CN103742587A - 六维抗冲隔振系统及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种六维抗冲隔振系统及其制造方法，该系统包括由支撑体、中间悬架、支撑平台以及三者之间连接的支链构成的两个并联机构以及连接于并联机构中的阻尼机构，利用并联机构在奇异形位刚度在设定自由度方向接近于零的特性，从空间六自由度上分配并联机构的约束力方向和阻尼器的阻尼力方向，实现系统在刚度最小的自由度方向上阻尼最大，从而解决了任意自由度方向的振动与大冲击的隔离问题。

Description

六维抗冲隔振系统及其制造方法

技术领域

本发明涉及减振装置。

背景技术

现有技术中存在以并联机构形式制造的用于降低空间六自由度振动的减振装置，如中国专利CN102705429A中公开的一种六自由度振动阻尼减振机构，该减振机构包括上、下分布的平板结构的动平台、定平台，动平台通过六个并联的阻尼装置弹性浮动支撑于定平台之上，阻尼装置具体是由弹簧和液压阻尼器构成的单自由度的阻尼移动副，各阻尼装置的上、下两端通过球铰分别与动平台、定平台铰接。现有技术中的此类以并联机构形式制造的减振装置在使用时，将物体固定在动平台上，动平台做六自由度方向的运动将受到阻尼装置的阻碍，从而减少动平台上所固定物体的振动；但是现有技术存在两个方面的问题：①隔振与隔冲的目标之间存在着矛盾，隔振是一个稳态过程，隔冲则是一个瞬态过程，二者对系统特性的要求有很大不同，隔振要求系统的刚度越低越好，但这会加大冲击相对位移；阻尼比，隔振要求在0.1左右，隔冲则要求达到0.4以上。另外，仅就冲击隔离而言也存在矛盾，减小相对位移要求系统具有硬特性非线性刚度，减小加速度传递率则要求系统具有软特性非线性刚度。②对于六维方向（六自由度方向）的抗冲隔振设计，极易发生冗余、干涉等问题，进而削弱某些方向的隔振能力，各方向的隔振性能难以均衡。

发明内容

本发明的目的在于提供一种既具有低刚度又具有大阻尼抗冲性的六维抗冲隔振系统，并同时提供该六维抗冲隔振系统的制造方法。

本发明的六维抗冲隔振系统的技术方案是：一种六维抗冲隔振系统，包括机构本体，所述机构本体具有通过其中心的竖直的基准轴线、以所述基准轴线为中心并处于水平平面上的基准正三角形及通过该基准正三角形各角平分线的竖直设置的基准对称平面，所述机构本体包括围绕所述基准轴线分设于所述基准正三角形三个角部的三个支撑体、与基准轴线同心设置的用于承接载荷的支撑平台及与所述基准轴线同心的设置于所述支撑体与支撑平台之间的中间悬架，所述支撑体、中间悬架通过绕基准轴线均匀的竖向设置的三组悬架支链连接成处于或接近相应奇异形位的第一并联机构，每组的悬架支链由两条相对于所述基准对称平面镜像对称的上悬架支链和一条位于基准对称平面内的下悬架支链组成；所述中间悬架、支撑平台之间通过绕基准轴线均匀的横向设置的三组平台支链连接成处于或接近相应奇异形位的第二并联机构，每组由两条相对于基准对称平面镜像对称设置的平台支链组成；上述各支链是由刚性或弹性连杆及设于连杆两端的与相应台、架以球副铰接的球铰组成；在支撑体、中间悬架和支撑平台之间还连接有阻尼机构，所述阻尼机构包括连接于所述支撑体与中间悬架之间的多个绕基准轴线均匀分布并横向设置的第一阻尼器及连接于所述中间悬架与支撑平台之间的多个绕基准轴线均匀分布并竖向设置的第二阻尼器，各阻尼器两端均设有与相应台、架以球副铰接的球铰；在所述系统中还设有坐标原点处于基准轴线上且其Z轴与基准轴线重合的空间坐标系，所述的第一并联机构处于稳定状态时各悬架支链对中间悬架在Z轴平移方向和沿X、Y轴旋转方向施加约束力，所述第一阻尼器对中间悬架在Z轴旋转方向和X、Y轴平移方向施加阻尼力；所述第二并联机构处于稳定状态时其平台支链对支撑平台在X、Y轴平移方向以及绕Z轴旋转方向施加约束力，所述第二阻尼器对支撑平台在在Z轴平移方向以及绕X、Y轴旋转方向施加阻尼力。

所述支链的连杆是刚度可调的McKibben型气动肌肉。

所述的上悬架支链自上而下斜拉连接于支撑体顶部与中间悬架顶部之间，所述下悬架支链自下而上斜拉连接于对应的支撑体底部与中间悬架底部之间；每组的两条上悬架支链连接支撑体的上球铰位于或靠近所述基准正三角形的三个角部；第二并联机构中每组的两条平台支链于支撑平台上的连接点之间的连线围成与所述基准正三角形相似且对应边平行的正三角形；所述第一阻尼器设有六个并由外向内连接于支撑体与中间悬架之间，该六个第一阻尼器两两分为一组，每组的两第一阻尼器相对于基准对称平面互为镜像对称，且每组的两第一阻尼器于支撑体上的连接点靠近或位于基准正三角形的对应角部；所述第二阻尼器设有三个，相邻的两第二阻尼器相对于所述基准对称平面互为镜像对称。

