CN101648686B - 一种具有六个运动自由度的平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种控制平台自由升降、平移、翻转的装置，具体涉及一种具有六个运动自由度的平台，该平台为框架结构上表面设有面板，该平台至少与六个驱动部件铰接；六个驱动部件中的三个为举升驱动部件，举升驱动部件呈三角形设置在平台的下面，在举升驱动部件的两端分别设置有万向节式铰链；所述六个驱动部件中的另三个为平移驱动部件，平移驱动部件两端设置有关节轴承式铰链；举升驱动部件用于驱动平台沿Z轴方向移动，和/或绕X轴摆动，和/或绕Y轴摆动；平移驱动部件用于驱动平台沿X轴和/或Y轴方向移动，和/或绕Z轴摆动。该平台可控制平台在六个自由度中任意移动和/或转动，还具有体积小，运行灵活，承载能力强，易于拼装、拆卸等特点。

Description

一种具有六个运动自由度的平台

技术领域

本发明涉及一种控制平台自由升降、平移、翻转的装置，具体涉及一种具有六个运动自由度的平台。

背景技术

在现有技术中，定位平台的移动大多是利用丝杠来驱动。用丝杠来控制时，为了实现多个自由度的运动，需要由较多层的丝杠，丝杠之间层叠设置，采用这种技术所制成的平台底部高度过高，不利于仪器、设备的装载；若平台需要升降和/或平移时，就要通过丝杠的运作来实现，这种平台只适用于中小型载荷，而且这种平台的传动比小，功率低，且操作复杂，还需要人工的辅助，不便于在工程中的使用；更不能实现平台的倾斜侧翻，对于装卸工程完成后平台的拆装也是较大的难题。因此，有必要对现有平台的驱动机构，以及传动的方式进行改进。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，设计一种具有六个运动自由度的平台。该平台可通过操作台或计算机系统控制平台在六个自由度中任意移动和/或转动，该平台还具有体积小，运行灵活，承载能力强，易于拼装、拆卸等特点。

为实现上述目的，本发明的技术方案是采用一种具有六个运动自由度的平台，其特征在于，所述平台为框架式平台，所述平台为矩形平台，所述矩形平台分为上下两层，所述框架包括相互拼接在一起的若干根横梁与纵梁，所述面板铺设在所述横梁与纵梁的上面，在所述平台的周边设置有边框，所述平台在所述边框内移动，在所述框架的上表面设置有面板，所述框架和/或面板的下端至少与六个驱动部件相铰接；所述六个驱动部件中的三个为举升驱动部件，所述举升驱动部件的上端与所述平台铰接，所述举升驱动部件的下端与机架铰接，所述举升驱动部件呈三角形设置在所述平台的下面，在所述举升驱动部件的两端分别设置有万向节式铰链；所述六个驱动部件中的另三个为平移驱动部件，所述平移驱动部件的一端在所述面板的下端与所述平台平行或倾斜铰接，所述平移驱动部件的另一端与机架铰接，在所述平移驱动部件两端设置有关节轴承式铰链；所述举升驱动部件用于驱动所述平台沿直角坐标系中的Z轴方向移动，和/或绕直角坐标系中的X轴摆动，和/或绕直角坐标系中的Y轴摆动；所述平移驱动部件用于驱动所述平台沿直角坐标系中的X轴和/或Y轴方向移动，和/或绕直角坐标系中的Z轴摆动；所述驱动部件为相互配合的活塞杆与缸体，所述活塞杆与缸体通过缸体内气体或液体的流入与流出产生相对运动；若以所述活塞杆为驱动部件，所述活塞杆的端部通过铰链与所述平台铰接，所述缸体通过铰链与所述机架相铰接；若以所述缸体为驱动部件，所述缸体的端部通过铰链与所述平台相铰接，所述活塞杆通过铰链与所述机架相铰接。

期中，所述万向节式铰链包括有球形件和一对相对转动的部件，在所述一对相对转动的部件的相对面上分别设有球面凹槽，所述球形件安装在一对所述球面凹槽之间，所述一对相对转动的部件中的一件为所述活塞杆的端部或为所述缸体的端部，所述一对相对转动的部件中的另一件为所述机架的端面，或为顶架的端面，所述机架支撑于地面或支撑于机器上，所述顶架与所述平台中的所述面板下端或框架相连接。

