CN101776197A - 六缸驱动三轴转动平台 - Google Patents

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CN101776197A CN 201010133708 CN201010133708A CN101776197A CN 101776197 A CN101776197 A CN 101776197A CN 201010133708 CN201010133708 CN 201010133708 CN 201010133708 A CN201010133708 A CN 201010133708A CN 101776197 A CN101776197 A CN 101776197A
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赵铁石
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Abstract

本发明提供了一种六缸驱动三轴转动平台。其特征在于：包括下平台(1)、上平台(5)、分布周围的六个驱动分支和多杆支撑中间约束分支，所述上平台(5)上设置三个连接块，每个连接块上通过两个驱动分支与下平台(1)连接；所述下平台(1)通过支撑杆连接支撑台(6)，所述支撑台(6)与上平台(5)之间通过第一球铰(S1)连接。所述驱动分支由与连接块相连的上运动副、与下平台(1)相连的下运动副、以及由缸筒(2)和连杆(3)构成的移动副(P)组成。本发明具有结构简单对称、可承受重载、工作空间内性能稳定等特点。

Description

六缸驱动三轴转动平台
技术领域
本发明属于转动平台领域，特别涉及一种六缸驱动三轴转动平台。
背景技术
近年来，随着机构学的发展和应用，三自由度转动平台得到了广泛的关注。三轴转动平台可作为海洋平台和运动模拟器，也可作为关节机器人的转动平台。与三平移机构及平移和转动结合起来的空间三自由度机构相比，具有三自由度转动的机构类型较少。典型的有球面机构3-RRR机构，但其对加工和装配精度要求较高，否则会发生卡死现象，而且其承载能力和工作空间较小；并联3-SPS/S机构，中间约束分支含有一个S副，使上平台能够实现绕S副的三轴转动，但要实现绕垂直上平台的轴转动时需要较大的驱动力，甚至由于处于奇异位型而难以驱动；专利ZL02153745.3中提出了一种三自由度转动平台并联机器人机构，该机构适用于机器人腕关节，专利ZL200520038772.0提出了一种球面三自由度并联机构，具有良好的运动学性能，但它们都要求几个转动副相交于一点，对加工和装配精度要求较高；专利ZL02132864.1提出了一种串并联转动三自由度机构，该机构适用于要求机构刚度高、截面积小的场合。对于具有三转动自由度的串联机构，其承载能力较小，而且动态响应性能较差。因此，在要求有三个转动自由度、能够重载并具有良好动态响应性能的转动平台时，上述机构构型难以满足要求。
发明内容
本发明提出一种六缸驱动三轴转动平台，可实现绕三个轴的转动，能够承受较大的载荷。
本发明所采用的技术方案为：一种六缸驱动三轴转动平台，包括下平台、上平台、分布周围的六个驱动分支和中间约束分支；上平台上设置三个连接块，每个连接块上通过两个驱动分支与所述下平台连接；所述下平台通过支撑杆连接支撑台，所述支撑台与所述上平台之间通过第一球铰连接。所述驱动分支由与连接块相连的上运动副、与下平台相连的下运动副、以及由缸筒和连杆构成的移动副组成。
所述上运动副为上万向铰，所述下运动副为下球铰。所述上平台与第一连接块构成第一转动副，所述第一连接块的两端分别与两个驱动分支中的上万向铰连接，所述第一转动副的轴线与所述上万向铰中连接到第一连接块的转动副轴线平行。所述第一转动副的轴线与所述上平台平面平行。
所述上运动副为上万向铰，所述下运动副为下球铰。所述上平台与第一连接块构成第一转动副，所述第一连接块的两端分别与两个驱动分支中的上万向铰连接，所述第一转动副的轴线与所述上万向铰中连接到第一连接块的转动副轴线平行。所述第一转动副的轴线与所述上平台平面垂直。
所述下运动副为下万向铰，所述上运动副为上转动副，所述上平台通过第二球铰与第二连接块连接，所述第二连接块的两端分别与两个驱动分支中的上转动副连接。
所述第一球铰和下球铰可采用轴线相交且不在同一平面内的三个转动副代替。
所述第一球铰和第二球铰采用轴线相交且不在同一平面内的三个转动副代替。
本发明提供的六缸驱动三轴转动平台，充分利用了并联机构的结构特点，具有较高的动态响应性能。多杆支撑中间约束分支和四周驱动分支中的球铰S可采用三个轴线顺次垂直的转动副，具有较大的转动范围；采用六个驱动副驱动三轴转动并联平台，能够使上平台承受重载甚至是超重载；采用连接块将两个驱动分支连接，再与上平台采用运动副相连的结构，能够减少驱动副输入误差对系统控制的影响，创新出了机构六自由度，平台输出三自由度的空间并联机构的新机型。本发明具有结构简单对称、在其工作空间内的性能稳定、在承受重载时仍具有较高动态响应性能的优点，在需要三个转动自由度的一些领域有很好的应用前景。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步详细具体的说明。
图1是实施例1的结构示意图；
图2是实施例2的结构示意图；
图3是实施例3的结构示意图；
图4是实施例4的结构示意图；
图5是等效球铰运动副结构示意图；
图6是采用等效球铰运动副的实施例1的结构示意图；
图7是采用等效球铰运动副的实施例2的结构示意图；
图8是采用等效球铰运动副的实施例3的结构示意图；
图9是采用等效球铰运动副的实施例4的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
本实施例的六缸驱动三轴转动平台如图1所示，该并联转台由下平台1、上平台5、分布周围的六个驱动分支和多杆支撑中间约束分支组成。上平台5上设置三个连接块，每个连接块上通过两个驱动分支与下平台1连接；下平台1通过三个支撑杆连接支撑台6，构成的三杆支撑台具有重量轻刚度大等优点，所述支撑台6与上平台5之间通过第一球铰S1连接，其可同时作为上平台转角的机械限位。所述驱动分支由与连接块相连的上运动副、与下平台1相连的下运动副、以及由缸筒2和连杆3构成的移动副P组成。上运动副为上万向铰U1，下运动副为下球铰S3。本实施例中第一球铰S1和下球铰S3还可以采用轴线相交且不在同一平面里的三个转动副代替，即如图5所示的等效球铰运动副。采用三个转动副代替球铰的优点是可实现大的转角并可用于安装姿态反馈编码器。这样，就构成了如图6所示的实施例。
实施例2
本实施例的六缸驱动三轴转动平台如图2所示，本实施例的结构与实施例1的结构基本相同，所不同的地方在于上平台5中的连接块替换为第一连接块4，并且第一连接块4通过第一转动副R1与上平台5相连，第一连接块4的两端分别与两个驱动分支中的上万向铰U1连接，所述第一转动副R1的轴线与所述上万向铰U1中连接到第一连接块4的转动副轴线平行，且第一转动副R1的轴线与上平台6平行。当将第一连接块4与上平台5通过固定螺钉固定连接时，则本实施例与实施例1完全相同。本实施例中第一球铰S1和下球铰S3还可以采用轴线相交且不在同一平面里的三个转动副代替，即如图5所示的等效球铰运动副。这样，就构成了如图7所示的实施例。
实施例3
本实施例的六缸驱动三轴转动平台如图3所示，本实施例的结构与实施例2的结构基本相同，所不同的地方在于第一转动副R1的轴线与上平台6垂直。当将第一连接块4与上平台5通过固定螺钉固定连接时，则本实施例与实施例1完全相同。本实施例中第一球铰S1和下球铰S3还可以采用轴线相交且不在同一平面里的三个转动副代替，即如图5所示的等效球铰运动副。这样，就构成了如图8所示的实施例。
实施例4
本实施例的六缸驱动三轴转动平台如图4所示，该并联转台由下平台1、上平台5、分布周围的六个驱动分支和中间约束分支组成。上平台5上设置三个连接块，每个连接块上通过两个驱动分支与下平台1连接；下平台1通过支撑杆连接支撑台6，所述支撑台6与上平台5之间通过第一球铰S1连接。所述驱动分支由与连接块相连的上运动副、与下平台1相连的下运动副、以及由缸筒2和连杆3构成的移动副P组成。所述下运动副为下万向铰U2，上运动副为上转动副R2，下万向铰U2固定在缸筒2上的转动副轴线与上转动副R2轴线平行，上平台5通过第二球铰S2与第二连接块7连接，第二连接块7的两端分别与两个驱动分支中的上转动副R2连接。所述与第二连接块7连接的两个驱动分支中两个下万向铰U2与下平台1国定的转动副轴线共线。本实施例中第一球铰S1和第二球铰S2还可以采用轴线相交且不在同一平面里的三个转动副代替，如图5所示的等效球铰运动副。这样，就构成了如图9所示的实施例。
本发明具有结构简单对称、在其工作空间内的性能稳定、能够承受重载和较高的动态响应性能等优点，在需要三个转动自由度的一些领域有很好的应用前景。

