CN103050047B - 两自由度含闭环的自平衡并联运动模拟器 - Google Patents
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Abstract
一种两自由度含闭环的自平衡并联运动模拟器，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，其中三条为结构完全相同的SRU驱动分支，另一条为UP中间约束分支，每条SRU驱动分支的每组2个第一万向铰固定在定平台上，其中一个与转动副连接，另一个与电动缸连接，上述转动副与球铰连接，该球铰与动平台连接，UP中间分支中的内设弹簧的移动副下端固定在定平台的正中心，其上端与第二万向铰连接，该第二万向铰与动平台连接，第二万向铰中心在分支球铰组成的三角形外接圆中心。本发明结构简单，占用体积小，工作空间大；通过中间分支平衡静载，增大平台负载能力,降低电机扭矩和功率，可广泛应用于稳定舰载、车载装置以及运动模拟。
Description
技术领域
本发明涉及并联机构，特别涉及一种并联平台。
背景技术
随着人类技术的不断发展，人类探索的领域也在不断的扩展。航天航空技术、海洋技术都在不断的进步之中。在对海洋及天空的探索中，不可避免的会有各种设备装备在极端的环境下工作。而这些设备的造价必将非常昂贵，所以在实际应用前必须做大量的仿真模拟实验，以达到安全标准。随着地面模拟仿真技术的不断完善，很多天空、海洋实验都在陆地进行。而众所周知的并联机构具有刚度大、机构稳定、承载能力强、精度高、运动惯性小、反解控制简单的特点。目前，并联模拟运动台广泛地用于飞机、舰船及汽车等的运动模拟仿真。但是大多数的仿真器具有6个自由度。控制技术难度大，制造成本高、外形大、工作空间小。尤其对大型仿真器一般为液压驱动，需要油缸等其他设备，成本高且不易维护。所以少自由度电机驱动是并联机器人研究热点。提高少自由度并联机器人承载能力是关键问题之一。专利CN 102626919 A提出了一种轴线无汇交的对称两转一移并联机构，该发明各分支无轴线汇交，大大降低了制造难度，但是由于分支比较分散，造成机构体积大，工作空间比较小；专利CN102147046 A提出的两自由度并联机构可实现解耦两自由度运动，运动性能优良，易于控制，但是驱动电机的布置造成系统的动力学性能差，惯性力大，承载能力不高。
发明内容
本发明的目的是提供一种体积小、易控制、承载能力强、可实现空间两个方向转动的两自由度含闭环的自平衡并联运动模拟器。
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，其中三条为结构完全相同且均匀分布的SRU驱动分支，另一条为UP中间约束分支。每条SRU驱动分支均由一组2个第一万向铰、电动缸、下连杆、转动副、上连杆和球铰组成。定平台上设有三个呈正三角形布置的三角形底座，每组2个第一万向铰上下对称地固定在上述三角形底座上，其中固定在上面的第一万向铰通过下连杆与转动副连接，固定在下面的第一万向铰与电动缸的尾部连接，该电动缸的伸缩杆与上述下连杆连接，上述转动副通过上连杆与球铰连接，该球铰与动平台连接，三个球铰中心在动平台上成正三角形布置, 上连杆、下连杆、电动缸及定平台构成闭环4杆机构，UP中间分支由第二万向铰和内设弹簧的移动副组成，内设弹簧的移动副下端固定在定平台的正中心，其上端与第二万向铰连接，该第二万向铰与动平台连接。第二万向铰中心在分支球铰组成的三角形外接圆中心。当该平台处于工作状态时，负载在移动副内弹簧的作用下在Z轴方向某一位置达到静载平衡。
上述每条SRU驱动分支还有三种连接方式：
第一种方式，上述每条SRU驱动分支的每组2个第一万向铰上下对称地固定在上述定平台的三角形底座上，其中固定在上面的第一万向铰与电动缸的尾部连接，该电动缸的伸缩杆与上连杆连接，固定在下面的第一万向铰通过下连杆与转动副连接，该转动副通过上连杆与球铰连接，该球铰与动平台连接。
第二种方式, 上述每条SRU驱动分支的每组2个第一万向铰内外对称地固定在定平台上，其中固定在里面的第一万向铰通过下连杆与转动副连接，固定在外面的第一万向铰与电动缸的尾部连接，该电动缸的伸缩杆与上连杆连接，上述转动副通过上连杆与球铰连接，该球铰与动平台连接。
第三种方式，上述每条SRU驱动分支的每组2个第一万向铰内外对称地固定在定平台上，其中固定在里面的第一万向铰与电动缸的尾部连接，该电动缸的伸缩杆与上连杆连接，固定在外面的第一万向铰通过下连杆与上述转动副连接，该转动副通过上连杆与球铰连接，该球铰与动平台连接。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、结构简单，占用体积小，工作空间大，可实现二维转动，存在冗余驱动，克服奇异位形。
2、UP中间分支中的移动副内设有刚度较大的弹簧，通过中间分支能够起到平衡静载荷，以达到最大限度增加平台负载能力、减小驱动电机扭矩和功率的作用。
3、本发明为电动缸驱动，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，易于安装和维护。
4、两个自由度，易于控制，在很多领域有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例1立体结构示意简图。
图2为本发明中间分支结构的剖视图。
图3为本发明实施例2立体结构示意简图。
