CN103383821B - 带有平衡机构的六自由度重载静平衡并联运动模拟台机构 - Google Patents

Abstract

一种带有平衡机构的六自由度重载静平衡并联运动模拟台机构，其主要包括运动平台、基础平台、承重平台、六条结构完全相同的驱动分支和三条结构完全相同的平衡分支。运动平台、基础平台和连接这两个平台的驱动分支构成并联驱动机构。承重平台、基础平台和连接这两个平台的平衡分支构成并联平衡机构。上述六条驱动分支为UPS结构，由电动缸、第一球铰和第一万向铰组成。上述三条平衡分支为UPU结构，由平衡液压缸或平衡气缸、第二万向铰和第三万向铰组成，承重平台通过第二球铰与运动平台连接。本发明承载能力强，动态响应速度快，运动平台转动时，平衡机构没有惯性力（力矩），承重平台对运动平台的作用力竖直向上，没有其他方向的分力。

Description

带有平衡机构的六自由度重载静平衡并联运动模拟台机构

技术领域

本发明涉及一种并联机构，特别是一种并联运动模拟台。

背景技术

相对于串联机构，并联机构的一个突出优点是承载能力强、精度高，适用于运动模拟、训练驾驶员等领域。飞机、舰船等大型设备的不断发展，对并联运动模拟台的承载能力、动态响应及运动精度提出了更高的要求。然而，电动机功率和输出转矩有限，不能承受重载，液压系统可承受重载，但液压油对温度敏感的特点限制了液压系统在高精度并联运动模拟台中的应用。

为了提高并联运动模拟台的承载能力和运动精度，中.国专利200820004705.0公开了一种大负载六自由电动平台，该机构包括六个电动缸和至少三个气缸，用以模拟飞机、坦克等运动。但运动过程中气缸始终在上平台的带动下运动，其惯性力（力矩）以及由气缸推力产生的除沿竖直方向外其他方向的分力（力矩）都会导致电动缸负载的增加。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，其主要特点是适用于需要大幅值升沉运动的运动模拟需求。但其负载的重力和惯性力主要由并联运动模拟机构承担，承载能力没有提高。中国专利201110107998.1公布了一种具有机械容错功能的大型重载模拟器，采用三十二个冗余驱动电机，增强了承载力和驱动力，且当地位对等的冗余驱动源之间不同步或发生故障时，系统可以继续工作，使系统的安全性和可靠性得到保证。但机械结构复杂，同时控制三十二个冗余驱动电机，增大了控制的难度。中国专利98102675.3公布了一种具有重量支承致动器的模拟器，采用七个致动器驱动平台运动，具有较高的承载能力，但七个致动器构成冗余驱动，需实时检测系统压力进行控制，增加了控制的难度和成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有高承载能力、高动态响应、静载平衡、控制简单的带有平衡机构的六自由度并联运动模拟台机构。

本发明的技术方案如下：

本发明主要包括运动平台、基础平台、承重平台、六条结构完全相同的驱动分支和三条结构完全相同的平衡分支。运动平台、基础平台和连接这两个平台的驱动分支构成并联驱动机构。承重平台、基础平台和连接这两个平台的平衡分支构成并联平衡机构。上述六条驱动分支为UPS结构，由电动缸、第一球铰和第一万向铰组成，其中电动缸的伸缩杆端部通过第一球铰与运动平台连接，该电动缸尾部通过第一万向铰与基础平台连接。上述六个第一球铰中心点连线构成六边形，上述六个第一万向铰中心点连线构成六边形。六个第一球铰中心点连线构成的六边形的短边与六个第一万向铰中心点连线构成的六边形的长边平行。上述三条平衡分支为UPU结构，由平衡液压缸或平衡气缸、第二万向铰和第三万向铰组成，其中平衡液压缸或平衡气缸的尾部通过第二万向铰与基础平台连接，第二万向铰中心布置为等边三角形，平衡液压缸或平衡气缸的伸缩杆通过第三万向铰与承重平台连接，第三万向铰中心布置为等边三角形。上述承重平台通过第二球铰与运动平台连接；上述第二球铰由三个轴线相互垂直且相交于一点的转动副构成。上述第二万向铰中由第一转动副和第二转动副构成，第一转动副和第二转动副轴线垂直相交；上述第一转动副轴线与基础平台表面平行，上述第三万向由第三转动副和第四转动副构成，第三转动副和第四转动副轴线垂直相交；上述第四转动副轴线与承重平台表面平行；上述第二转动副和第三转动副轴线平行，并分别斜交于基础平台。

