CN102922507A

CN102922507A - 二自由度调平装置

Info

Publication number: CN102922507A
Application number: CN2012103147865A
Authority: CN
Inventors: 张合; 马少杰; 李豪杰; 李珂翔; 陆冰清; 顾林; 沈德璋
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2012-08-30
Filing date: 2012-08-30
Publication date: 2013-02-13

Abstract

本发明公开了一种二自由度调平装置，包括齿轮传动箱，静平台底座，驱动电机，并联机构，动平台负载连接板，支撑外壁，动平台固定铰链，动平台固定板，其中，并联机构还包括滚珠丝杆、滚珠丝杆螺帽、连接销，螺帽支撑连接件和支撑机构；本发明采用并联结构形式，相对于串联结构形式提高了负载能力；本发明采用电机驱动，相对于液压和气压驱动，免去了额外的动力设备，减小了体积；本发明将并联机构中体积较大的推杆机构固定，相对于其他电机驱动并联结构形式，在保持大负载的条件下，减小了部件活动空间，从而缩小了设备体积；另外，本发明还将驱动电机固定于底座，相对于一体式电动推缸驱动，有效消除了电机自身重量对并联机构机械性能的影响。

Description

二自由度调平装置

技术领域

本发明属于姿态稳定平台领域，特别是一种二自由度调平装置。

背景技术

目前，在二自由度调平装置中，应用较多的是采用双环串联结构的调平机构，该类机构虽然应用较成熟，但是体积较大，不适合负载较大的场合，例如已有的车载摄像稳定平台（一种自动调平装置），中国专利号201010173348.2，是一种典型的串联型调平装置，不适合负载较重的应用场合；其结构组成为：底部为水平旋转式底座，上部为可俯仰运动的支架，摄像机安装在支架上。常见的二自由度并联机构多使用液压缸等部件，占用空间大，工作速度慢，例如专利“并联机器人”，专利号201010521427.8；其结构形式为：底座连接几根直立的液压或气压驱动缸作为连接杆，所有连接杆在其顶部连接动平台，其驱动部件主要为气压或液压元件，需要额外的动力设备,如液压泵等，占用空间较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空间占用小、负载能力强、动态响应好的二自由度调平装置。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种二自由度调平装置，包括：齿轮传动箱，静平台底座，驱动电机，并联机构，动平台负载连接板，支撑外壁，动平台固定铰链，动平台固定板，其中，齿轮传动箱，驱动电机和N套并联机构均固定于静平台底座，并联机构包括滚珠丝杆、滚珠丝杆螺帽、连接销，螺帽支撑连接件和支撑机构；并联机构中的滚珠丝杆通过轴承安装于静平台底座的上面并保持垂直，滚珠丝杆螺帽与滚珠丝杆配套安装组成平移运运动副，滚珠丝杆螺帽与支撑机构通过环形的螺帽支撑连接件上四周分布的连接销构成类似十字铰链的连接；在支撑机构的上面是动平台负载连接板，由球铰链相互连接；驱动电机与并联机构在静平台底座的上方，齿轮传动箱在静平台底座的下方，齿轮传动箱的输入输出轴接口位于面向静平台底座的同一侧，在输入输出轴上安装有联轴器，分别与驱动电机和滚珠丝杆相连接；齿轮传动箱包括M套二级传动齿轮组，齿轮组相互独立；动平台负载连接板由动平台固定铰链连接在动平台固定板的中央位置上；静平台底座、支撑外壁与动平台固定板焊接在一起构成装置的外壳；其中，N≥2，M=N。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

1．该装置采用并联结构形式，相对于串联结构形式提高了负载能力。

2．该装置采用电机驱动，相对于液压和气压驱动，免去了额外的动力设备，减小了体积。

3．该装置将并联机构中体积较大的推杆机构固定，相对于其他电机驱动并联结构形式，在保持大负载的条件下，减小了部件活动空间，从而缩小了设备体积。

4．该装置将驱动电机固定于底座，相对于一体式电动推缸驱动，有效消除了电机自身重量对并联机构机械性能的影响。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明二自由度调平装置的正视图。

