CN103423558A - 一种耦合型四自由度并联隔振平台 - Google Patents

一种耦合型四自由度并联隔振平台 Download PDF

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耿明超
陈宇航
王唱
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一种耦合型四自由度并联隔振平台，其主要包括上平台、下平台以及连接这两个平台的结构完全相同的四个主体分支和一个中间约束分支，该主体分支中的作动器的尾部通过万向铰与下平台连接，该作动器的伸缩杆通过球铰与上平台连接，中间约束分支中的下连杆的一端通过万向铰与下平台连接，该下连杆的另一端与上连杆套接，构成移动副，即上连杆可以在下连杆内伸缩，该移动副的上连杆上套有弹簧，该上连杆的另一端通过转动副与上平台连接，该转动副的轴线平行于中间约束分支中万向铰的一个轴线。四个主体分支的下铰链点为正方形对称布置，上铰链点为梯形布置，梯形关于中间约束分支的转动副轴线对称。本发明结构简单、承载能力大、动态响应特性好。

Description

一种耦合型四自由度并联隔振平台
技术领域
本发明涉及一种并联机构，特别是一种隔振平台。
背景技术
多维振动是一种普遍现象。船舶或者车辆在运动的过程中，由于外界环境的因素将产生多维振动。主要运动形式为上下平动振动，俯仰转动振动，横滚转动振动和前进方向上的平动振动。多维振动对人员和设备产生不良影响，造成各种不同的损害。例如，救护车的多维振动将加重病人的痛苦，船舶的多维振动将影响其精密设备的精度，降低设备的使用寿命。因此多维隔振平台对于减少救护车病床的振动，保证精密仪器仪表的运输，提高导航系统、定位系统，瞄准器的工作稳定性具有重要的意义。串联的两轴、三轴稳定平台只能隔离左右摇摆和俯仰等振动不能满足对转动和移动的同时隔离的要求。相比之下，并联机构能够实现耦合补偿。并联平台具有多自由度、结构简单、大承载力及易于控制等优点，被广泛应用。空间少自由度并联平台机构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。
专利02104919.X提出了几种4自由度和5自由度的并联机构，该类机构各项同性好、刚度好；但由于其对运动副之间的位置关系较为严格，对加工装配提出了较高的要求。专利02137859.2、02137858.4、02137856.8均提出一种两维平移两位转动的并联机构，该机构结构简单、工作空间大；同样这些机构也对位置关系要求较为严格，不易加工装配。专利ZL200420102722.X提出一种两维移动两维转动的并联机构，该机构结构简单、刚性好、易于控制、动态性能好；但由于其将一移动副布置在下平台，上平台受力较大时机构运动容易实现爬行。专利CN200620056937.1提出了一种两维移动两维转动的并联机构，该机构由四个相同的分支和一个RPU约束分支组成，由于该机构约束分支的万向铰在动平台上，使得机构在转动的同时不能产生较大的耦合移动，不能满足车辆船舶的隔振要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、承载能力大、动态响应特性好的耦合型四自由度并联隔振平台。
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结构完全相同的四个主体分支和一个中间约束分支。其中，该主体分支中的作动器的尾部通过万向铰与下平台连接，该作动器的伸缩杆通过球铰与上平台连接。上述主体分支的的驱动形式为作动器能够替换为音圈电机或直线电机等其它形式的直线驱动单元。中间约束分支中的下连杆的一端通过万向铰与下平台连接，该下连杆的另一端与上连杆套接，构成移动副，即上连杆可以在下连杆内伸缩，该移动副的上连杆上套有弹簧，该上连杆的另一端通过转动副与上平台连接，该转动副的轴线平行于中间约束分支中万向铰的一个轴线。四个主体分支的下铰链点为正方形对称布置，上铰链点为梯形布置，梯形关于中间约束分支的转动副轴线对称。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、结构简单，位置关系要求少，易于工程实现。
2、中间约束分支的存在使得该平台具有两维转动和两维移动四个自由度，转动的同时具有较大的耦合移动，符合了船舶或者车辆的隔振要求。
3.中间约束分支中存在弹簧，有效的提高了系统的承载能力。隔振平台的动态特性好。
附图说明
图1为本发明立体示意简图。
具体实施方式
在图1所示的一种耦合型四自由度并联隔振平台示意图中，该主体分支中的作动器4的尾部通过万向铰5与下平台6连接，该作动器的伸缩杆3通过球铰2与上平台1连接；中间约束分支中的下连杆8的一端通过万向铰7与下平台连接，该下连杆的另一端与上连杆9套接，构成移动副，即上连杆可以在下连杆内伸缩，该移动副的上连杆上套有弹簧10，该上连杆的另一端通过转动副11与上平台连接，该转动副的轴线平行于中间约束分支中万向铰的一个轴线。四个主体分支的下铰链点为正方形对称布置，上铰链点为梯形布置，梯形关于中间约束分支的转动副轴线对称。

Claims (2)

1.一种耦合型四自由度并联隔振平台，其主要包括上平台、下平台以及连接这两个平台的结构完全相同的四个主体分支和一个中间约束分支，其特征在于：该主体分支中的作动器的尾部通过万向铰与下平台连接，该作动器的伸缩杆通过球铰与上平台连接，中间约束分支中的下连杆的一端通过万向铰与下平台连接，该下连杆的另一端与上连杆套接，构成移动副，即上连杆可以在下连杆内伸缩，该移动副的上连杆上套有弹簧，该上连杆的另一端通过转动副与上平台连接，该转动副的轴线平行于中间约束分支中万向铰的一个轴线。四个主体分支的下铰链点为正方形对称布置，上铰链点为梯形布置，梯形关于中间约束分支的转动副轴线对称。
2.根据权利要求1所述的一种耦合型四自由度并联隔振平台，其特征在于：所述主体分支的的驱动形式为作动器能够替换为音圈电机、直线电机等其它形式的直线驱动单元。
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