Claims (9)

1.一种六缸驱动三轴转动平台，其特征在于：包括下平台(1)、上平台(5)、分布周围的六个驱动分支和中间约束分支，所述上平台(5)上设置三个连接块，每个连接块上通过两个驱动分支与下平台(1)连接；所述下平台(1)通过支撑杆连接支撑台(6)，所述支撑台(6)与上平台(5)之间通过第一球铰(S1)连接。
2.根据权利要求1所述的六缸驱动三轴转动平台，其特征在于：所述驱动分支由与连接块相连的上运动副、与下平台(1)相连的下运动副、以及由缸筒(2)和连杆(3)构成的移动副(P)组成。
3.根据权利要求2所述的六缸驱动三轴转动平台，其特征在于：所述上运动副为上万向铰(U1)，所述下运动副为下球铰(S3)。
4.根据权利要求3所述的六缸驱动三轴转动平台，其特征在于：所述上平台(5)与三个第一连接块(4)构成三个第一转动副(R1)，所述第一连接块(4)的两端分别与两个驱动分支中的上万向铰(U1)连接。
5.根据权利要求4所述的六缸驱动三轴转动平台，其特征在于：所述第一转动副(R1)的轴线与所述上平台(5)平面平行且通过第一球铰(S1)的球心。
6.根据权利要求4所述的六缸驱动三轴转动平台，其特征在于：所述第一转动副(R1)的轴线与所述上平台(5)平面垂直。
7.根据权利要求2所述的六缸驱动三轴转动平台，其特征在于：所述下运动副为下万向铰(U2)，所述上运动副为上转动副(R2)，所述上平台(5)通过第二球铰(S2)与第二连接块(7)连接。
8.根据权利要求1至6任意一项中所述的六缸驱动三轴转动平台，其特征在于：所述第一球铰(S1)和下球铰(S3)可采用轴线相交且不在同一平面内的三个转动副代替。
9.根据权利要求7所述的六缸驱动三轴转动平台，其特征在于：所述第一球铰(S1)和第二球铰(S2)采用轴线相交且不在同一平面内的三个转动副代替。
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