图2是本发明二自由度调平装置的A-A剖视图。

图3是本发明二自由度调平装置的俯视图。

图4是本发明二自由度调平装置的仰视图。

具体实施方式

本发明一种二自由度调平装置，包括：齿轮传动箱1，静平台底座2，驱动电机3，并联机构4，动平台负载连接板6，支撑外壁8，动平台固定铰链9，动平台固定板14，其中，齿轮传动箱1，驱动电机3和N套并联机构4均固定于静平台底座2，并联机构4包括滚珠丝杆12、滚珠丝杆螺帽11、连接销16，螺帽支撑连接件13和支撑机构5；并联机构4中的滚珠丝杆12通过轴承安装于静平台底座2的上面并保持垂直，滚珠丝杆螺帽11与滚珠丝杆12配套安装组成平移运运动副，滚珠丝杆螺帽11与支撑机构5通过环形的螺帽支撑连接件13上四周分布的连接销16构成类似十字铰链的连接；在支撑机构5的上面是动平台负载连接板6，由球铰链7相互连接；驱动电机3与并联机构4在静平台底座2的上方，齿轮传动箱1在静平台底座2的下方，齿轮传动箱1的输入输出轴接口位于面向静平台底座2的同一侧，在输入输出轴上安装有联轴器15，分别与驱动电机3和滚珠丝杆12相连接；齿轮传动箱1包括M套二级传动齿轮组，齿轮组相互独立；动平台负载连接板6由动平台固定铰链9连接在动平台固定板14的中央位置上；静平台底座2、支撑外壁8与动平台固定板14焊接在一起构成装置的外壳；其中，N≥2，M=N；动平台固定铰链9在动平台负载连接板6的中心轴线位置，并联机构4位于动平台负载连接板6的边缘。

下面结合附图1至附图4为例对本发明做进一步说明。

实施例1为两套并联机构4的情况，参见图1和图2，该调平装置包含有齿轮传动箱1，静平台底座2，驱动电机3，并联机构4，动平台负载连接板6，支撑外壁8，动平台固定铰链9，动平台固定板14组成。

参见图1和图4，静平台底座2是整个稳定装置所有主要部件的装配基准，齿轮传动箱1，驱动电机3和并联机构4都固定于此。并联机构4垂直于静平台底座2上面，在并联机构4的上面是动平台负载连接板6，由球铰链7相互连接。驱动电机3与并联机构4在静平台底座2的同一边，他们之间动力的传递依靠安装在静平台底座2底部的齿轮传动箱1来实现，齿轮传动箱的输入输出轴位于同一侧，并附有联轴器15。齿轮传动箱1含有两套二级传动齿轮组，两套齿轮组相互独立。并联机构4包括支撑机构5，滚珠丝杆螺帽11，滚珠丝杆12，螺帽支撑连接件13和连接销16几个部件。动平台负载连接板6由动平台固定铰链9固定在动平台固定板14的中央位置上。

参见图2和图3，分别是该装置的A-A剖视图和俯视图。两套并联机构4的顶部固定在动平台负载连接板6的边缘，如图2所示，两套并联机构4沿动平台负载连接板6的圆心，呈90°的夹角分布。

参见图1和图2，并联机构4按动力输入到输出的顺序，依次分布了滚珠丝杆12，滚珠丝杆螺帽11，连接销16，螺帽支撑连接件13和支撑机构5。其中螺帽支撑连接件13为正方形的环状结构，每个侧面有一个通孔，用以安装固定销16。

参见图1，静平台底座2，支撑外壁8和动平台固定板14焊接在一起，共同构成调平装置的外壳。

实施例2为三套并联机构4的情况，该调平装置包含有齿轮传动箱1，静平台底座2，驱动电机3，并联机构4，动平台负载连接板6，支撑外壁8，动平台固定铰链9，动平台固定板14组成。

