專利名稱：一種三自由度靜載平衡并聯(lián)運(yùn)動模擬臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種并聯(lián)機(jī)構(gòu)，特別涉及一種并聯(lián)運(yùn)動模擬臺。
背景技術(shù)：
隨著機(jī)構(gòu)學(xué)及地面運(yùn)動模擬仿真技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，很多太空、空中及海洋中的實(shí)驗(yàn)、訓(xùn)練都改在陸地上進(jìn)行，地面實(shí)驗(yàn)安全可靠又節(jié)省資金。而作為運(yùn)動模擬器的通常是具有剛度大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，承載能力強(qiáng)，精度高，運(yùn)動慣性小，正解困難而反解容易等優(yōu)點(diǎn)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)。由于具有如上所述特點(diǎn)，并聯(lián)運(yùn)動模擬平臺適用于飛機(jī)、艦船、汽車等的運(yùn)動模擬。 目前并聯(lián)運(yùn)動模擬器絕大多數(shù)有六個自由度，其制造成本高、控制技術(shù)高。大負(fù)載的并聯(lián)機(jī)構(gòu)一般用液壓缸，成本高、不易維護(hù)，且許多實(shí)驗(yàn)不需要6個自由度，因此自由度數(shù)少于6的電機(jī)驅(qū)動運(yùn)動模擬臺成為了目前機(jī)器人領(lǐng)域研發(fā)的熱點(diǎn)。由于電動缸較液壓缸承載能力小，因此提高電機(jī)驅(qū)動的少自由并聯(lián)機(jī)器人的承載能力成為拓展少自由度并聯(lián)機(jī)器人應(yīng)用范圍的一個關(guān)鍵問題。專利CN00105935. I提出了一種四自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)有四條分支具有兩轉(zhuǎn)動、兩個移動，承載能力較低；專利CN201110156285.4提出一種混合輸入的空間三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)高速運(yùn)動，減小機(jī)構(gòu)運(yùn)動慣性，但不能平衡負(fù)載重量；專利CN200910092230.4提出了一種用于姿態(tài)調(diào)整的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，該發(fā)明可實(shí)現(xiàn)三維轉(zhuǎn)動，機(jī)構(gòu)簡單，運(yùn)動學(xué)解耦，但不適用于較大載荷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種承載能力強(qiáng)、由電動缸驅(qū)動、可實(shí)現(xiàn)空間三個方向轉(zhuǎn)動的三自由度靜載平衡并聯(lián)運(yùn)動模擬臺。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
本發(fā)明主要包括動平臺、定平臺以及連接動平臺和定平臺的五條分支，其中分布在周圍的為四條結(jié)構(gòu)完全相同的UPS驅(qū)動分支，另一條為CU中間承載約束分支。四條UPS驅(qū)動分支均由第一萬向鉸、電動缸和球鉸組成，電動缸的尾部與第一萬向鉸連接，電動缸的伸縮桿與球鉸連接；各條驅(qū)動分支的第一萬向鉸均與定平臺相連，四個第一萬向鉸中心在定平臺上呈等腰梯形布置；各條驅(qū)動分支的球鉸與動平臺相連，球鉸中心在動平臺上成正方形布置。CU中間承載約束分支位于動平臺與定平臺中心連線上，該中間分支由支撐架、帶有彈簧的圓柱副和第二萬向鉸組成。