中:
[0017]1、定平臺(tái)；2、下折頁；3、缸筒；4、活塞桿；5、上折頁；6、動(dòng)平臺(tái)；7、靜力平衡液壓缸；8、蓄能器；P、第一移動(dòng)副；R1、第一轉(zhuǎn)動(dòng)副；R2、第二轉(zhuǎn)動(dòng)副；R3、第三轉(zhuǎn)動(dòng)副；R4、第四轉(zhuǎn)動(dòng)副；S、第一球面副。
【具體實(shí)施方式】
[0018]如圖1所示，一種基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)的三自由度搖擺臺(tái)，搖擺臺(tái)基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括定平臺(tái)1、動(dòng)平臺(tái)6、以及連接這兩個(gè)平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)分支機(jī)構(gòu)和靜力平衡裝置。
[0019]驅(qū)動(dòng)分支機(jī)構(gòu)為三個(gè)，其結(jié)構(gòu)相同、均勻?qū)ΨQ布置在定平臺(tái)I與動(dòng)平臺(tái)6間，通過聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)6的橫搖、縱搖和升降運(yùn)動(dòng)。
[0020]靜力平衡裝置設(shè)置在三個(gè)驅(qū)動(dòng)分支機(jī)構(gòu)的中心，同時(shí)連接定平臺(tái)I與動(dòng)平臺(tái)6的中心，用于平衡動(dòng)平臺(tái)6和負(fù)載部分重力。
[0021]驅(qū)動(dòng)分支機(jī)構(gòu)為PRRRRS構(gòu)型的平面五連桿機(jī)構(gòu)；平面五連桿機(jī)構(gòu)包括一直線作動(dòng)器構(gòu)成的第一移動(dòng)副P ;直線作動(dòng)器為液壓缸，液壓缸的缸筒3通過第一轉(zhuǎn)動(dòng)副Rl與定平臺(tái)I連接，液壓缸的活塞桿4通過第二轉(zhuǎn)動(dòng)副R2與一上折頁5中部連接，上折頁5上端通過第一球面副S與動(dòng)平臺(tái)6連接，下端通過第三轉(zhuǎn)動(dòng)副R3與一下折頁2上端連接，下折頁2下端通過第四轉(zhuǎn)動(dòng)副R4固定于定平臺(tái)I上。
[0022]靜力平衡裝置包括靜力平衡液壓缸7和蓄能器8 ;靜力平衡液壓缸7的缸筒和活塞桿之間形成第二移動(dòng)副，缸筒通過第二球面副固定在定平臺(tái)I上，活塞桿通過第三球面副與動(dòng)平臺(tái)6連接；靜力平衡液壓缸7的下腔與所述蓄能器8相連，通過蓄能器8的壓力驅(qū)動(dòng)靜力平衡液壓缸7的活塞產(chǎn)生的力來平衡動(dòng)平臺(tái)和負(fù)載的部分重力。蓄能器8有三個(gè)，平均分布在靜力平衡液壓缸7的周圍。靜力平衡液壓缸7在搖擺臺(tái)工作過程中進(jìn)行隨動(dòng)運(yùn)動(dòng)，并未參與搖擺臺(tái)的運(yùn)動(dòng)控制。
[0023]圖2為三自由度搖擺臺(tái)繞X軸橫搖運(yùn)動(dòng)示意圖。橫搖時(shí)，中間的驅(qū)動(dòng)分支機(jī)構(gòu)不動(dòng)，兩側(cè)驅(qū)動(dòng)分支機(jī)構(gòu)進(jìn)行差動(dòng)運(yùn)動(dòng)(一個(gè)伸出，一個(gè)縮回)。
[0024]圖3為三自由度搖擺臺(tái)繞Y軸縱搖運(yùn)動(dòng)示意圖?？v搖時(shí)，兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)分支機(jī)構(gòu)同步運(yùn)動(dòng)，并與中間的驅(qū)動(dòng)分支機(jī)構(gòu)進(jìn)行差動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
[0025]圖4為三自由度搖擺臺(tái)沿Z軸升降運(yùn)動(dòng)示意圖。升降時(shí)，三個(gè)驅(qū)動(dòng)分支機(jī)構(gòu)同時(shí)進(jìn)行同步運(yùn)動(dòng)。