静平台底座2是整个稳定装置所有主要部件的装配基准，齿轮传动箱1，驱动电机3和并联机构4都固定于此。并联机构4垂直于静平台底座2上面，在并联机构4的上面是动平台负载连接板6，由球铰链7相互连接。驱动电机3与并联机构4在静平台底座2的同一边，他们之间动力的传递依靠安装在静平台底座2底部的齿轮传动箱1来实现，齿轮传动箱的输入输出轴位于同一侧，并附有联轴器15。齿轮传动箱1含有三套二级传动齿轮组，三套齿轮组相互独立。并联机构4包括支撑机构5，滚珠丝杆螺帽11，滚珠丝杆12，螺帽支撑连接件13和连接销16几个部件。动平台负载连接板6由动平台固定铰链9固定在动平台固定板14的中央位置上。

三套并联机构4沿动平台负载连接板6的圆心，呈120°的夹角分布。

并联机构4按动力输入到输出的顺序，依次分布了滚珠丝杆12，滚珠丝杆螺帽11，连接销16，螺帽支撑连接件13和支撑机构5。其中螺帽支撑连接件13为正方形的环状结构，每个侧面有一个通孔，用以安装固定销16。

静平台底座2，支撑外壁8和动平台固定板14焊接在一起，共同构成调平装置的外壳。

驱动电机3转动时，通过齿轮传动箱1带动滚珠丝杆12，滚珠丝杆螺帽11沿着滚珠丝杆12做上下直线运动。螺帽支撑连接件13通过连接销16连接着滚珠丝杆螺帽11和支撑机构5，可将运动传递给支撑机构5；螺帽支撑连接件13由于其环形的结构，可提供两个自由度的小角度转动，从而保证支撑机构5需要的倾角。支撑机构5通过球铰链7带动动平台负载连接板6的边缘上下摆动，而动平台固定铰链9保持动平台负载连接板6中心不动，从而使动平台负载连接板6产生倾斜摆动。多套并联机构4可使动平台负载连接板产生更多自由度的摆动。

Claims

1.一种二自由度调平装置，其特征在于：包括：齿轮传动箱（1），静平台底座（2），驱动电机（3），并联机构（4），动平台负载连接板（6），支撑外壁（8），动平台固定铰链（9），动平台固定板（14），其中，齿轮传动箱（1），驱动电机（3）和N套并联机构（4）均固定于静平台底座（2），并联机构（4）包括滚珠丝杆（12）、滚珠丝杆螺帽（11）、连接销（16），螺帽支撑连接件（13）和支撑机构（5）；并联机构（4）中的滚珠丝杆（12）通过轴承安装于静平台底座（2）的上面并保持垂直，滚珠丝杆螺帽（11）与滚珠丝杆（12）配套安装组成平移运运动副，滚珠丝杆螺帽（11）与支撑机构（5）通过环形的螺帽支撑连接件（13）上四周分布的连接销（16）构成类似十字铰链的连接；在支撑机构（5）的上面是动平台负载连接板（6），由球铰链（7）相互连接；驱动电机（3）与并联机构（4）在静平台底座（2）的上方，齿轮传动箱（1）在静平台底座（2）的下方，齿轮传动箱（1）的输入输出轴接口位于面向静平台底座（2）的同一侧，在输入输出轴上安装有联轴器（15），分别与驱动电机（3）和滚珠丝杆（12）相连接；齿轮传动箱（1）包括M套二级传动齿轮组，齿轮组相互独立；动平台负载连接板（6）由动平台固定铰链（9）连接在动平台固定板（14）的中央位置上；静平台底座（2）、支撑外壁（8）与动平台固定板（14）焊接在一起构成装置的外壳；其中，N≥2，M=N。

2.根据权利要求1所述的调平装置，其特征在于：并联机构（4）的数量N=2。

3.根据权利要求1所述的调平装置，其特征在于：动平台固定铰链（9）在动平台负载连接板（6）的中心轴线位置，并联机构（4）位于动平台负载连接板（6）的边缘。