运动之前，通过调节平衡液压缸或平衡气缸的推力，承重平台对运动平台产生作用力，以平衡运动平台和负载的部分或全部重力。运动过程中平衡液压缸或平衡气缸的推力由蓄能器保持。电动缸的作用是平衡运动平台和负载的剩余重力和驱动运动平台和负载实现给定运动。平衡机构的存在。减小了电动缸的负载，提高了该机构的承载能力。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1平衡机构具有三个平动自由度，所以运动平台做三维转动时，平衡机构保持静止，没有惯性力（力矩），同时承重平台对运动平台的作用力竖直向上，没有其他方向的分力。

2平衡液压缸或平衡气缸的推力通过蓄能器保持，工作过程中不需要对其控制，降低了控制的难度。

3平衡机构为随动机构，在运动平台的带动下运动。环境温度变化时，平衡液压缸或平衡气缸压力的小范围变化不会影响运动精度，保证了本发明在室内野外均可实现高精度的运动。

4并联平衡机构能平衡运动平台和负载的部分重力，电动缸只需出较小的力即可实现运动平台和负载的期望运动，提高了运动模拟台机构的承载能力和动态响应速度，同时并联平衡机构还可以起到安全保护的作用。

附图说明

图1为本发明的主视图。

图2为本发明的俯视图。

图3为并联平衡机构的俯视图。

具体实施方式

在图1所示带有平衡机构的六自由度重载静平衡并联运动模拟台机构的示意图中，六条结构完全相同的驱动分支中的电动缸3的伸缩杆端部通过第一球铰4与运动平台5连接，该电动缸尾部通过第一万向铰2与基础平台1连接。如图2所示，上述六个第一球铰中心点连线构成半对称六边形，上述六个第一万向铰中心点连线构成半对称六边形，六个第一球铰中心点连线构成的半对称六边形的短边与六个万向铰中心点连线构成的半对称六边形的长边平行。三条结构完全相同的平衡分支中的平衡液压缸11的尾部通过第二万向铰12与基础平台连接，该平衡液压缸的伸缩杆端部通过第三万向铰9与承重平台7连接，上述承重平台通过第二球铰6与运动平台连接；上述第二球铰由三个轴线相互垂直且相交于一点的转动副构成。如图3所示，上述三个第二万向铰中心布置为等边三角形，上述三个第三万向铰中心点布置为等边三角形。上述第二万向铰中由第一转动副13和第二转动副14构成，第一转动副和第二转动副轴线垂直相交；上述第一转动副轴线与基础平台表面平行，上述第三万向由第三转动副10和第四转动副8构成，第三转动副和第四转动副轴线垂直相交；上述第四转动副轴线与承重平台表面平行；上述第二转动副和第三转动副轴线平行，并分别斜交于基础平台。

Claims (1)

1.一种带有平衡机构的六自由度重载静平衡并联运动模拟台机构，其主要包括运动平台、基础平台、承重平台、六条结构完全相同的驱动分支和三条结构完全相同的平衡分支，其特征在于：上述六条驱动分支中的电动缸的伸缩杆端部通过第一球铰与运动平台连接，电动缸的尾部通过第一万向铰与基础平台连接，上述六个第一球铰中心点连线构成六边形，上述六个第一万向铰中心点连线构成六边形，六个第一球铰中心点连线构成的六边形的短边与六个第一万向铰中心点连线构成的六边形的长边平行，上述三条平衡分支中的平衡液压缸或平衡气缸的尾部通过第二万向铰与基础平台连接，该平衡液压缸或平衡气缸的伸缩杆端部通过第三万向铰与承重平台连接，上述三个第二万向铰中心布置为等边三角形，上述三个第三万向铰中心布置为等边三角形，上述承重平台通过第二球铰与运动平台连接；上述第二万向铰由第一转动副和第二转动副构成，第一转动副和第二转动副轴线垂直相交；上述第三万向铰由第三转动副和第四转动副构成，第三转动副和第四转动副轴线垂直相交；第一转动副轴线平行于基础平台，第四转动副轴线平行于承重平台，第二转动副与第三转动副轴线平行且分别斜交于基础平台。