CN102708723A - 六自由度大承载面静平衡并联运动模拟台 - Google Patents

Abstract

一种六自由度大承载面静平衡并联运动模拟台，包括动平台、基座、静载平衡装置以及连接动平台和基座的六个结构相同的运动分支。其中六个导轨座均匀固定在基座上，该导轨座外侧下端均设有伺服电机，该电机上面均设有双导轨，丝杠设在上述双导轨中间，该丝杠的一端与电机轴连接，其另一端与导轨座上端的轴承座连接；在上述双导轨上设有滑块，该滑块的外侧通过转动连接件与支撑杆的一端连接，该支撑杆的另一端通过转动连接件与动平台连接；上述滑块的上端与钢丝绳的一端固定，其另一端绕过设在导轨座上端的定滑轮与导轨座内侧的配重连接，该配重的上端设有两个导向轮，其两侧设有固定在基座上的双立柱。本发明占用体积小、能承受重载、工作空间大。

Description

六自由度大承载面静平衡并联运动模拟台

技术领域

本发明涉及一种并联机构，特别涉及一种并联运动模拟装置。

背景技术

六自由度并联运动模拟台构造和设计均是在Stewart结构基础上提出的，其基本形态是由六个可伸缩连杆、一个基底和一个工作平台构成，伸缩连杆的控制大多数由电动缸或液压缸组成。当伸缩杆为电动缸驱动时，具有过载能力强、易实现高精度伺服控制、移动灵活等优点，但其输出力有限，不能够对车辆、飞机等大型设备进行模拟；当伸缩杆为液压缸驱动时，动平台能够承受重载，但是液压系统体积大、元件易泄漏、维护成本高、移动性差等缺点限制了其在并联运动模拟台中的应用。

近年来，随着并联机构在车辆、飞机等大型设备运动模拟等应用领域的不断拓展，对其承载面积、负载能力、动态性能等方面提出了更高的要求。目前的六自由度并联运动模拟台产品中，驱动形式为电机时其最大负载为几吨，驱动形式为液压时其最大负载为一般小于20吨，而驱动形式为电机特别是负载在20t以上且能够提供较大工作空间的并联运动模拟台更鲜于报道，给研制具有大承载面并联运动模拟台带来了障碍。为了实现大承载面并联运动模拟台，目前已提出了一些解决方案：如中国专利200820004705.0，公开了一种大负载六自由电动平台，该机构包括均匀布置的六个电动缸和至少三个气缸，用以模拟飞机、坦克等运动，由于电动缸本体长度限制，动平台运动范围较小，同时电机随电动缸一起摆动消耗了较大部分动力，间接限制了平台的有效负载。中国专利200820071231.1公开了一种六自由度车辆驾驶仿真系统运动平台，机构采用液压缸驱动，上平台为中空平台，机动车驾驶舱的物理模型与上平台的结合是采用沉降嵌入方式，这种布置使得上平台结构尺寸非常大，机构占用空间很大、电机消耗功率增加，同时六个大功率液压缸需要较大的泵站，系统整体移动性较差，噪音和油气处理等问题较多。中国专利200410050354.3公开了一种新型六自由度重力平衡机构，载荷由一系列连杆和运动副串联而成，动力仅由一台力矩电机或伺服电机提供，故系统不能承受重载，且系统的动态性能较差。中国专利03150629.1公开了一种高压气动重力平衡式空间运动模拟器，机构适用于需要大幅值升沉运动的运动模拟器，而在补偿其它五个自由度时，机构的运动范围以及动态性能具有一定的局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机构体积小、具有大承载面和工作空间、能承受重载并大幅降低电机输出功率的六自由度大承载面静平衡并联运动模拟台。

本发明的技术方案如下：

本发明主要包括动平台、基座、静载平衡装置以及连接动平台和基座的六个结构相同的PSS运动分支；PSS运动分支包括支撑杆、滑块、丝杠、导轨、电机和导轨座。其中，六个直角梯形导轨座均匀地固定在基座上，也可以两个为一组均匀地固定在基座上，该导轨座的直角面位于内侧，斜腰面位于外侧，上述六个导轨座的中心线相交于一点，导轨座的斜腰面与基座面的夹角为60～80°。在上述导轨座外侧的下端均设有伺服电机，在该伺服电机上面每个导轨座外侧的斜腰面上均设有双导轨，带有螺纹的丝杠设在上述双导轨中间，该丝杠的一端与电机轴连接，其另一端与设在导轨座上端外侧的轴承座连接。在上述双导轨上设有内侧带螺纹的滑块，该滑块内侧与上述丝杠相啮合，其外侧通过转动连接件与支撑杆的一端连接，该支撑杆的另一端通过转动连接件与动平台连接。上述转动连接件可以采用球铰或者轴线相交且不在同一平面里的三个转动副代替，支撑杆与滑块连接还可采用万向铰。在上述滑块的上端与钢丝绳的一端固定，该钢丝绳的另一端绕过设在导轨座上端的定滑轮与设在导轨座内侧的配重连接，该配重总重量应为动平台及负载总和的50～90%。上述定滑轮和钢丝绳也可采用链轮和钢链结构。上述配重的上端设有两个导向轮，该配重的两侧设有与上述导向轮吻合的双立柱，以保证配重沿导轨座直角边垂直上下移动，该双立柱的一端固定在基座上，其另一端为自由端。

