CN103267210B - 一种六自由度并联指向平台 - Google Patents

Abstract

一种六自由度并联指向平台，其主要包括上平台、下平台、以及连接这两个平台的六条结构完全相同并两两一组均布的驱动分支和一条中间检测分支，驱动分支的作动器与下平台固连，其输出端通过第一万向铰与电动缸尾部连接，该电动缸伸缩杆端部通过第一球铰与上平台连接；中间检测分支的随动缸缸体尾部通过第二万向铰与下平台连接，随动缸伸缩杆通过第二球铰与上平台连接，在随动缸缸体上设有光栅尺和两根导轨，导轨上设有导向滑块，随动缸伸缩杆上端设有平衡板，该平衡板两边设有两根拉杆，该两根拉杆的另一端分别与导向滑块及光栅尺读数头连接。本发明动态响应快、工作空间大、承载能力强、双重驱动能同时补偿低频位姿扰动与高频振动。

Description

一种六自由度并联指向平台

技术领域

本发明涉及一种并联机构，特别是一种并联指向平台。

背景技术

随着航空航天以及国防军工等工程技术领域的发展，对相关仪器设备提出了更高要求，如新一代空间望远镜要求0.01微弧度指向精度，深空激光通信卫星需要微弧度级指向精度，舰船火炮用跟踪定位指向机构要求高动态响应以及定位刚度，指向平台是实现以上特殊要求的关键装置。目前，指向平台多为二、三轴的串联转动平台，主要用于小型相机等设备的姿态调节以实现定向拍摄。随着指向平台承载的仪器设备体积和质量的不断增加，以及指向精度要求的不断提高，串联机构已难以满足要求。并联机构具有刚度大、结构紧凑、承载能力强、累计误差小、响应速度快、易于实现多轴耦合运动等优点，是精确指向平台机构较为理想的机构构型。

传统的指向平台一般只突出单一的调姿指向功能，然而随着仪器设备对精确指向要求的提高，指向平台不仅要能够调节大范围位姿偏差，还要具备多维振动隔离的功能；在一般的隔振机构中，采用较多的仍然是被动隔振方式，但被动隔振只能对频率很高的振动进行隔离，且有较大的谐振峰，对于频率较低的振动，不但起不到隔振作用，还会将振源的扰动放大，而加入主动隔振的系统，隔振性能明显改善。中国专利CN102601794A提出了一种具有调姿能力的高刚度四自由度并联机构，该机构可实现快速进给，但工作空间小，限制了姿态调节能力；中国专利CN102865328A提出了一种基于混联机构的五维隔振平台，该机构移动与转动完全解耦，易于控制隔振性能良好，但隔振子系统由线性弹簧和磁流变阻尼器组成，属于被动隔振，不能对大幅度的扰动进行调节；中国专利CN201787966U提出了一种串并联组合的六自由度调节平台，本发明主要用于提高标靶的位置精度，但只能进行一般速度下的调节，动态响应较低，可调范围也比较有限；中国专利CN101653944A提出一种用于姿态调整的三自由度并联机构，本发明可实现三维转动，结构简单运动学解耦，但安装精度不易保证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工作空间大、承载能力强、高动态响应、可实现同时补偿低频高幅扰动与高频低幅振动的六自由度并联指向平台。

本发明的技术方案如下：

本发明主要包括上平台、下平台、以及连接这两个平台的六条结构完全相同并两两一组均布的驱动分支和一条中间检测分支。其中，驱动分支为PUPS结构，该分支的作动器与下平台固连，该作动器的输出端通过第一万向铰与电动缸尾部连接，该电动缸伸缩杆端部通过第一球铰与上平台连接；中间检测分支为UPS结构，该分支的移动副为一个随动缸，该随动缸缸体尾部通过第二万向铰与下平台连接，随动缸伸缩杆通过第二球铰与上平台连接，在上述第二球铰的坚直转轴上设有光栅编码器，在上述第二万向铰的两个旋转轴线及第二球铰的两个水平旋转轴线上各设有一个光电编码器，在上述随动缸缸体上沿随动缸移动轴线方向设有光栅尺和两根导轨，该导轨上设有导向滑块，上述随动缸伸缩杆上端设有平衡板，该平衡板两边设有两根拉杆，与上述两根导轨同侧的拉杆另一端与导向滑块固连，与上述光栅尺同侧的拉杆另一端与光栅尺读数头固连。