期中，在所述平移驱动部件的端部设置有销轴孔，在所述销轴孔中装有销轴，所述销轴沿直角坐标系中的Z轴方向安装，所述销轴中用于连接所述平台与所述平移驱动部件端部的为第一销轴、第二销轴，所述第二销轴为关节轴承，所述第一销轴、第二销轴与第一销轴、第二销轴两端的连接件及连杆一起构成第一铰链、第二铰链，所述第一铰链、第二铰链用于推动或拉动所述平台绕所述Z轴方向转动，和/或推动或拉动所述平台沿所述直角坐标系中的X轴和/或Y轴方向移动。

期中，所述销轴中用于连接所述平移驱动部件的另一端部与法兰盘一端的为第三销轴，所述第三销轴为关节轴承，所述第三销轴与所述法兰盘的一端及所述平移驱动部件的另一端部构成第三铰链，所述第三销轴与所述第一销轴相平行，所述法兰盘的另一端与第四铰链的一端为同一连接件，在所述第四铰链中设有第四销轴，所述第四销轴沿直角坐标系中X轴或Y轴方向设置，所述第四铰链通过所述第四销轴用于连接所述法兰盘的另一端与第五销轴，所述第四销轴还用于所述平移驱动部件跟随所述平台一起绕直角坐标系中的Y轴或X轴摆动。

期中，在所述第二销轴与第三销轴上套装有外表面为球面的球面套环，所述球面套环中的球面用于与所述活塞杆或缸体端部的球面孔相配合。

期中，所述第五销轴与设置在所述机架上的滑轨滑动或滚动配合，所述第五销轴用于所述第四铰链的另一端跟随所述平台沿直角坐标系中Y轴方向或X轴方向移动。

期中，所述平台与所述机架之间的所述平移驱动部件，在沿直角坐标系中的Y轴方向上设置有两个，沿直角坐标系中的X轴方向上设置有一个。

本发明的优点和有益效果在于：

1、由于采用液压油缸代替了丝杠，平台可以降低以一定的高度，减小了体积，仪器的装卸也会随之简单化，在拆分后方便的平台的转移、运输；

2、采用液压油缸及相应的控制电路来控制平台的升、降、侧倾和平移时，不仅可使驱动功率增大，效率变高，灵活性也随之变强，相对于现有的技术，可以进一步提高平台所能承受载荷；

3、使用液压油缸工作，可以降低故障率，还可以避免机械载荷一类的故障。

附图说明

图1是本发明具有六个运动自由度的平台的结构示意图；

图2是图1中A-A位置的剖视图；

图3是图2中K部位的局部放大剖视图；

图4是图1中B-B位置的剖视图；

图5是图4中I部位的局部放大剖视图；

图6是图1中C-C位置的剖视图；

图7是图1中J部位的局部放大剖视图；

图8是本发明具有六个运动自由度平台中的液压系统示意图。

图中：1、平台；2、框架；3、面板；4、举升驱动部件；5、机架；6、平移驱动部件；7、边框；8、支脚；9、活塞杆；10、缸体；11、球形件；12、球面凹槽；13、顶架；14、销轴；15、第一销轴；16、第二销轴；17、连杆；18、第一铰链；19、第二铰链；20、法兰盘；21、第三销轴；22、第三铰链；23、第四铰链；24、第四销轴；25、球面套环；26、球面孔；27、第五销轴；28、滑轨；29、挂钩。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如附图1至8所示，本发明具体实施的技术方案是：

