CN103029121A - 具有平面四连杆闭环结构的三自由度并联模拟台 - Google Patents

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一种具有平面四连杆闭环结构的三自由度并联模拟台，其包括动平台、定平台以及连接这两个平台的四条分支,其中分布在周围的为三条结构完全相同的RP
Figure 2012105303656100004DEST_PATH_IMAGE001
S驱动分支，另一条为PS中间承载约束分支，上述三条RP
Figure 859947DEST_PATH_IMAGE001
S驱动分支均主要由第一转动连接件、四连杆机构和线性模组组成，并以等边三角形方式布置。PS中间承载约束分支位于动平台与定平台中心连线上，该分支由第二转动连接件、升降平衡装置、中间平台和支撑架组成，上述第二转动连接件中心与动平台中心连线垂直于动平台。本发明平台高度低、占用体积小，承载能力强，工作空间大。

Description

具有平面四连杆闭环结构的三自由度并联模拟台
技术领域
本发明涉及一种并联机构，特别是一种并联平台。
背景技术
随着世界各国加强国防事业发展和仿真技术迅速发展，并联运动平台最主要的应用形式——运动模拟台，也得到相应的快速发展。运动模拟台可用来在实验室条件下模拟航天、船舶、车辆在行进中，由于受到天气、行进路线状况等特殊环境影响，而产生的各种运动。现十余年来，并联机器人机构学理论和应用研究都取得了长足的进步。并联机构具有多自由度、结构简单、大承载力及易于控制等优点，被作为模拟平台而广泛应用到各种训练中。近20年来，并联运动平台中被研究最多的就是六自由度并联平台，但其制造成本高、控制技术高、外形尺寸与工作空间比不合理，而且实际的运动模拟大多不需要六个自由度。空间少自由度并联平台和传统的六自由度并联平台相比，驱动元件少，工作空间大、易解耦，具有结构简单，设计制造和控制的成本都相对较低，高刚度，高精度的特点，特别是具有完全相同的分支结构对称具有各向同性的对称少自由度并联机构更具应用潜力。因此自由度数少于6的运动模拟台成为了目前机器人领域研发的热点。由于大工作空间下的线性移动装置都需要很大运动行程，这样就导致整个机构的体积庞大，因此在大工作空间的前提下如何减小线性移动装置的行程成为拓展并联机器人应用范围的一个关键问题。如中国专利CN201110089988.X提出了一种具有两转一移三自由度的非对称结构并联机构，三个分支为2-RPS/RPU，为两种结构的运动分支。其不足之处是：不相同结构的运分支会使运动平台的工作空间不对称从而增加操作规划的难度，不易控制，而且不同结构运动分支使设计、制造和装配成本提高,同时其大空间下其机构因为行程问题体积将很大；中国专利CN201010100895.8 提出一种对称两转一移三自由度并联机构，三个分支为3-RRURR,其体积较小，具有较大的工作空间，但系统整体移动性较差，机构的运动范围以及动态性能具有一定的局限性，且负载能力较差，所需驱动力矩较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种占用体积小、承载能力强、具有大承载面和工作空间、可实现空间两个方向转动和竖直方向移动的具有平面四连杆闭环结构的三自由度并联模拟台。
本发明的技术方案如下：
本发明主要包括动平台、定平台以及连接这两个平台的四条分支,其中分布在周围的为三条结构完全相同的RP                                                
Figure 2012105303656100002DEST_PATH_IMAGE001
S驱动分支，另一条为PS中间承载约束分支，上述三条RPS驱动分支均主要由第一转动连接件、四连杆机构和线性模组组成，并以等边三角形方式布置。第一转动连接件固连在动平台上，该转动连接件由轴线相交且不在同一面里的三个转动副组成，通过固定在滑块连接法兰上的四杆机构与线性模组相连，该线性模组的一端与固连在中间平台的上连接座连接，其另一端与固定在定平台的下连接座连接，并倾斜布置,同时与定平台面夹角为35～85°，同时线性模组能绕自身轴线旋转。线性模组的倾斜角度的大小与动平台运动性能指标有关。PS中间承载约束分支位于动平台与定平台中心连线上，该分支由第二转动连接件、升降平衡装置、中间平台和支撑架组成，第二转动连接件与动平台固连，该转动连接件的另一端与固定在中间平台的升降平衡装置连接，在该升降平衡装置内部设有弹簧、液压缸或气缸，用以平衡不同重量的负载。支撑架的三条支腿的一端与中间平台固连，其另一端与定平台固连，并呈正三角形布置，上述第二转动连接件中心与动平台中心连线垂直于动平台。