图4为本发明实施例3立体结构示意简图。
图5为本发明实施例4立体结构示意简图。
具体实施方式
实施例1
在图1所示的两自由度含闭环的自平衡并联运动模拟器结构示意简图中，三条结构完全相同SRU驱动分支呈均匀分布，定平台10上设有三个呈正三角形布置的三角形底座11，每组2个第一万向铰7上下对称地固定在上述三角形底座上，其中固定在上面的第一万向铰通过下连杆6与转动副4连接，固定在下面的第一万向铰与电动缸5的尾部连接，该电动缸的伸缩杆与上述下连杆连接，上述转动副通过上连杆3与球铰2连接，该球铰与动平台1连接，三个球铰中心在动平台上成正三角形布置。UP中间分支中的内设弹簧的移动副9（如图2 所示）下端固定在定平台的正中心，其上端与第二万向铰8连接，该第二万向铰与动平台连接，第二万向铰中心在分支球铰组成的三角形外接圆中心。
实施例2
在图3所示的两自由度含闭环的自平衡并联运动模拟器结构示意简图中，每条SRU驱动分支的每组2个第一万向铰7上下对称地固定在定平台的三角形底座11上，其中固定在上面的第一万向铰与电动缸5的尾部连接，该电动缸的伸缩杆与上连杆3连接，固定在下面的第一万向铰通过下连杆6与上述转动副连接。其它构件和连接关系与实施例1相同。
实施例3
在图4所示的两自由度含闭环的自平衡并联运动模拟器结构示意简图中，每条SRU驱动分支的每组2个第一万向铰7内外对称地固定在定平台10上，其中固定在里面的第一万向铰通过下连杆6与转动副4连接，固定在外面的第一万向铰与电动缸5的尾部连接，该电动缸的伸缩杆与上连杆3连接。其它构件和连接关系与实施例1相同。
实施例4
在图5所示的两自由度含闭环的自平衡并联运动模拟器结构示意简图中，每条SRU驱动分支的每组2个第一万向铰7内外对称地固定在定平台10上，其中固定在里面的第一万向铰与电动缸5的尾部连接，该电动缸的伸缩杆与上连杆3连接，固定在外面的第一万向铰通过下连杆6与上述转动副连接。其它构件和连接关系与实施例1相同。
Claims (4)
1.一种两自由度含闭环的自平衡并联运动模拟器，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，其中三条为结构完全相同且均匀分布的SRU驱动分支，另一条为UP中间约束分支，其特征在于：其定平台上设有三个呈正三角形布置的三角形底座，每条SRU驱动分支的每组2个第一万向铰上下对称地固定在上述三角形底座上，其中固定在上面的第一万向铰通过下连杆与转动副连接，固定在下面的第一万向铰与电动缸的尾部连接，该电动缸的伸缩杆与上述下连杆连接，上述转动副通过上连杆与球铰连接，该球铰与动平台连接，三个球铰中心在动平台上成正三角形布置，UP中间分支中的内设弹簧的移动副下端固定在定平台的正中心，其上端与第二万向铰连接，该第二万向铰与动平台连接，所述第二万向铰中心在分支球铰组成的三角形外接圆中心。
2.一种两自由度含闭环的自平衡并联运动模拟器，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，其中三条为结构完全相同且均匀分布的SRU驱动分支，另一条为UP中间约束分支，其特征在于：其定平台上设有三个呈正三角形布置的三角形底座，每条SRU驱动分支的每组2个第一万向铰上下对称地固定在上述三角形底座上，其中固定在上面的第一万向铰与电动缸的尾部连接，该电动缸的伸缩杆与上连杆连接，固定在下面的第一万向铰通过下连杆与转动副连接，上述转动副通过上连杆与球铰连接，该球铰与动平台连接，三个球铰中心在动平台上成正三角形布置，UP中间分支中的内设弹簧的移动副下端固定在定平台的正中心，其上端与第二万向铰连接，该第二万向铰与动平台连接，所述第二万向铰中心在分支球铰组成的三角形外接圆中心。
3.一种两自由度含闭环的自平衡并联运动模拟器，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，其中三条为结构完全相同且均匀分布的SRU驱动分支，另一条为UP中间约束分支，其特征在于：其每条SRU驱动分支的每组2个第一万向铰内外对称地固定在定平台上，其中固定在里面的第一万向铰通过下连杆与转动副连接，固定在外面的第一万向铰与电动缸的尾部连接，该电动缸的伸缩杆与上连杆连接，上述转动副通过上连杆与球铰连接，该球铰与动平台连接，三个球铰中心在动平台上成正三角形布置，UP中间分支中的内设弹簧的移动副下端固定在定平台的正中心，其上端与第二万向铰连接，该第二万向铰与动平台连接，所述第二万向铰中心在分支球铰组成的三角形外接圆中心。
4.一种两自由度含闭环的自平衡并联运动模拟器，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，其中三条为结构完全相同且均匀分布的SRU驱动分支，另一条为UP中间约束分支，其特征在于：其每条SRU驱动分支的每组2个第一万向铰内外对称地固定在定平台上，其中固定在里面的第一万向铰与电动缸的尾部连接，该电动缸的伸缩杆与上连杆连接，固定在外面的第一万向铰通过下连杆与转动副连接，上述转动副通过上连杆与球铰连接，该球铰与动平台连接，三个球铰中心在动平台上成正三角形布置，UP中间分支中的内设弹簧的移动副下端固定在定平台的正中心，其上端与第二万向铰连接，该第二万向铰与动平台连接，所述第二万向铰中心在分支球铰组成的三角形外接圆中心。
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