第二萬向鉸的一端與動平臺相連，其另一端與帶有彈簧的圓柱副連接，彈簧設(shè)在該圓柱副的內(nèi)部，在該圓柱副的外側(cè)設(shè)有支撐套管，支撐架的一端與上述支撐套管固連，該支撐架的四條支腿與定平臺固連，在上述支撐套管的上端與圓柱副之間設(shè)有擋環(huán)。上述第二萬向鉸中心與動平臺中心連線垂直于動平臺。處于工作位置空載時，圓柱副內(nèi)的彈簧處于壓縮狀態(tài)，其彈簧反力除抵消動平臺自重外，還給動平臺向上的推力，使動平臺給四個驅(qū)動分支預(yù)拉力；當(dāng)動平臺承載時，圓柱副內(nèi)的彈簧仍處于壓縮狀態(tài)，其彈簧反力平衡動平臺及負(fù)載鉛垂方向的靜載荷，相應(yīng)驅(qū)動分支預(yù)拉力減小，并通過Z軸方向移動量改變彈簧壓縮量，控制驅(qū)動分支預(yù)拉力大小，用以平衡不同重量的負(fù)載。四個驅(qū)動分支驅(qū)動動平臺繞X、Y、Z軸轉(zhuǎn)動，含有冗余驅(qū)動，克服奇異位形。上述帶有彈簧的圓柱副也可以用液壓缸或氣缸替代，上述第二萬向鉸的一端與動平臺相連，其另一端與液壓缸或氣缸的活塞桿一端相連，上述支撐套管設(shè)在液壓缸或氣缸外側(cè)，支撐架的一端與上述支撐套管固連，該支撐架的四條支腿與定平臺固連。處于工作位置空載時，進(jìn)油口或進(jìn)氣口進(jìn)油或進(jìn)氣，給 一定垂直活塞向上的力，液壓缸或氣缸的活塞桿抬起，除抵消動平臺自重外，還給動平臺向上的推力，使動平臺給四個驅(qū)動分支預(yù)拉力；當(dāng)動平臺承載時，進(jìn)油口或進(jìn)氣口的油壓或氣壓增大，垂直活塞向上的力增大，液壓缸或氣缸的活塞桿抬起，平衡動平臺及負(fù)載鉛垂方向的靜載荷，并通過Z軸方向移動量控制油壓或氣壓的大小，用以平衡不同重量的負(fù)載。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)
I、機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，占用體積小，工作空間大，可實(shí)現(xiàn)三維轉(zhuǎn)動。2、存在冗余驅(qū)動，克服奇異位形，中間分支中的移動副帶有剛度較大的彈簧或采用油缸或氣缸，通過中間分支能夠起到平衡靜載荷，以達(dá)到最大限度增加平臺負(fù)載能力、減小驅(qū)動電機(jī)扭矩和功率的作用。3、本發(fā)明為電動缸驅(qū)動，在其工作空間內(nèi)性能穩(wěn)定，在承受負(fù)載時仍具有較高的動態(tài)響應(yīng)，易于安裝和維護(hù)；
4、三個自由度，易于控制，在很多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。


圖I為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意簡圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例I的中間分支的結(jié)構(gòu)示意簡圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例2的中間分支的結(jié)構(gòu)示意簡圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I
在圖I所示的三自由度靜載平衡并聯(lián)運(yùn)動模擬臺結(jié)構(gòu)示意簡圖中，四條結(jié)構(gòu)完全相同的UPS驅(qū)動分支均由第一萬向鉸4、電動缸3和球鉸2組成，電動缸的尾部與第一萬向鉸連接，電動缸的伸縮桿與球鉸連接；各條驅(qū)動分支的第一萬向鉸均與定平臺5相連，四個第一萬向鉸中心在定平臺上呈等腰梯形布置；各條驅(qū)動分支的球鉸與動平臺I相連，球鉸中心在動平臺上成正方形布置。CU中間承載約束分支位于動平臺與定平臺中心連線上，該中間承載約束分支由支撐架6、帶有彈簧的圓柱副7和第二萬向鉸8組成。第二萬向鉸的一端與動平臺相連，其另一端與帶有彈簧的圓柱副連接。如圖2所示，彈簧10設(shè)在該圓柱副的中間，在該圓柱副的外側(cè)設(shè)有支撐套管11，支撐架的一端與上述支撐套管固連，該支撐架的四條支腿與定平臺固連，在上述支撐套管的上端與圓柱副之間設(shè)有擋環(huán)9。上述第二萬向鉸中心與動平臺中心連線垂直于動平臺。實(shí)施例2