当动平台升降或者旋转时，线性模组中的滑块向上运动，四连杆机构会随之伸展开来，使整个连杆变长并提供一个推力；而线性模组中的滑块向下运动时，四连杆机构会随之折叠起来，使整个连杆缩短并提供一个拉力。整个过程使滑块的运动行程大大减少，从而可以减小整个机构的体积，而且机构的工作空间也大幅度的增大。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、通过四连杆机构的伸展与折叠，能减小驱动副的运动行程，从而减小整个机构的体积，同时增大了机构的运动空间。
2、平台高度低、占用体积小，工作空间大，可实现两转一移。
3、中间约束分支不仅有约束作用又起到保护作用，同时能平衡动平台上负载重力，从而最大限度地提高了动平台承载能力和动态性能。
4、采用线性模组驱动，在其工作空间内性能稳定，在承受负载时仍具有较高的动态响应，易于安装、控制和维护；
附图说明
图1为本发明实施例1的立体结构示意简图。
图2为本发明实施例2的立体结构示意简图。
具体实施方式
 实施例1
在图1所示的具有平面四连杆闭环结构的三自由度并联模拟台示意简图中，三条结构完全相同的RP
Figure 631312DEST_PATH_IMAGE001
S驱动分支中的第一球铰2固连在动平台1上，该第一球铰通过固定在滑块连接法兰9上的四杆机构3与线性模组11相连，该线性模组的一端与固连在中间平台7的上连接座8连接，其另一端与固定在定平台5的下连接座12连接，并倾斜布置,同时与定平台面夹角为55°，同时线性模组能绕自身轴线旋转。PS中间承载约束分支位于动平台与定平台中心连线上，该分支中的第二球铰6与动平台固连，该第二球铰的另一端与固定在中间平台的升降平衡装置10连接，在上述升降平衡装置内部设有弹簧，用以平衡不同重量的负载；支撑架4的三条支腿的一端与中间平台固连，其另一端与定平台固连，并呈正三角形布置，上述第二球铰中心与动平台中心连线垂直于动平台。
实施例2
在图2所示的具有平面四连杆闭环结构的三自由度并联模拟台示意简图中，三条结构完全相同的RP
Figure 830212DEST_PATH_IMAGE001
S驱动分支中的第一球副13固连在动平台1上，该球副通过固定在滑块连接法兰9上的四杆机构3与线性模组11相连，该线性模组的一端与固连在中间平台7的上连接座8连接，其另一端与固定在定平台5的下连接座12连接，并倾斜布置,同时与定平台面夹角为75°，同时线性模组能绕自身轴线旋转。PS中间承载约束分支位于动平台与定平台中心连线上，该分支中的第二球副14与动平台固连，该第二球副的另一端与固定在中间平台的升降平衡装置10连接，在上述升降平衡装置内部设有液压缸，用以平衡不同重量的负载；支撑架4的三条支腿的一端与中间平台固连，其另一端与定平台固连，并呈正三角形布置，上述第二球副中心与动平台中心连线垂直于动平台。

Claims (1)

1.一种具有平面四连杆闭环结构的三自由度并联模拟台，其主要包括动平台、定平台以及连接这两个平台的四条分支,其中分布在周围的为三条结构完全相同的RP                                                
Figure 2012105303656100001DEST_PATH_IMAGE001
S驱动分支，另一条为PS中间承载约束分支，其特征在于：上述三条RP
Figure 895087DEST_PATH_IMAGE001
S驱动分支以等边三角形方式布置，其中的第一转动连接件固连在动平台上，该转动连接件由轴线相交且不在同一面里的三个转动副组成，其通过固定在滑块连接法兰上的四杆机构与线性模组相连，该线性模组的一端与固连在中间平台的上连接座连接，其另一端与固定在定平台的下连接座连接，并倾斜布置,同时与定平台面夹角为35～85°，PS中间承载约束分支位于动平台与定平台中心连线上，该分支中的第二转动连接件与动平台固连，该转动连接件的另一端与固定在中间平台的升降平衡装置连接，在该升降平衡装置内部设有弹簧、液压缸或气缸，支撑架的三条支腿的一端与中间平台固连，其另一端与定平台固连，并呈正三角形布置，上述第二转动连接件中心与动平台中心连线垂直于动平台。
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