实施例1

如图1～4所示，一种具有六个运动自由度的平台，该平台1为框架2式平台，在所述框架2的上表面设置有面板3，在所述框架2或面板3的下端铰接有六个驱动部件。所述六个驱动部件中的三个为举升驱动部件4，将所述举升驱动部件4的上端与所述平台1相互铰接，所述举升驱动部件4的下端与机架5铰接，所述举升驱动部件4呈三角形设置在所述平台1的下面，在所述举升驱动部件4的两端分别设置有万向节式铰链；所述六个驱动部件中的另三个为平移驱动部件6，所述平移驱动部件6的一端在所述面板3的下端与所述平台1平行或倾斜铰接，所述平移驱动部件6的另一端与机架5铰接，在所述平移驱动部件6两端设置有关节轴承式铰链；所述举升驱动部件4用于驱动所述平台1沿直角坐标系中的Z轴方向移动，和/或绕直角坐标系中的X轴摆动，和/或绕直角坐标系中的Y轴摆动；所述平移驱动部件6用于驱动所述平台1沿直角坐标系中的X轴和/或Y轴方向移动，和/或绕直角坐标系中的Z轴摆动。

实施例2

如图1、2、6所示，在实施例1的基础上，本发明较佳的实施例包括，所述平台1可以是矩形的平台1，所述矩形平台1可以分为上下两层，所述框架2由若干根横梁与纵梁相互拼接在一起，将所述面板3铺设在所述横梁与纵梁的上面，在所述平台1的周边设置有边框7，在所述边框7的下面设置有支脚8，可控制所述平台1在所述边框7内移动。

实施例3

如图1、3所示，在实施例2的基础上，本发明较佳的实施例还包括，所述驱动部件为相互配合的活塞杆9与缸体10，所述活塞杆9与缸体10通过缸体10内气体或液体的流入与流出，可使所述活塞杆9与缸体10之间产生相对运动；若以所述活塞杆9作为驱动部件，可将所述活塞杆9的端部通过铰链与所述平台1相互铰接，将所述缸体通过铰链与所述机架5相互铰接；若以所述缸体10作为驱动部件，可将所述缸体10的端部通过铰链与所述平台1相互铰接，将所述活塞杆9通过铰链与所述机架5相互铰接。

实施例4

如图4、6所示，在实施例3的基础上，本发明较佳的实施例还包括，所述万向节式铰链是由球形件11和一对相对转动的部件所构成，在所述一对相对转动的部件的相对面上分别设有球面凹槽12，将所述球形件11安装在一对所述球面凹槽12之间，所述一对相对转动的部件中的一件为所述活塞杆9的端部或为所述缸体10的端部，所述一对相对转动的部件中的另一件为所述机架5的端面，或为顶架13的端面，所述机架5支撑于地面或支撑于机器上，所述顶架13与所述平台1中的所述面板3下端或框架2相连接。

实施例5

如图1、2、3、7所示，在实施例2的基础上，本发明较佳的实施例还包括，在所述平移驱动部件6的端部设置有销轴孔，在所述销轴孔中装有销轴14，所述销轴14沿直角坐标系中的Z轴方向安装，所述销轴14中用于连接所述平台1与所述平移驱动部件6端部的为第一销轴15、第二销轴16，所述第二销轴为关节轴承，所述第一销轴15、第二销轴16与第一销轴15、第二销轴16两端的连接件及连杆17一起构成第一铰链18、第二铰链19，所述第一铰18、第二铰链19用于推动或拉动所述平台1绕所述Z轴方向转动，和/或推动或拉动所述平台1沿所述直角坐标系中的X轴和/或Y轴方向移动。

实施例6

如图3、7所示，在实施例5的基础上，本发明较佳的实施例还包括，所述销轴14中用于连接所述平移驱动部件6的另一端部与法兰盘20一端的为第三销轴21，所述第三销轴为关节轴承，所述第三销轴21与所述法兰盘20的一端及所述平移驱动部件6的另一端部构成第三铰链22，所述第三销轴21与所述第一销轴15相平行，所述法兰盘20的另一端与第四铰链23的一端为同一连接件，在所述第四铰链23中设有第四销轴24，所述第四销轴24沿直角坐标系中X轴或Y轴方向设置，所述第四铰链23通过所述第四销轴24用于连接所述法兰盘20的另一端与第五销轴27，所述第四销轴24还用于所述平移驱动部件6跟随所述平台1一起绕直角坐标系中的Y轴或X轴摆动。