如圖3所示，中間承載約束分支的液壓缸或氣缸12的活塞桿與第二萬向鉸的一端連接，在液壓缸或氣缸的底部設(shè)進(jìn)油口或進(jìn)氣口 14，在液壓缸或氣缸的上部設(shè)出油口或出氣口 13，支撐架的一端與上述液壓缸或氣缸固連，該支撐架的四條支腿與定平臺固連。其它部件和機(jī)構(gòu)以及連接關(guān)系與實(shí)施例 I相同。
權(quán)利要求
1.一種三自由度靜載平衡并聯(lián)運(yùn)動模擬臺，包括動平臺、定平臺以及連接動平臺和定平臺的五條分支，其中分布在周圍的為四條結(jié)構(gòu)完全相同的UPS驅(qū)動分支，另一條為CU中間承載約束分支，其特征在于四條UPS驅(qū)動分支均由第一萬向鉸、電動缸和球鉸組成，電動缸的尾部與第一萬向鉸連接，電動缸的伸縮桿與球鉸連接；各條驅(qū)動分支的第一萬向鉸均與定平臺相連，四個第一萬向鉸中心在定平臺上呈等腰梯形布置；各條驅(qū)動分支的球鉸與動平臺相連，球鉸中心在動平臺上成正方形布置；cu中間承載約束分支位于動平臺與定平臺中心連線上，該中間分支由支撐架、帶有彈簧的圓柱副和第二萬向鉸組成，第二萬向鉸的一端與動平臺相連，其另一端與帶有彈簧的圓柱副連接，彈簧設(shè)在該圓柱副內(nèi)，在該圓柱副的外側(cè)設(shè)有支撐套管，支撐架的一端與上述支撐套管固連，該支撐架的四條支腿與定平臺固連，在上述支撐套管的上端與圓柱副之間設(shè)有擋環(huán)，上述第二萬向鉸中心與動平臺中心連線垂直于動平臺。
2.一種三自由度靜載平衡并聯(lián)運(yùn)動模擬臺，包括動平臺、定平臺以及連接動平臺和定 平臺的五條分支，其中分布在周圍的為四條結(jié)構(gòu)完全相同的UPS驅(qū)動分支，另一條為CU中 間承載約束分支，其特征在于四條UPS驅(qū)動分支均由第一萬向鉸、電動缸和球鉸組成，電動缸的尾部與第一萬向鉸連接，電動缸的伸縮桿與球鉸連接；各條驅(qū)動分支的第一萬向鉸均與定平臺相連，四個第一萬向鉸中心在定平臺上呈等腰梯形布置；各條驅(qū)動分支的球鉸與動平臺相連，球鉸中心在動平臺上成正方形布置；cu中間承載約束分支位于動平臺與定平臺中心連線上，該中間分支由支撐架、液壓缸或氣缸和第二萬向鉸組成，上述第二萬向鉸的一端與動平臺相連，其另一端與液壓缸或氣缸的活塞桿一端相連，支撐架的一端與上述液壓缸或氣缸固連，該支撐架的四條支腿與定平臺固連。
全文摘要
一種三自由度靜載平衡并聯(lián)運(yùn)動模擬臺，主要包括動平臺、定平臺以及連接動平臺和定平臺的五條分支,其中分布在周圍的為四條結(jié)構(gòu)相同的驅(qū)動分支，另一條為中間承載約束分支。四條驅(qū)動分支均由第一萬向鉸、電動缸和球鉸組成，第一萬向鉸固連在定平臺上，呈等腰梯形分布；球鉸固連在動平臺上，呈正方形分布；中間承載約束分支位于動平臺與定平臺中心連線上，其第二萬向鉸一端與動平臺相連，另一端與帶有彈簧的圓柱副連接，在該圓柱副的外側(cè)設(shè)有支撐套管，支撐架的一端與支撐套管固連，其四條支腿與定平臺固連，支撐套管的上端與圓柱副之間設(shè)有擋環(huán)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，占用體積小，承載大，易于安裝和維護(hù)。
文檔編號G09B9/00GK102819972SQ20121028778
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月14日
發(fā)明者趙鐵石, 苑飛虎, 潘秋月, 陳偉偉 申請人:燕山大學(xué)