六个导轨座均匀地固定在基座上形成正六棱台构型，通过球铰连接动平台和滑块的支撑杆形成倒六棱台构型，在增大动平台承载面积和工作空间的同时能够减小机构占用体积。电机驱动丝杠带动滑块沿导轨方向移动，滑块带动支撑杆协调摆动控制动平台实现空间六自由度运动。模拟台运动过程中配重对滑块始终作用拉力，用以平衡动平台及负载静载荷对驱动电机作用力。配重是为了保证静载平衡装置能够最大限度的增加动平台负载能力。导轨座的斜腰面与基座面的夹角的大小与动平台运动性能指标有关，采用双导轨结构保证其结构受力良好，能够承受重载，加工安装方便。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、静载平衡装置使电机输出功率降低了35～65%，从而最大限度地提高了动平台承载能力和动态性能，电动平台能够承受20t以上载荷。

2、具有大承载面和工作空间，机构占用空间体积小。 

3. 六组配重位于导轨座构成的正六棱台中间，并且采用双立柱导向，移动平稳，降低了对滑块的冲击力。

4. 以伺服电机为驱动，过载能力强、易实现高精度伺服控制、移动灵活，适合在室内或野外使用。与Stewart型平台相比，伺服电机、丝杠等布置于与基座固连得导轨座上，易于实现大驱动、减小了运动模拟台自身静载荷，便于装配、安装及可重组。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意简图。

图2为本发明静载平衡装置示意简图。

图3为本发明实施例2的结构示意简图。

具体实施方式

实施例1：

在图1所示的六自由度大承载面静平衡并联运动模拟台结构示意简图中，六个直角梯形导轨座9均匀地固定在基座11上，该导轨座的直角面位于内侧，斜腰面位于外侧，该斜腰面与基座的夹角为72°，每个导轨座斜腰面中心线沿正六棱台母线方向且六条中心线相交于一点。在上述导轨座外侧的下端均设有伺服电机10，在该伺服电机上面每个导轨座外侧的斜腰面上均设有双导轨8，带有螺纹的丝杠7设在上述双导轨中间，该丝杠的一端与电机轴连接，其另一端与设在导轨座上端外侧的轴承座3连接。在上述双导轨上设有内侧带螺纹的滑块6，该滑块内侧与上述丝杠相啮合，其外侧通过球铰5与支撑杆4的一端连接，该支撑杆的另一端通过球铰2与动平台1连接。在上述滑块的上端与钢丝绳13的一端固定，该钢丝绳的另一端绕过设在导轨座上端的定滑轮12与设在导轨座内侧的配重15连接，如图2所示，该配重的上端设有两个导向轮14，该配重的两侧设有与上述导向轮吻合的双立柱16，以保证配重沿导轨座直角边垂直上下移动，该双立柱的一端固定在基座上，其另一端为自由端。

 

实施例2：

在图3所示的六自由度大承载面静平衡并联运动模拟台结构示意简图中，六个导轨座9相邻两个为一组，均匀地固定在基座11上，每组导轨座斜腰面中心线互相平行。其它构件和连接方式与实施例1相同。

Claims (1)

1.一种六自由度大承载面静平衡并联运动模拟台，主要包括动平台、基座、静载平衡装置以及连接动平台和基座的六个结构相同的PSS运动分支；PSS运动分支包括支撑杆、滑块、丝杠、导轨、伺服电机和导轨座，其特征在于：六个直角梯形导轨座均匀地或两个为一组均匀地固定在基座上，该导轨座的直角面位于内侧，其斜腰面位于外侧，该斜腰面与基座面夹角为60～80°，在上述导轨座外侧的下端均设有伺服电机，在该伺服电机上面每个导轨座外侧的斜腰面上均设有双导轨，带有螺纹的丝杠设在上述双导轨中间，该丝杠的一端与电机轴连接，其另一端与设在导轨座上端外侧的轴承座连接；在上述双导轨上设有内侧带螺纹的滑块，该滑块内侧与上述丝杠相啮合，上述滑块的外侧通过转动连接件与支撑杆的一端连接，该支撑杆的另一端通过转动连接件与动平台连接；在上述滑块的上端与钢丝绳的一端固定，该钢丝绳的另一端绕过设在导轨座上端的定滑轮与设在导轨座内侧的配重连接，该配重总重为动平台及负载总和的50～90%，该配重的上端设有两个导向轮，该配重的两侧设有与上述导向轮吻合的双立柱，该双立柱的一端固定在基座上，其另一端为自由端。

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