所述支撑体包括平板状的底座和竖直的固定立设于底座上的三根立柱，所述中间悬架是轴线与所述基准轴线重合的圆环体，该中间悬架设置于底座上方并位于三根立柱所围设的空间之内，所述支撑平台是由处于中间悬架与底座之间与所述基准轴线同心设置的底板和凸设于底板上端面中心位置处的凸台构成；所述各上悬架支链两端分别连接于立柱顶端和中间悬架顶面上，所述各下悬架支链两端分别连接于立柱底端和中间悬架底面上，所述各平台支链两端分别连接于中间悬架的内周面和支撑平台的凸台的外周面上，所述第一阻尼器两端分别连接于立柱中部和中间悬架的外周面上，所述各第二阻尼器两端分别连接于所述支撑平台的底板的顶面和中间悬架的底面上。

所述底板为中心线与基准轴线重合、形状与基准正三角形相似的正三角形平板状结构，所述各第二阻尼器下端分别连接于接底板的三个角部，所述凸台为轴线与基准轴线重合的圆柱状结构，所述凸台顶部穿入中间悬架的中心孔内。

本发明的六维抗冲隔振系统的制造方法的技术方案是：六维抗冲隔振系统的制造方法，其特征在于，

（1）搭建六维抗冲隔振系统的机构本体，所述机构本体具有通过其中心的竖直的基准轴线、以所述基准轴线为中心并处于水平平面上的基准正三角形及通过该基准正三角形各角平分线的竖直设置的基准对称平面，所述机构本体包括围绕所述基准轴线分设于所述基准正三角形三个角部的三个支撑体、与基准轴线同心设置的用于承接载荷的支撑平台及与所述基准轴线同心的设置于所述支撑体与支撑平台之间的中间悬架，所述支撑体、中间悬架通过绕基准轴线均匀的竖向设置的三组悬架支链连接成处于或接近相应奇异形位的第一并联机构，每组的悬架支链由两条相对于基准对称平面镜像对称的上悬架支链和一条位于基准对称平面内的下悬架支链组成，所述中间悬架、支撑平台之间通过绕基准轴线均匀的横向设置的三组平台支链连接成处于或接近相应奇异形位的第二并联机构，每组由两条相对于基准对称平面镜像对称设置的平台支链组成，上述各支链是由刚性或弹性连杆及设于连杆两端的与相应台、架以球副铰接的球铰组成，在支撑体、中间悬架和支撑平台之间还连接有阻尼机构，所述阻尼机构包括连接于所述支撑体与中间悬架之间的多个绕基准轴线均匀分布并横向设置的第一阻尼器及连接于所述中间悬架与支撑平台之间的多个绕基准轴线均匀分布并竖向设置的第二阻尼器，各阻尼器两端均设有与相应台、架以球副铰接的球铰，在所述系统中还设有坐标原点处于基准轴线上且其Z轴与基准轴线重合的空间坐标系，所述的第一并联机构处于稳定状态时各悬架支链对中间悬架在Z轴平移方向和沿X、Y轴旋转方向施加约束力，所述第一阻尼器对中间悬架在Z轴旋转方向和X、Y轴平移方向施加阻尼力，所述第二并联机构处于稳定状态时其平台支链对支撑平台在X、Y轴平移方向以及绕Z轴旋转方向施加约束力，所述第二阻尼器对支撑平台在在Z轴平移方向以及绕X、Y轴旋转方向施加阻尼力；

（2）建立系统坐标系，所述系统坐标系包括坐标原点沿基准轴线上、下布设的支撑平台坐标系O_m-X_mY_mZ_m和基础坐标系O_b-X_bY_bZ_b以及坐标原点任意设置的惯性坐标系O-XYZ，其中，支撑平台坐标系O_m-X_mY_mZ_m的坐标原点O_m设于支撑平台上，基础坐标系的坐标原点设于所述基准正三角形的中心，支撑平台坐标系O_m-X_mY_mZ_m和基础坐标系O_b-X_bY_bZ_b的Z轴均沿基准轴线朝上延伸，各坐标系的X轴与Y轴对应空间平行；

（3）求解出刚度矩阵、阻尼矩阵以及质量矩阵，当支撑平台上放置被隔对象并处于平衡位置时，设：各支链的刚度值为k1、k2、k3……，各阻尼器的阻尼系数为c₁、c₂、c₃……，被隔对象的总质量为m，I_x、I_y、I_z为被隔对象相对于支撑平台坐标系O_m-X_mY_mZ_m中的X_m、Y_m、Z_m轴的转动惯量，I_xy、I_yz、I_zx（I_xy＝I_yx、I_yz＝I_zy、I_zx＝I_xz）为被隔对象相对于X_m、Y_m、Z_m轴的质量惯性积，λ为每组的2条上悬架支链之一与对应的基准对称平面之间的夹角，μ为任一下悬架支链与对应基准轴线之间的夹角，η为任一上悬架支链与对应基准轴线之间的夹角，σ为放置被隔对象前某个平台支链位置与放置被隔对象后该平台支链的位置之间的夹角，α为每组的2个第一阻尼器之一与基准对称平面之间的夹角，d为任一第一阻尼器与支撑体的连接点相距对应基准轴线的距离，R为中间悬架的半径；

