CN103592095A - 一种两转动两移动四自由度并联激振平台 - Google Patents
一种两转动两移动四自由度并联激振平台 Download PDFInfo
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Abstract
一种两转动两移动四自由度并联激振平台，其包括动平台、定平台以及连接这两个平台的四条结构相同的驱动分支和一条中间约束分支。四条驱动分支的结构均为PSS结构，每条驱动分支中，线性模组（电动驱动式）固定在定平台上，通过移动副与滑块连接，连杆的一端通过第一球副与滑块连接，其另一端通过第二球副与动平台连接，中间约束分支为PPU结构，该分支中的导轨固定在定平台上，下连杆一端通过第一移动副与上述导轨连接，其另一端通过第二移动副与上连杆的一端连接，该上连杆的另一端通过万向铰与动平台连接。本发明能够实现空间两维的独立转动自由度和两维的独立移动自由度，具有结构简单、紧凑、动态响应快、易于安装和维护等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种并联机构，特别是一种并联激振平台。
背景技术
在工业产品出厂前一般要通过动力学环境的检验。为节约成本，提高效率，经常在实验室中模拟产品的工作环境，通常要进行平稳、各态历经的振动试验，实验室进行振动试验一般通过振动台完成。到目前为止，市场上的振动平台有很多，大致可分为一维振动平台和多维振动平台。一维振动平台主要应用于精密小零件的测试，其以低频率、大负载、价格低廉而适用于实验室中做垂直和水平振动。然而在自然界和工程中，大量的振动现象都是随机产生的，由于随机振动的数据是不确定的，不可估的，因此人们很难用多个一维振动平台模拟正确的振动规律。多维激振平台便可以模拟刚体在空间的任意运动状态，能很好的模拟激励和响应之间的关系。目前研究较多的是六自由度并联激振平台，其中Stewart机构运用的已经比较成熟。但在实际工作中，大多数运用场合不需要六个自由度的运动，如果使用六自由度机构，便会造成多方面的浪费。空间少自由度并联机构相对于传统的六自由度并联平台而言，具有驱动元件少，结构简单，工作空间大，设计制造和控制成本都相对较低的特点。但少自由度并联机构的研究极不平衡，其中二、三自由度的并联机构比较成熟，而四、五自由度的并联机构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构的发展和应用，但其需求却非常大，因而对于这方面的机构研究具有广阔的应用前景。
中国专利CN1387977A提出了一种能实现两转两移的四自由度并联机构，它也是由几组移动副作为驱动，具有传动效率高、刚度好、受力性能好等特点，其不足之处在于，驱动分支过多，结构较为复杂，安装维护不方便。中国专利CN102240911提出了一种非完全对称的四自由度并联机构，其结构较为紧凑，分支简单便于制造和安装，但其不足之处在于，每条分支受力不均，受力性能不好。中国专利CN201573026U提出了一种对称布置的四自由度并联机构，该机构结构紧凑、刚度高，但其不足之处在于它的驱动器安置在分支上，使得分支的质量增大，机构的动态响应特性不好。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单紧凑、响应速度快、便于制造和安装两转动两移动四自由度并联激振平台。
本发明的技术方案如下：