所述作动器能够替换成音圈电机或压电陶瓷电机或直线电机或直线执行器。

所述编码器能替换成任何角度检测传感器，所述光栅尺能替换成任何直线位移检测传感器。

各驱动分支的作动器工作在较高频率、较低幅度范围，主要用来实现指向平台对外界六维振动的补偿；电动缸工作在较低频率、较高幅度范围，主要用来实现指向平台对较大范围位姿偏差的补偿；平台既有低频高幅的位姿补偿输出，又有高频低幅的振动补偿输出，可同时实现调姿与隔振功能。

本发明可通过变换驱动组合方式转变成三种分支形式不同的并联机构，针对不同需要来使用。一般情况下，机构是一个6PUPS六自由度并联机构；当各驱动分支的第一重驱动刚化，即将作动器锁住，机构整体变成一个6UPS六自由度并联机构；当各驱动分支的第二重驱动刚化，即将电动缸锁住，机构整体变成一个6PUS六自由度并联机构。

中间检测分支对指向平台在工作空间内不施加任何约束，通过安装在中间检测分支各运动副轴线上的位置检测传感器，可间接获得上平台相对于下平台的位置与姿态信息。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、占用体积小，工作空间大,定向刚度高，动态响应快，可实现六维运动，；

2、具有很高的承载能力，在承载大惯量负载时仍能保证位姿的精确指向；

3、通过双重驱动形式，可实现同时对低频高幅的位姿扰动与高频低幅的六维振动进行补偿，实现调姿隔振；

4、采用主动隔振方式进行隔振，增大了隔振的频带宽度，使隔振性能得到提升。

5、改变驱动的组合形式，可改变机构构型，以应用于不同需求；

6、能够获得平台实时相对位姿信息，且不施加多余约束，不影响平台运动。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意简图；

图2为本发明的中间检测分支结构示意简图；

图3为光电编码器与光栅编码器安装方式图；

图4为导轨与滑块安装示意图。

具体实施方式

在图1所示的六自由度并联指向平台示意图中，六条驱动分支为结构完全相同的PUPS结构，呈两两一组呈几何均布，其中作动器2与下平台1固连，其输出端通过第一万向铰3与电动缸4尾部连接，该电动缸伸缩杆5端部通过第一球铰6与上平台7连接；中间检测分支8为UPS结构，如图2、3和4所示，移动副为一个随动缸，随动缸缸体13尾部通过第二万向铰9与下平台连接，随动缸伸缩杆14通过第二球铰15与上平台连接，在第二球铰15的坚直转轴上安装有光栅编码器19，第二万向铰9的两个旋转轴线及第二球铰15的两个水平旋转轴线上各安装一个光电编码器20，在随动缸缸体上沿随动缸移动轴线方向设有带光栅尺读数头17的光栅尺16和两根导轨11，该两根导轨上设有导向滑块10，随动缸伸缩杆上端设有平衡板18，该平衡板两边设有两根拉杆12，与上述两根导轨同侧的拉杆另一端与导向滑块固连，与上述光栅尺同侧的拉杆另一端与光栅尺读数头固连。

Claims (3)

1.一种六自由度并联指向平台，其主要包括上平台、下平台、以及连接这两个平台的六条结构完全相同并两两一组均布的驱动分支和一条中间检测分支，其特征在于：其驱动分支为PUPS结构，该分支的作动器与下平台固连，该作动器的输出端通过第一万向铰与电动缸尾部连接，该电动缸伸缩杆端部通过第一球铰与上平台连接；中间检测分支为UPS结构，该分支的移动副为一个随动缸，该随动缸缸体尾部通过第二万向铰与下平台连接，随动缸伸缩杆通过第二球铰与上平台连接，在上述第二球铰的坚直转轴上设有光栅编码器，在上述第二万向铰的两个旋转轴线及第二球铰的两个水平旋转轴线上各设有一个光电编码器，在上述随动缸缸体上沿随动缸移动轴线方向设有光栅尺和两根导轨，该导轨上设有导向滑块，上述随动缸伸缩杆上端设有平衡板，该平衡板两边设有两根拉杆，与上述两根导轨同侧的拉杆另一端与导向滑块固连，与上述光栅尺同侧的拉杆另一端与光栅尺读数头固连。

2.根据权利要求1所述的一种六自由度并联指向平台，其特征在于：所述作动器能够替换成音圈电机或压电陶瓷电机或直线电机或直线执行器。

3.根据权利要求1所述的一种六自由度并联指向平台，其特征在于：所述光栅编码器和光电编码器能替换成任何角度检测传感器，所述光栅尺能替换成任何直线位移检测传感器。