实施例7

如图3所示，在实施例5的基础上，本发明较佳的实施例还包括，在所述第二销轴16与第三销轴21上套装有外表面为球面的球面套环25，所述球面套环25中的球面用于与所述活塞杆9或缸体10端部的球面孔26相配合。

实施例8

如图2、7所示，在实施例5的基础上，本发明较佳的实施例还包括，所述第五销轴27与设置在所述机架5上的滑轨29滑动或滚动配合，所述第五销轴27用于所述第四铰链23的另一端跟随所述平台沿直角坐标系中Y轴方向或X轴方向移动。

实施例9

如图1所示，在实施例5的基础上，本发明较佳的实施例还包括，所述平台1与所述机架5之间的所述平移驱动部件6，在沿直角坐标系中的Y轴方向上设置有两个，沿直角坐标系中的X轴方向上设置有一个。

如图5所示，本发明在所述平台1的侧面设有用于固定或从侧面拉动所述平台的挂钩30。

图8为本实施例中用液压驱动所述平台实现六个自由度运动的液压系统图。途中P未出油管路，T未回油管路，F为电磁换向阀，K为油泵。

本发明中所述具有六个运动自由度的平台，其工作原理与具体工作过程是：

该定位平台1采用六个液压油缸来实现平台的升降、侧倾和平移。在平台1底部装有三个垂直放置负责举升驱动部件4中的活塞杆9与缸体10(支撑油缸)4-1、4-2、4-3；三个水平放置负责平移驱动部件6中的的调整油缸6-1，6-2，6-3。

支撑油缸4-1、4-2、4-3通过其升降和端部球形件11中的(球头)的转向的角度来实现支撑平台1，球头转向每一侧的角度都不小于25°。

控制平台1的升降、侧倾只要是利用支撑油缸4-1、4-2、4-3来实现的。

当这三个支撑油缸4-1、4-2、4-3同步运作出油或回油时，则可完成平台在同一水平面上的升降。

本发明在平台向长度方向倾斜时，可控制支撑油缸中的4-1、4-2同步运作，而4-3单独升降时，平台就可实现向一侧倾斜，当支撑油缸4-3油量变化时，平台就向一侧倾斜，平台倾斜的角度可以通过油缸回油量来控制调节，当支撑油缸4-3回满油时倾斜的角度仍不足时，则可以通过调节支撑油缸4-1、4-2的出油量来使倾斜的角度增大。反之，通过支撑油缸4-1、4-2回油，4-3出油，则可实现平台向另一方向倾斜。通过这个方法可以实现平台长的两个方向的倾斜。这个倾斜方式对平台仪器装载可以起到良好的辅助作用。