系统的刚度矩阵为

$K=J_k^{T}k{J}_k---\left(1\right)$

其中，k=diag｛k1,k2,k3,k4……｝

$\left[\begin{array}{cccccc}-\mathrm{\η}& \mathrm{\λ}& 0& 0& 0& \mathrm{\λR}\\ -\mathrm{\η}& -\mathrm{\λ}& 0& 0& 0& -\mathrm{\λR}\\ -\mathrm{\μ}& 0& 0& 0& 0& 0\\ \mathrm{\η}/2-\sqrt{3\mathrm{\λ}}/2& -\sqrt{3\mathrm{\η}}/2-\mathrm{\λ}/2& 0& 0& 0& \mathrm{\λR}\\ \mathrm{\η}/2+\sqrt{3\mathrm{\λ}}/2& -\sqrt{3\mathrm{\η}}/2+\mathrm{\λ}/2& 0& 0& 0& -\mathrm{\λR}\\ \mathrm{\μ}/2& -\sqrt{3\mathrm{\μ}}/2& 0& 0& 0& 0\\ \mathrm{\η}/2+\sqrt{3\mathrm{\λ}}/2& \sqrt{3\mathrm{\η}}/2-\mathrm{\λ}/2& 0& 0& 0& \mathrm{\λR}\\ \mathrm{\η}/2-\sqrt{3\mathrm{\λ}}/2& \sqrt{3\mathrm{\η}}/2+\mathrm{\λ}/2& 0& 0& 0& -\mathrm{\λR}\\ \mathrm{\μ}/2& \sqrt{3\mathrm{\μ}}/2& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& -\mathrm{\σ}& 0& \mathrm{r\σ}& 0\\ 0& 0& -\mathrm{\σ}& 0& \mathrm{r\σ}& 0\\ 0& 0& -\mathrm{\σ}& -\sqrt{3\mathrm{r\σ}}/2& -\mathrm{r\σ}/2& 0\\ 0& 0& -\mathrm{\σ}& -\sqrt{3\mathrm{r\σ}}/2& -\mathrm{r\σ}/2& 0\\ 0& 0& -\mathrm{\σ}& \sqrt{3\mathrm{r\σ}}/2& -\mathrm{r\σ}/2& 0\\ 0& 0& -\mathrm{\σ}& \sqrt{3\mathrm{r\σ}}/2& -\mathrm{r\σ}/2& 0\end{array}\right]$

系统的阻尼矩阵为

$C=J_c^{T}c{J}_c---\left(2\right)$

其中，c=diag｛c₁、c₂、c₃……｝

$J_c=\left[\begin{array}{cccccc}\frac{R\cos \mathrm{\α}-d}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos \mathrm{\α}}}& \frac{-R\sin \mathrm{\α}}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos \mathrm{\α}}}& 0& 0& 0& \frac{-\mathrm{dR}\sin \mathrm{\α}}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos \mathrm{\α}}}\\ \frac{R\cos \mathrm{\α}-d}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos \mathrm{\α}}}& \frac{R\sin \mathrm{\α}}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos \mathrm{\α}}}& 0& 0& 0& \frac{\mathrm{dR}\sin \mathrm{\α}}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos }\mathrm{\α}}\\ \frac{R\sin (\mathrm{\α}-\mathrm{\π}/6)+d/2}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos }\mathrm{\α}}& \frac{R\cos (\mathrm{\α}-\mathrm{\π}/6)-\sqrt{3}d/2}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos \mathrm{\α}}}& 0& 0& 0& \frac{-\mathrm{dR}\sin \mathrm{\α}}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos }\mathrm{\α}}\\ \frac{d/2-R\sin (\mathrm{\α}+\mathrm{\π}/6)}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos \mathrm{\α}}}& \frac{R\cos (\mathrm{\α}+\mathrm{\π}/6)-\sqrt{3}d/2}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos \mathrm{\α}}}& 0& 0& 0& \frac{\mathrm{dR}\sin \mathrm{\α}}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos }\mathrm{\α}}\\ \frac{d/2-R\sin (\mathrm{\α}+\mathrm{\π}/6)}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos }\mathrm{\α}}& \frac{\sqrt{3}d/2-R\cos (\mathrm{\α}+\mathrm{\π}/6)}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos \mathrm{\α}}}& 0& 0& 0& \frac{-\mathrm{dR}\sin \mathrm{\α}}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos \mathrm{\α}}}\\ \frac{d/2+R\sin (\mathrm{\α}-\mathrm{\π}/6)}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos \mathrm{\α}}}& \frac{\sqrt{3}d/2-R\cos (\mathrm{\α}+\mathrm{\π}/6)}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos \mathrm{\α}}}& 0& 0& 0& \frac{\mathrm{dR}\sin \mathrm{\α}}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos \mathrm{\α}}}\\ 0& 0& -1& \frac{\sqrt{3}R}{2}& \frac{R}{2}& 0\\ 0& 0& -1& \frac{\sqrt{3}R}{2}& \frac{R}{2}& 0\\ 0& 0& -1& 0& -R& 0\end{array}\right]$