本发明主要包括动平台、定平台以及连接这两个平台的五条分支，均匀分布在平台周围的四条分支为结构相同的驱动分支，中间分支为约束分支。四条驱动分支的结构均为PSS结构，即每条驱动分支都是由移动副滑块、第一球副、连杆和第二球副所构成。每条驱动分支中，线性模组固定在定平台上，滑块通过移动副与线性模组连接，连杆的一端通过第一球副与滑块连接，其另一端通过第二球副与动平台连接，四条驱动分支分别由四个线性模组进行驱动。中间约束分支为PPU结构，即约束分支由导轨、第一移动副、下连杆、第二移动副、和上连杆，万向铰所构成。其中导轨固定在定平台上，下连杆一端通过第一移动副与上述导轨连接，其另一端通过第二移动副与上连杆的一端连接，该上连杆的另一端通过万向铰与动平台连接。上述驱动分支中的四个线性模组，对称分布在定平台矩形的对角线上，其移动副的轴线与矩形的对角线重合。该驱动分支的第二球副在动平台上成等腰梯形分布，驱动分支一与驱动分支四的第二球副中心连线为梯形的上底边，驱动分支二与驱动分支三的第二球副中心连线为梯形的下底边。中间约束分支的万向铰安置在动平台的几何中心，其第一移动副轴线与动平台梯形的上下底边平行。通过线性模组驱动四个驱动分支的滑块，可以让动平台实现绕X轴和Y轴的转动，以及沿Y轴和Z轴的移动。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、在空间上能够实现二维独立的转动自由度和二维独立的移动自由度，运动之间没有耦合性，便于机构的分析与控制。
2、机构构型简单，没有复杂的零部件，安装位置也较为规整，便于机构的制造与维护。
3、由于本发明采取线性模组作为驱动器，并且将其全部布置在定平台上，使其在运动空间内性能稳定，并且具有较快的动态响应。
4、四自由度并联机构，能满足许多实际工作的需求，在很多领域有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明的主视示意简图；
图2为本发明的立体示意简图。
具体实施方式
在图1和图2所示的四自由度并联激振平台的示意图中，四条结构相同的PSS驱动分支中的线性模组6固定在定平台7上，滑块5通过移动副与线性模组连接，连杆3的一端通过第一球副4与滑块连接，其另一端通过第二球副2与动平台1连接，线性模组作为驱动器，四条驱动分支分别由四个线性模组进行驱动。结构为PPU的中间约束分支中的导轨13固定在定平台上，下连杆11一端通过第一移动副12与上述导轨连接，其另一端通过第二移动副10与上连杆9的一端连接，该上连杆的另一端通过万向铰8与动平台连接。
四个驱动分支的线性模组对称分布在定平台矩形B1B2B3B4的对角线上，其移动副的轴线与矩形的对角线重合。四个驱动分支的第二球副中心在动平台上为等腰梯形A1A2A3A4分布，驱动分支一的A1B1的第二球副中心A1与驱动分支四的A4B4的第二球副中心A4连线为梯形的上底边，驱动分支二的A2B2的第二球副中心A2与驱动分支三的A3B3的第二球副中心A3连线为梯形的下底边。中间约束分支的万向铰8安置在动平台的几何中心，其第一移动副轴线与动平台梯形的上下底边平行。四个驱动分支的第二球副中心A1、A2、A3、A4与约束分支的万向铰中心O处于同一个平面。通过线性模组驱动四个驱动分支的滑块，可以让动平台实现绕X轴和Y轴的转动，以及沿Y轴和Z轴的移动。
Claims (1)
1.一种两转动两移动四自由度并联激振平台，其主要包括动平台、定平台以及连接这两个平台的五条分支，其特征在于：其均匀分布在平台周围的四条分支为结构相同的驱动分支，中间分支为约束分支；四条驱动分支的结构均为PSS结构，每条驱动分支中，线性模组固定在定平台上，滑块通过移动副与线性模组连接，连杆的一端通过第一球副与滑块连接，其另一端通过第二球副与动平台连接，四条驱动分支分别由四个线性模组进行驱动；中间约束分支为PPU结构，该分支中的导轨固定在定平台上，下连杆一端通过第一移动副与上述导轨连接，其另一端通过第二移动副与上连杆的一端连接，该上连杆的另一端通过万向铰与动平台连接；上述驱动分支中的四个线性模组，对称分布在定平台矩形的对角线上，其移动副的轴线与矩形的对角线重合；四个驱动分支的第二球副在动平台上成等腰梯形分布，驱动分支一与驱动分支四的第二球副中心连线为梯形的上底边，驱动分支二与驱动分支三的第二球副中心连线为梯形的下底边；中间约束分支的万向铰安置在动平台的几何中心，其第一移动副轴线与动平台梯形的上下底边平行。
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