本发明在平台1向宽度方向的倾斜时，可控制支撑油缸4-1、4-2、4-3按一定的配合运作，即可以实现平台向一边侧翻。

当支撑油缸4-1、4-2、4-3油缸的都分别单独运作时，则平台1可实现向四个角的方向倾斜。

若控制平台1的水平移动只需要调整油缸6-1，6-2，6-3即可实现。

当调整油缸6-1单独运作，则可以实现平台1在X轴的方向平移。

当调整油缸6-2、6-3的同步运作，则可以实现平台1在Y轴的方向移动。当调整油缸6-2、6-3配合运作时，可以让平台绕着Z轴方向旋转。

当调整油缸6-1、6-2、6-3配合运作时，可以实现平台向任意方向平移。

当这六个油缸配合运作时，则可基本实现平台的需求的六个自由度任意方向的调整，在本实施例中，Z轴方向的升降范围0mm～50mm，X轴与Y轴方向的平移范围0mm～85mm，所述平台1还可在此范围内转动。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种具有六个运动自由度的平台，其特征在于，所述平台为框架式平台，所述平台为矩形平台，所述矩形平台分为上下两层，所述框架包括相互拼接在一起的若干根横梁与纵梁，面板铺设在所述横梁与纵梁的上面，在所述平台的周边设置有边框，所述平台在所述边框内移动，在所述框架的上表面设置有面板，所述框架和/或面板的下端至少与六个驱动部件相铰接；所述六个驱动部件中的三个为举升驱动部件，所述举升驱动部件的上端与所述平台铰接，所述举升驱动部件的下端与机架铰接，所述举升驱动部件呈三角形设置在所述平台的下面，在所述举升驱动部件的两端分别设置有万向节式铰链；所述六个驱动部件中的另三个为平移驱动部件，所述平移驱动部件的一端在所述面板的下端与所述平台平行或倾斜铰接，所述平移驱动部件的另一端与机架铰接，在所述平移驱动部件两端设置有关节轴承式铰链；所述举升驱动部件用于驱动所述平台沿直角坐标系中的Z轴方向移动，和/或绕直角坐标系中的X轴摆动，和/或绕直角坐标系中的Y轴摆动；所述平移驱动部件用于驱动所述平台沿直角坐标系中的X轴和/或Y轴方向移动，和/或绕直角坐标系中的Z轴摆动；所述驱动部件为相互配合的活塞杆与缸体，所述活塞杆与缸体通过缸体内气体或液体的流入与流出产生相对运动；若以所述活塞杆为驱动部件，所述活塞杆的端部通过铰链与所述平台铰接，所述缸体通过铰链与所述机架相铰接；若以所述缸体为驱动部件，所述缸体的端部通过铰链与所述平台相铰接，所述活塞杆通过铰链与所述机架相铰接。

2.如权利要求1所述具有六个运动自由度的平台，其特征在于，所述万向节式铰链包括有球形件和一对相对转动的部件，在所述一对相对转动的部件的相对面上分别设有球面凹槽，所述球形件安装在一对所述球面凹槽之间，所述一对相对转动的部件中的一件为所述活塞杆的端部或为所述缸体的端部，所述一对相对转动的部件中的另一件为所述机架的端面，或为顶架的端面，所述机架支撑于地面或支撑于机器上，所述顶架与所述平台中的所述面板下端或框架相连接。

3.如权利要求1所述具有六个运动自由度的平台，其特征在于，在所述平移驱动部件的端部设置有销轴孔，在所述销轴孔中装有销轴，所述销轴沿直角坐标系中的Z轴方向安装，所述销轴中用于连接所述平台与所述平移驱动部件端部的为第一销轴、第二销轴，所述第二销轴为关节轴承，所述第一销轴、第二销轴与第一销轴、第二销轴两端的连接件及连杆一起构成第一铰链、第二铰链，所述第一铰链、第二铰链用于推动或拉动所述平台绕所述Z轴方向转动，和/或推动或拉动所述平台沿所述直角坐标系中的X轴和/或Y轴方向移动。

4.如权利要求3所述具有六个运动自由度的平台，其特征在于，所述销轴中用于连接所述平移驱动部件的另一端部与法兰盘一端的为第三销轴，所述第三销轴为关节轴承，所述第三销轴与所述法兰盘的一端及所述平移驱动部件的另一端部构成第三铰链，所述第三销轴与所述第一销轴相平行，所述法兰盘的另一端与第四铰链的一端为同一连接件，在所述第四铰链中设有第四销轴，所述第四销轴沿直角坐标系中X轴或Y轴方向设置，所述第四铰链通过所述第四销轴用于连接所述法兰盘的另一端与第五销轴，所述第四销轴还用于所述平移驱动部件跟随所述平台一起绕直角坐标系中的Y轴或X轴摆动。

5.如权利要求3或4所述具有六个运动自由度的平台，其特征在于，在所述第二销轴与第三销轴上套装有外表面为球面的球面套环，所述球面套环中的球面用于与所述活塞杆或缸体端部的球面孔相配合。

6.如权利要求4所述具有六个运动自由度的平台，其特征在于，所述第五销轴与设置在所述机架上的滑轨滑动或滚动配合，所述第五销轴用于所述第四铰链的另一端跟随所述平台沿直角坐标系中Y轴方向或X轴方向移动。

7.如权利要求3所述具有六个运动自由度的平台，其特征在于，所述平台与所述机架之间的所述平移驱动部件，在沿直角坐标系中的Y轴方向上设置有两个，沿直角坐标系中的X轴方向上设置有一个。

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