系统的质量矩阵为

$M=\left[\begin{array}{cccccc}m& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& m& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& m& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& I_x& -I_{\mathrm{xy}}& -I_{\mathrm{xz}}\\ 0& 0& 0& {-I}_{\mathrm{yx}}& I_y& -I_{\mathrm{yz}}\\ 0& 0& 0& -I_{\mathrm{zx}}& -I_{\mathrm{zy}}& J_z\end{array}\right]---\left(3\right)$

（4）列出抗冲和隔振的线性运动方程，通过仿真按抗冲隔振的要求进行刚度和阻尼的调节。令支撑平台坐标系O_m-X_mY_mZ_m相对于惯性坐标系O-XYZ的六维相对振动位移列阵为

X(t)＝[x(t) y(t) z(t) θ_x(t) θ_y(t) θ_z(t)]^T

基础坐标系O_b-X_bY_bZ_b相对于惯性坐标系O-XYZ的六维相对振动位移列阵为

X₀(t)＝[x₀(t) y₀(t) z₀(t) θ_0x(t) θ_0y(t) θ_0z(t)]^T

则平衡点附近线性化的抗冲运动方程为

平衡点附近线性化的隔振运动方程为

根据式（1）、（2）、（3）、（4），利用数值方法或解析法计算出在基础冲击下被隔对象所受到的最大绝对加速度

来评价抗冲效果，调节各支链的刚度值和阻尼器的阻尼系数使抗冲效果达到要求。

根据式（1）、（2）、（3）、（5），利用数值方法或解析法计算出在基础不同频率ω的振动下对被隔对象的振动传递率X(jω)X₀(jω)来评价隔振效果，通过调节各支链的刚度值和阻尼器的阻尼系数使隔振效果达到要求。

所述的各支链是由刚度可调的McKibben型气动肌肉及其两端设置的球铰组成，所述气动肌肉的刚度通过调节充气压力来实现。

所述的上悬架支链自上而下斜拉连接于支撑体顶部与中间悬架顶部之间，所述下悬架支链自下而上斜拉连接于对应的支撑体底部与中间悬架底部之间，每组的两条上悬架支链连接支撑体的上球铰位于或靠近所述基准正三角形的三个角部；所述第二并联机构中每组的两条平台支链于支撑平台上的连接点之间的连线围成与所述基准正三角形相似且对应边平行的正三角形；所述第一阻尼器设有六个并由外向内连接于支撑体与中间悬架之间，该六个第一阻尼器两两分为一组，每组的两第一阻尼器相对于基准对称平面互为镜像对称，且每组的两第一阻尼器于支撑体上的连接点靠近或位于基准正三角形的对应角部；所述第二阻尼器设有三个，相邻的两第二阻尼器相对于所述基准对称平面互为镜像对称。

所述支撑体包括平板状的底座和竖直的固定立设于底座上的三根立柱，所述中间悬架是轴线与所述基准轴线重合的圆环体，该中间悬架设置于底座上方并位于三根立柱所围设的空间之内，所述支撑平台是由处于中间悬架与底座之间与所述基准轴线同心设置的底板和凸设于底板上端面中心位置处的凸台构成；所述各上悬架支链两端分别连接于立柱顶端和中间悬架顶面上，所述各下悬架支链两端分别连接于立柱底端和中间悬架底面上，所述各平台支链两端分别连接于中间悬架的内周面和支撑平台的凸台的外周面上，所述第一阻尼器两端分别连接于立柱中部和中间悬架的外周面上，所述各第二阻尼器两端分别连接于所述支撑平台的底板的顶面和中间悬架的底面上。

所述底板为中心线与基准轴线重合、形状与基准正三角形相似的正三角形平板状结构，所述各第二阻尼器下端分别连接于接底板的三个角部，所述凸台为轴线与基准轴线重合的圆柱状结构，所述凸台顶部穿入中间悬架的中心孔内。

本发明提出的六维抗冲隔振系统及其制造方法，利用并联机构在奇异形位刚度在设定自由度方向接近于零的特性，从空间六自由度上分配并联机构的支链施加的约束力方向和阻尼器施加的阻尼力方向，实现系统在刚度最小的自由度方向上阻尼最大，从而解决了任意自由度方向的振动与大冲击的隔离问题，成为低刚度、大阻尼的六维抗冲隔振系统。

进一步的，本发明的并联机构的支链采用气动肌肉作为可主动控制刚度的连杆，能够满足并联机构需要的刚度要求。

附图说明

图1是本发明的六维抗冲隔振系统机构本体的结构示意图；

图2是图1中的六维抗冲隔振系统中并联机构的结构示意简图；

图3是图2中的中间悬架与支撑体之间第一并联机构的结构简图（未显示支撑体）；

图4是图3中的C向视图；

图5是图2中支撑平台与中间悬架之间第二并联机构的结构简图；

图6是图1中的六维抗冲隔振系统的阻尼机构的布置示意简图；

图7是图6中连接中间悬架与支撑体的第一阻尼器的布置示意简图；

图8是图6中连接支撑平台与中间悬架的第二阻尼器的布置示意简图；

图9是图3中的中间悬架所受约束力的奇异位形的示意图；

图10是图5中的支撑平台所受约束力的奇异位形的示意图；

图11是图7中的中间悬架所受阻尼力的位形的示意图；

图12是图8中支撑平台所受阻尼力的位形的示意图;

