CN103424269A - 一种含闭环子链的耦合型四自由度运动模拟台 - Google Patents

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一种含闭环子链的耦合型四自由度运动模拟台，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，主体分支中下连杆的一端与下平台连接，其另一端与上连杆的一端连接，该上连杆另一端与上平台连接；该主体分支中的驱动分支中电机座与下平台固接，电机和减速器与电机座固连，曲柄盘与减速器连接，滑块固定在上述曲柄盘的外面上，上述滑块与上述下连杆连接；中间约束分支中下连杆的一端与下平台连接，其另一端与上连杆的一端连接，该上连杆另一端与上平台连接，中间约束分支的移动副上的上连杆外装有弹簧。本发明可实现两个方向的耦合运动，能够真实模拟车辆船舶多维振动。

Description

一种含闭环子链的耦合型四自由度运动模拟台
技术领域
本发明涉及一种并联机构，特别是一种运动模拟台。
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。模拟车辆的多维振动对研究车辆内的减振具有重要的意义，而车辆的运动一般都是移动和转动的耦合。因此需要机构能够实现二维移动和二维转动，在实现转动的同时能够实现较大的耦合位移。一般的串联平台易于实现大转角、轻载调姿，不适用于对存在转动和移动自由度耦合的负载进行位姿调整。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。近20年来，研究最多的就是六自由度并联平台，但实际的工作大多不需要六个自由度。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。但少自由度并联机构的研究进展很不平衡，其中二、三自由度并联机构的研究基本成熟，而四、五自由度并联机构的研究较复杂仍处于起步阶段，在一定程度上限制了该类并联机器人的发展和应用。
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，不能够真实的模拟车辆船舶等的多维振动。
发明内容
本发明的目的在于提供一种机构简单、易于加工装配、能够真实模拟车辆船舶多维振动的含闭环子链的耦合型四自由度并联运动模拟台。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。其中间约束分支位于平台中间，四个主体分支均匀分布在平台上。其中主体分支中的下连杆的一端通过转动副与下平台连接，该下连杆的另一端通过万向铰与上连杆的一端连接，该上连杆的另一端通过球铰与上平台连接。该主体分支中还包含一个驱动分支，该驱动分支与上述下连杆组成一个闭环子链。在驱动分支中电机座与下平台固接，电机和减速器与电机座固连，曲柄盘与减速器连接，滑块通过转动副固定在上述曲柄盘的外面上，上述滑块通过移动副与上述下连杆连接。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，该下连杆的另一端通过移动副与上连杆的一端连接，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。中间约束分支的移动副上的上连杆外套有弹簧。
本发明与现有的相关技术相比具有如下优点：
1、结构简单、易于加工装配。
2、可以实现两个方向的耦合运动，能够真实模拟车辆船舶多维振动。
3、本发明采用驱动分支驱动，而不是直接驱动主体分支的转动副，有效的改善了运动模拟台的力学性能。
4、本发明的驱动分支与下连杆组成一个闭环子链，增加了系统的刚度，提高了系统的承载能力。
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所示的含闭环子链的耦合型四自由度运动模拟台示意图中，主体分支中的下连杆7的一端通过转动副8与下平台12连接，该下连杆的另一端通过万向铰4与上连杆2的一端连接，该上连杆的另一端通过球铰3与上平台1连接。该主体分支中还包含一个驱动分支，驱动分支与上述下连杆组成一个闭环子链。在驱动分支中电机座11与下平台固接，电机10和减速器9与电机座固连，曲柄盘5与减速器连接，滑块6通过转动副固定在上述曲柄盘的外面上，上述滑块通过移动副与上述下连杆连接。中间约束分支中的下连杆14的一端通过万向铰13与下平台连接，该下连杆的另一端通过移动副与上连杆15的一端连接，该上连杆的另一端通过转动副17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。中间约束分支的移动副上的上连杆外套有弹簧16。

Claims (1)

1.一种含闭环子链的耦合型四自由度运动模拟台，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，其中间约束分支位于平台中间，四个主体分支均匀分布在平台上，其特征在于：其主体分支中的下连杆的一端通过转动副与下平台连接，该下连杆的另一端通过万向铰与上连杆的一端连接，该上连杆的另一端通过球铰与上平台连接；该主体分支中还包含一个驱动分支，该驱动分支与上述下连杆组成一个闭环子链，在驱动分支中电机座与下平台固接，电机和减速器与电机座固连，曲柄盘与减速器连接，滑块通过转动副固定在上述曲柄盘的外面上，上述滑块通过移动副与上述下连杆连接；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，该下连杆的另一端通过移动副与上连杆的一端连接，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。中间约束分支的移动副上的上连杆外套有弹簧。
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