[0026]以上對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說明，但所述內(nèi)容僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，不能被認(rèn)為用于限定本實(shí)用新型的實(shí)施范圍。凡依本實(shí)用新型范圍所作的均等變化與改進(jìn)等，均應(yīng)仍歸屬于本專利涵蓋范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)的三自由度搖擺臺(tái)，所述搖擺臺(tái)基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于:包括定平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)、以及連接這兩個(gè)平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)分支機(jī)構(gòu)和靜力平衡裝置； 所述驅(qū)動(dòng)分支機(jī)構(gòu)為三個(gè)，其結(jié)構(gòu)相同、均勻?qū)ΨQ布置在定平臺(tái)與動(dòng)平臺(tái)間，通過聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)的橫搖、縱搖和升降運(yùn)動(dòng)； 所述靜力平衡裝置設(shè)置在三個(gè)驅(qū)動(dòng)分支機(jī)構(gòu)的中心，同時(shí)連接定平臺(tái)與動(dòng)平臺(tái)的中心，用于平衡動(dòng)平臺(tái)和負(fù)載部分重力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三自由度搖擺臺(tái)，其特征在于:所述驅(qū)動(dòng)分支機(jī)構(gòu)為平面五連桿機(jī)構(gòu)；所述平面五連桿機(jī)構(gòu)包括一直線作動(dòng)器構(gòu)成的第一移動(dòng)副；所述直線作動(dòng)器的固定端通過第一轉(zhuǎn)動(dòng)副與定平臺(tái)連接，所述直線作動(dòng)器的活動(dòng)端通過第二轉(zhuǎn)動(dòng)副與一上折頁中部連接，所述上折頁上端通過第一球面副與動(dòng)平臺(tái)連接，下端通過第三轉(zhuǎn)動(dòng)副與一下折頁上端連接，所述下折頁下端通過第四轉(zhuǎn)動(dòng)副固定于定平臺(tái)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三自由度搖擺臺(tái)，其特征在于:所述直線作動(dòng)器為液壓缸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三自由度搖擺臺(tái)，其特征在于:所述靜力平衡裝置包括靜力平衡液壓缸和蓄能器；所述靜力平衡液壓缸的缸筒和活塞桿之間形成第二移動(dòng)副，所述缸筒通過第二球面副固定在定平臺(tái)上，活塞桿通過第三球面副與動(dòng)平臺(tái)連接；所述靜力平衡液壓缸的下腔與所述蓄能器相連。
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)的三自由度搖擺臺(tái)，搖擺臺(tái)基于并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括定平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)、以及連接這兩個(gè)平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)分支機(jī)構(gòu)和靜力平衡裝置；驅(qū)動(dòng)分支機(jī)構(gòu)為三個(gè)，其結(jié)構(gòu)相同、均勻?qū)ΨQ布置在定平臺(tái)與動(dòng)平臺(tái)間，通過聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)的橫搖、縱搖和升降運(yùn)動(dòng)；靜力平衡裝置設(shè)置在三個(gè)驅(qū)動(dòng)分支機(jī)構(gòu)的中心，同時(shí)連接定平臺(tái)與動(dòng)平臺(tái)的中心，用于平衡動(dòng)平臺(tái)和負(fù)載部分重力。該搖擺臺(tái)具有承載能力強(qiáng)、工作空間大等特點(diǎn)，尤其適合于結(jié)構(gòu)尺寸和重量都很大的超大負(fù)載的運(yùn)動(dòng)模擬試驗(yàn)。
【IPC分類】B25J9-00
【公開號(hào)】CN204525441
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420858667
【發(fā)明人】不公告發(fā)明人
【申請(qǐng)人】天津福云天翼科技有限公司
【公開日】2015年8月5日
【申請(qǐng)日】2014年12月30日