图13是本发明的六维抗冲隔振系统的坐标系示意图；

图14是支撑平台上放置被隔对象的示意图；

图15是图14中的D向视图。

具体实施方式

首先，为便于说明本发明的六维抗冲隔振系统机构本体中各部件的布置形位，在六维抗冲隔振系统的机构本体中心位置设定竖直的基准轴线和设定的以该基准轴线为中心的处于水平平面上的基准正三角形以及通过所述基准正三角形各角平分线的竖直的基准对称平面。

下面根据附图对六维抗冲隔振系统的具体实施方式作详细说明。图1～图12所示为本发明的六维抗冲隔振系统机构本体的一种实施例。该六维抗冲隔振系统六维抗冲隔振系统机构本体包括围绕基准轴线、处于基准正三角形的三个角处的三个竖立设置的支撑体1及连接于三个支撑体1上的一个中间悬架2和连接于中间悬架2上的一个支撑平台3，在支撑体1、中间悬架2和支撑平台3之间连接有由支链4构成的两个并联机构以及连接于并联机构中的阻尼机构。在本实施例中的支撑体1是竖立的固定在平板状的底座11上的三根立柱12。所述三根立柱12绕基准轴线在圆周方向均布，从而位于基准正三角的三个角处。中间悬架2是中心轴线与基准轴线重合的圆环体，中间悬架2设置于底座11上方并位于三根立柱12中部所围设的空间之间，支撑平台3是由处于中间悬架2与底座11之间的底板31和凸设于底板31上端面中心位置处的凸台32构成。底板31为中心线与基准轴线重合、形状与基准正三角形相似的正三角形平板状结构，凸台32为轴线与基准轴线重合的圆柱状结构。凸台32顶部穿入中间悬架2中心孔内，该穿配结构使得被减振物体可一体或固定于凸台32顶部而避免与中间悬架的相互干涉。

支撑体1、中间悬架2、支撑平台3通过支链4连接而构成相互联系的第一、第二并联机构（如图2所示）。第一并联机构是由支撑体1、中间悬架2及连接于支撑体1和中间悬架2之间的九条悬架支链41组成（如图3所示），第二并联机构是由中间悬架2、支撑平台3及连接于中间悬架2和支撑平台3之间的六条平台支链42组成（如图4所示），各条支链4均是由一条McKibben型气动肌肉及设于其两端的球铰（球形铰链）构成，McKibben型气动肌肉是现有技术中的一种气动执行元件，如图12所示，其由一条包裹着特殊纤维格栅网的橡胶套筒与两端联接头组成，当其充气后橡胶管开始变形膨胀，由于纤维组的刚度很大，其对橡胶筒的约束使得气动肌肉开始径向膨胀和轴向收缩。反之，当充气压力被释放后，弹性的橡胶材料迫使气动肌肉恢复到原始位置。本实施例中将气动肌肉作为变刚度执行元件，可提高系统的抗冲隔振能力。

下面具体说明第一、二并联机构中的支链4的布置方式。

如图3所示，第一并联机构是由立柱12、中间悬架2通过九条悬架支链41连接而成，该九条悬架支链41三条一组的分成结构相同的三组，每组的各条悬架支链41的一端与同一条立柱12相连、另一端与中间悬架2相连，以第一组悬架支链A₁B₁、A₂B₁、A₃B₁为例，其中的两条是自上而下斜拉连接于立柱12顶部与中间悬架之间的上悬架支链A₁B₁、A₂B₁，另一条是自下而上斜拉连接于立柱12底部与中间悬架2之间的下悬架支链A₃B₁，三条支链的长度延伸方向上的延长线相交于中间悬架2上位于基准对称平面内的外交点B₁上，使得第一组各悬架支链41中连接中间悬架2一端的三个球铰重合于所述外交点B₁。第一组各悬架支链41连接支撑体1的另一端球铰A₁、A₂、A₃处于同一个与基准轴线呈空间平行的竖直平面b面内（如图3、4所示）。其中，两条上悬架支链A₁B₁、A₂B₁相对于基准对称平面互为镜像对称并分别与基准对称平面形成夹角λ，同时，该两上悬架支链A₁B₁、A₂B₁与b面的夹角相等均为η，而下悬架支链A₃B₁位于基准对称平面内并与b面的夹角为μ（如图4所示），上述各夹角λ、η、μ应满足0＜λ＜π/90、0＜η＜π/90、0＜μ＜π/90。三组悬架支链具有三个外交点B₁、B₂、B₃，该三个外交点B₁、B₂、B₃分布于与基准三角形相似且对应边平行的第一正三角形（图3中虚线所示）的三个角处。

如图5所示，第二并联机构是由中间悬架2、支撑平台3通过六条平台支链42连接而成，各条平台支链42均为内端球铰与支撑平台3相连、外端球铰与中间悬架2相连。该六条平台支链42两两相交于支撑平台3上的三个内交点B₄、B₅、B₆上从而分为三组，该三个内交点B₄、B₅、B₆位于与基准三角形相似且对应边平行的第二正三角形（图5中虚线所示）的三个角处，且该三个内交点B₄、B₅、B₆位于并于基准对称平面内。同时，每组的两条平台支链42相对于基准对称平面互为镜像对称。本实施例中，各条平台支链42的长度为150～200mm，每组的两条平台支链42分别与基准对称平面之间具有30°的夹角。

