CN103440794B - 一种六自由度混联重力补偿机构 - Google Patents

Abstract

一种六自由度混联重力补偿机构，其主要包括基础平台、四个平衡缸、第一运动平台、第二运动平台、三条结构完全相同的约束分支、个万向球和负载连接块。其中平衡缸尾部与基础平台固连，该平衡缸伸缩杆端部与第一运动平台固连，第一运动平台和第二运动平台通过三条结构完全相同的约束分支连接。约束分支由第一旋转臂、第二旋转臂、第一转动副、第二转动副和第三转动副构成。万向球的基座与第二运动平台固定，其球体与第一运动平台接触，负载连接块通过万向铰与上述第二运动平台连接。本发明承载能力强，在负载位于空间任意位姿时，均可对其提供竖直向上的推力以补偿负载的重力且不会产生其他方向的附加力(力矩)。

Description

一种六自由度混联重力补偿机构

技术领域

本发明涉及一种混联结构，特别是一种重力补偿机构。

背景技术

国防、航空航天和交通运输业事的快速发展，使作战车辆、运输车、飞机、舰船等载体的体积、质量、运载量不断增加，同时也对其性能有了更高的要求。因此在研发过程中对这些载体进行运动模拟试验，测量其各项性能指标显得尤为重要。但由于驱动器的力（力矩）、功率有限，运动模拟器向大载荷，高速度，高加速度方向的发展受到一定得制约。而通过对负载的重力进行补偿，可以减小驱动器的负载，进而提高运动模拟器的驱动能力。同时空间设备的地面微重力模拟实验中，也需要对研究对象的重力进补偿。为解决上述问题，中国专利200820004705.0公开了一种大负载六自由电动平台，该机构中采用至少三个气缸并联来补偿负载重力，运动平台位姿改变时，除去竖直向上作用力，三个气缸还会产生其他方向的附加力(力矩)，且运动过程中气缸随动，会产生惯性力(力矩)，这些都增加了电动缸的负载。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，机构中重力平衡装置只在负载大幅值升沉运动时起作用，对于负载做其他五个自由度运动时，重力平衡装置不能平衡负载重力。中国专利200610098165.2公布了三维气浮平台和气压式重力补偿方法，该平台通过气缸活塞杆的支撑力补偿重力，承载能力较差，同时该气缸和气浮垫、两对转轴共同组成六自由度运动模拟装置，其主要功能为运动模拟，且为串联结构，承载能力较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种承载能力强、在负载位于空间任意位姿时，均可对其提供竖直向上的推力且不会产生其他方向的附加力(力矩)的六自由度重力补偿机构。

本发明的技术方案如下：

本发明主要包括基础平台、四个平衡缸、第一运动平台、第二运动平台、三条结构完全相同的约束分支、四个万向球和负载连接块。其中平衡缸尾部与基础平台固连，该平衡缸伸缩杆端部与第一运动平台固连。四个平衡缸中一个位于基础平台中心，其余几个在基础平台四周均匀布置，平衡缸的缸体轴线相互平行，且垂直与基础平台表面。上述基础平台与第一运动平台平行。三条结构完全相同的约束分支为RRR结构，其中第一旋转臂的一端通过第一转动副与第一运动平台连接，其另一端通过第二转动副与第二旋转臂的一端连接，该第二旋转臂的另一端通过第三转动副与第二运动平台连接。上述第一转动副、第二转动副、第三转动副轴线相互平行，且垂直与第一运动平台表面。万向球的基座固定安装于第二运动平台下表面，该万向球的球体与第一运动平台上表面接触；四个万向球中一个位于第二运动平台中心，其余几个在第二运动平台四周均匀布置。负载连接块通过万向铰与上述第二运动平台连接。

平衡缸采用液压或气压驱动，工作之前给定平衡缸的推力。运动过程中该六自由度混联重力补偿机构向负载提供竖直向上的作用力，以平衡负载的重力。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1采用冗余驱动的行式和万向球支撑，承载能力强。

2负载处于空间任意位姿时，该重力补偿机构均可对负载提供竖直向上的作用力以平衡重力，同时不会产生其他方向的附加力(力矩)。

3负载做单自由度运动时，该重力补偿机构中只有少量的构件运动，减小了机构运动过程中的惯性力(力矩)。

附图说明

图1为本发明的立体示意简图。

图2为本发明中万向球位置布置示意简图。

具体实施方式

在如图1所示的一种六自由度混联重力补偿机构的结构示意简图中，四个平衡缸2尾部与基础平台1固连，平衡缸伸缩杆端部与第一运动平台3固连。四个平衡缸中一个位于基础平台中心，其余三个在基础平台四周均匀布置，四个平衡缸的缸体轴线相互平行，且垂直与基础平台表面。上述基础平台与第一运动平台平行。三条结构完全相同的约束分支为RRR结构，其中第一旋转臂5的一端通过第一转动副4与第一运动平台连接，其另一端通过第二转动副6与第二旋转臂7的一端连接，该第二旋转臂的另一端通过第三转动副10与第二运动平台连接。上述第一转动副、第二转动副、第三转动副轴线相互平行，且垂直与第一运动平台表面。四个万向球8的基座固定在第二运动平台9下表面，万向球的球体与上述第一运动平台上表面接触。如图2所示，四个万向球中一个位于第二运动平台中心，其余三个在第二运动平台四周均匀布置。负载连接块12通过万向铰11与上述第二运动平台连接。

Claims (4)

1.一种六自由度混联重力补偿机构，其包括基础平台、四个平衡缸、第一运动平台、第二运动平台、三条结构完全相同的约束分支、四个万向球和负载连接块，其特征在于：其平衡缸尾部与基础平台固连，该平衡缸伸缩杆端部与第一运动平台固连，四个平衡缸中一个位于基础平台中心，其余几个在基础平台四周均匀布置，三条结构完全相同的约束分支为RRR结构，其中第一旋转臂的一端通过第一转动副与第一运动平台连接，其另一端通过第二转动副与第二旋转臂的一端连接，该第二旋转臂的另一端通过第三转动副与第二运动平台连接，万向球的基座固定安装于第二运动平台下表面，该万向球的球体与第一运动平台上表面接触；四个万向球中一个位于第二运动平台中心，其余几个在第二运动平台四周均匀布置，负载连接块通过万向铰与上述第二运动平台连接。

2.根据权利要求1所述的一种六自由度混联重力补偿机构，其特征在于：所述四个平衡缸的缸体轴线相互平行，且垂直于基础平台表面。

3.根据权利要求1或2所述的一种六自由度混联重力补偿机构，其特征在于：所述基础平台与第一运动平台平行。

4.根据权利要求3所述的一种六自由度混联重力补偿机构，其特征在于：所述第一转动副、第二转动副、第三转动副轴线相互平行，且垂直与第一运动平台表面。