阻尼机构5如图6所示，该阻尼机构5是由从外向内横向连接于支撑体1与中间悬架2之间的六个第一阻尼器51和由上向下竖向连接于中间悬架2与支撑平台3之间的三个第二阻尼器52组成。各阻尼器51、52的两端均设有与相应构件连接的球铰。其中，设于第一并联机构中的第一阻尼器51的布置结构如图7所示，横向连接于支撑体1和中间悬架2之间的六个第一阻尼器51两两一组分为三组并沿圆周均匀分布，每组的两个第一阻尼器51的外端球铰连接于同一支撑体1上、内端球铰与中间悬架2相连，使得该六个第一阻尼器51在各支撑体1上形成三个交点E₁、E₂、E₃，该三个交点E₁、E₂、E₃分别位于三个基准对称平面上，且该三个交点E₁、E₂、E₃处于与基准三角形相似且对应边平行的正三角形的三个角处。每组的两个第一阻尼器51相对于基准对称平面互为镜像对称，且各第一阻尼器51与对应基准对称平面之间具有夹角α。竖向连接于中间悬架2和支撑平台3之间的三个第二阻尼器52围绕圆周均匀分布，各第二阻尼器52在中间悬架2上的三个连接点E₇、E₈、E₉和其在支撑平台3上的三个对应连接点F₇、F₈、F₉分别围成与基准轴线同心的正三角形（图8中虚线所示），同时，相邻两第二阻尼器52相对于其间的基准对称平面互为镜像对称。本实施例中，如图1所示，各第二阻尼器52的上端球铰连接在中间悬架2的下部，各第二阻尼器52的下端球铰连接于支撑平台3的底板32的三个角部。

如果以基准轴线上的任意点建立空间坐标系，该空间坐标系的Z轴与基准轴线重合并朝向上方，X轴垂直于Z轴并水平延伸，Y轴右手法则确定，则当第一并联机构处于稳定状态时，各悬架支链41对中间悬架2在Z轴平移方向和沿X、Y轴旋转方向施加约束力，第一阻尼器51对中间悬架2在Z轴旋转方向和X、Y轴平移方向施加阻尼力，当第二并联机构处于稳定状态时其各平台支链42对支撑平台3在X、Y轴平移方向以及绕Z轴旋转方向施加约束力，各第二阻尼器52对支撑平台3在在Z轴平移方向以及绕X、Y轴旋转方向施加阻尼力。

本发明的六维抗冲隔振系统不局限于上述实施例，在本发明的六维抗冲隔振系统的其他实施例中，上述支撑体1也可以替换为围绕基准轴线设置的三面墙壁、环形围墙或者是直接固定竖立在地面上的柱、塔架等；上述第一并联机构中的每组的两个上悬架支链41的下端球铰也可以连接在靠近对应外交点B₁、B₂、B₃的位置，只要使每组的两个上悬架支链41的下端球铰在中间悬架2上对称的设于对应的基准对称平面的两侧；同理，上述第二并联机构中的每组的两个平台支链42的内端球铰也可以连接在靠近对应内交点B₄、B₅、B₆的位置，只需每组的两个平台支链42的内端球铰对称设于对应的基准对称平面的两侧。

本发明的六维抗冲隔振系统的制造方法的实施例，包括以下步骤：

（1）搭建抗冲隔振系统机构本体

搭建如图1～图12所示的六维抗冲隔振系统机构本体，该六维抗冲隔振系统机构本体的具体结构在上述实施例中已有详细描述，此处不再赘述。

（2）建立系统坐标系

如图13所示，首先在支撑平台3上建立O_m-X_mY_mZ_m坐标系，其中，坐标原点O_m固定于基准轴线上，该坐标系的X轴方向O_mX_m取O_mB₄方向，Z轴方向O_mZ_m沿基准轴线指向上方，Y轴方向O_mY_m按右手法则确定。

其次，在第一并联机构中由各下悬架支链42的下端球铰连接点A₃、A₆、A₉三点所确定的平面上建立基础坐标系O_b-X_bY_bZ_b，坐标原点O_b固定于通过三角形A₃A₆A₉几何中心的基准轴线上，坐标系的X轴方向O_bX_b取O_bA₃方向，坐标系的Z轴方向O_bZ_b沿基准轴线指向上方，坐标系的Y轴方向O_bY_b按右手法则确定。

最后，建立惯性坐标系O-XYZ，坐标原点O固定于大地的任意位置，其X轴方向OX取基座未振动时O_bA₃的方向，Z轴方向OZ平行于基准轴线并指向上方，Y轴方向OY按右手法则确定。

（3）求解出刚度矩阵、阻尼矩阵以及质量矩阵

当支撑平台3处于平衡位置时，令k_w为联接三根立柱12上端与中间悬架2的六根气动肌肉的刚度值，k_dw为联接三根立柱12下端与中间悬架2的三根气动肌肉的刚度值，k_n为联接中间悬架2与支撑平台3的六根气动肌肉的刚度值，c为九个阻尼器的阻尼系数，m为被隔对象的总质量，σ为放置被隔对象前某个平台支链位置与放置被隔对象后该平台支链的位置之间的夹角，α为每组的两个第一阻尼器之一与基准对称平面之间的夹角，R为中间悬架2的半径，d为第一阻尼器与支撑体的连接点即每组的两第一阻尼器的交点E₁、E₂、E₃距离基准轴线的长度，I_x、I_y、I_z为被隔对象相对X_m、Y_m、Z_m轴的转动惯量，I_xy、I_yz、I_zx（I_xy＝I_yx、I_yz＝I_zy、I_zx＝I_xz）为被隔对象相对于X_m、Y_m、Z_m轴的质量惯性积。则此时系统的刚度矩阵为

$K=J_k^{T}k{J}_k---\left(1\right)$

其中，k＝diag{k_w,k_w,k_dw,k_w,k_w,k_dw,k_w,k_w,k_dw,k_n,k_n,k_n,k_n,k_n,k_n}

$J_k=\left[\begin{array}{cccccc}-\mathrm{\η}& \mathrm{\λ}& 0& 0& 0& \mathrm{\λR}\\ -\mathrm{\η}& -\mathrm{\λ}& 0& 0& 0& -\mathrm{\λR}\\ -\mathrm{\μ}& 0& 0& 0& 0& 0\\ \mathrm{\η}/2-\sqrt{3\mathrm{\λ}}/2& -\sqrt{3\mathrm{\η}}/2-\mathrm{\λ}/2& 0& 0& 0& \mathrm{\λR}\\ \mathrm{\η}/2+\sqrt{3\mathrm{\λ}}/2& -\sqrt{3\mathrm{\η}}/2+\mathrm{\λ}/2& 0& 0& 0& -\mathrm{\λR}\\ \mathrm{\μ}/2& -\sqrt{3\mathrm{\μ}}/2& 0& 0& 0& 0\\ \mathrm{\η}/2+\sqrt{3\mathrm{\λ}}/2& \sqrt{3\mathrm{\η}}/2-\mathrm{\λ}/2& 0& 0& 0& \mathrm{\λR}\\ \mathrm{\η}/2-\sqrt{3\mathrm{\λ}}/2& \sqrt{3\mathrm{\η}}/2+\mathrm{\λ}/2& 0& 0& 0& -\mathrm{\λR}\\ \mathrm{\μ}/2& \sqrt{3\mathrm{\μ}}/2& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& -\mathrm{\σ}& 0& \mathrm{r\σ}& 0\\ 0& 0& -\mathrm{\σ}& 0& \mathrm{r\σ}& 0\\ 0& 0& -\mathrm{\σ}& -\sqrt{3\mathrm{r\σ}}/2& -\mathrm{r\σ}/2& 0\\ 0& 0& -\mathrm{\σ}& -\sqrt{3\mathrm{r\σ}}/2& -\mathrm{r\σ}/2& 0\\ 0& 0& -\mathrm{\σ}& \sqrt{3\mathrm{r\σ}}/2& -\mathrm{r\σ}/2& 0\\ 0& 0& -\mathrm{\σ}& \sqrt{3\mathrm{r\σ}}/2& -\mathrm{r\σ}/2& 0\end{array}\right]$

系统的阻尼矩阵为

$C=J_c^T{\mathrm{cJ}}_c---\left(2\right)$

其中，c＝diag{c,c,c,c,c,c,c,c,c}

$J_c=\left[\begin{array}{cccccc}\frac{R\cos \mathrm{\α}-d}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos \mathrm{\α}}}& \frac{-R\sin \mathrm{\α}}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos \mathrm{\α}}}& 0& 0& 0& \frac{-\mathrm{dR}\sin \mathrm{\α}}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos \mathrm{\α}}}\\ \frac{R\cos \mathrm{\α}-d}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos \mathrm{\α}}}& \frac{R\sin \mathrm{\α}}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos \mathrm{\α}}}& 0& 0& 0& \frac{\mathrm{dR}\sin \mathrm{\α}}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos }\mathrm{\α}}\\ \frac{R\sin (\mathrm{\α}-\mathrm{\π}/6)+d/2}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos }\mathrm{\α}}& \frac{R\cos (\mathrm{\α}-\mathrm{\π}/6)-\sqrt{3}d/2}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos \mathrm{\α}}}& 0& 0& 0& \frac{-\mathrm{dR}\sin \mathrm{\α}}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos }\mathrm{\α}}\\ \frac{d/2-R\sin (\mathrm{\α}+\mathrm{\π}/6)}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos \mathrm{\α}}}& \frac{R\cos (\mathrm{\α}+\mathrm{\π}/6)-\sqrt{3}d/2}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos \mathrm{\α}}}& 0& 0& 0& \frac{\mathrm{dR}\sin \mathrm{\α}}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos }\mathrm{\α}}\\ \frac{d/2-R\sin (\mathrm{\α}+\mathrm{\π}/6)}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos }\mathrm{\α}}& \frac{\sqrt{3}d/2-R\cos (\mathrm{\α}+\mathrm{\π}/6)}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos \mathrm{\α}}}& 0& 0& 0& \frac{-\mathrm{dR}\sin \mathrm{\α}}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos \mathrm{\α}}}\\ \frac{d/2+R\sin (\mathrm{\α}-\mathrm{\π}/6)}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos \mathrm{\α}}}& \frac{\sqrt{3}d/2-R\cos (\mathrm{\α}+\mathrm{\π}/6)}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos \mathrm{\α}}}& 0& 0& 0& \frac{\mathrm{dR}\sin \mathrm{\α}}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos \mathrm{\α}}}\\ 0& 0& -1& \frac{\sqrt{3}R}{2}& \frac{R}{2}& 0\\ 0& 0& -1& -\frac{\sqrt{3}R}{2}& \frac{R}{2}& 0\\ 0& 0& -1& 0& -R& 0\end{array}\right]$

系统的质量矩阵为

$M=\left[\begin{array}{cccccc}m& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& m& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& m& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& I_x& -I_{\mathrm{xy}}& -I_{\mathrm{xz}}\\ 0& 0& 0& {-I}_{\mathrm{yx}}& I_y& -I_{\mathrm{yz}}\\ 0& 0& 0& -I_{\mathrm{zx}}& -I_{\mathrm{zy}}& J_z\end{array}\right]---\left(3\right)$

（4）列出抗冲和隔振的线性运动方程，通过仿真按抗冲隔振的要求进行刚度和阻尼的调节

令支撑平台坐标系O_m-X_mY_mZ_m相对于惯性坐标系O-XYZ的六维相对振动位移列阵为

X(t)＝[x(t) y(t) z(t) θ_x(t) θ_y(t) θ_z(t)]^T

基础坐标系O_b-X_bY_bZ_b相对于惯性坐标系O-XYZ的六维相对振动位移列阵为

X₀(t)＝[x₀(t) y₀(t) z₀(t) θ_0x(t) θ_0y(t) θ_0z(t)]^T

则平衡点附近线性化的抗冲运动方程为

平衡点附近线性化的隔振运动方程为

根据式（1）、（2）、（3）、（4），利用数值方法或解析法计算出在基础冲击（振动加速度

下被隔对象所受到的最大绝对加速度

来评价抗冲效果，通过调节充气压力来调节气动肌肉的刚度和阻尼器的阻尼系数使抗冲效果达到要求。

根据式（1）、（2）、（3）、（5），利用数值方法或解析法计算出在基础不同频率ω的振动下对被隔对象的振动传递率X(jω)/X₀(jω)来评价隔振效果，调节气动肌肉的刚度和阻尼器的阻尼系数使隔振效果达到要求。

整个系统的设计过程总结为：①根据被隔对象的重量、大小确定六维抗冲隔振系统的各参数，搭建六维抗冲隔振系统；②建立坐标系；③求解出刚度矩阵、阻尼矩阵和质量矩阵；④根据式（1）、（2）、（3）、（4），利用数值方法或解析法计算出在基础振动加速度下被隔对象所受到的最大绝对加速度来评价抗冲效果，调节气动肌肉的刚度（通过（3）、（5），利用数值方法或解析法计算出在基础不同频率ω的振动下对被隔对象的振动传递率X(jω)/X₀(jω)来评价隔振效果，调节气动肌肉的刚度和阻尼器的阻尼系数，使隔振效果达到要求。

为说明上述实施例在工作时的抗冲隔振工作原理，根据螺旋理论，对于上述实施例中的机构本体以及阻尼器有如下分析：

（1）本发明的六维抗冲隔振系统的机构本体包含有两个具有内部奇异位形的并联机构，各并联机构在稳定状态下处于奇异形位，两并联机构的刚度在接近并联机构的奇异位形的附近沿设定抗冲隔振方向接近于零。

对于第一并联机构，当中间悬架2处于稳定状态（即图3所示位置）时，九根气动肌肉对中间悬架的约束力

的位形接近于图9所示的奇异位形，根据Grassmann线几何分析理论，此时中间悬架沿X、Y轴平移和绕Z轴旋转的运动将失去约束，该方向的刚度为零。当0＜λ＜π/90、0＜η＜π/90、0＜μ＜π/90时，这九根气动肌肉对中间悬架2的约束力的形位仅仅是接近于图9所示的奇异形位，不会和该奇异位形重合，也不会发生其它形式的奇异，这就既保证了中间悬架2的稳定性，又保证了在平衡位置附近时机构沿X、Y轴平移方向以及绕Z轴旋转方向的三个自由度方向上的刚度都较低，但不会为零。而偏离稳定状态时其刚度会升高。

对于第二并联机构，若支撑平台3没有安放被隔对象，则支撑平台3处于图5所示的平衡位置时其约束力

所处的形位如图10所示，此时，支撑平台3与六根气动肌肉共面，根据Grassmann线几何分析理论，此时支撑平台3沿Z轴平移和绕X、Y轴旋转的运动将失去约束，机构沿该方向的刚度为零。当支撑平台3上放置有被隔对象时，如图13、14所示，支撑平台3受到载荷重力的作用，使支撑平台3沿Z轴方向向下有一定的微小偏移，此时支撑平台就会偏离图10所示的奇异形位，导致各气动肌肉的实际位置与理论位置之间形成一个夹角σ，但要确保σ＜π/60，同时根据螺旋理论和Grassmann线几何分析理论，图10所示的奇异形位是稳定的奇异形位，因此这使得支撑平台3既能始终保持稳定，又能保证承载后支撑平台在平衡位置附近沿Z轴平移方向和绕X、Y轴旋转方向的三个自由度方向上刚度都接近于零，当偏离稳定状态时其刚度同样会升高。

简言之，第一并联机构和第二并联机构在稳定状态时，都属于近奇异并联机构，也是一种稳定的无奇异并联机构，所以将二者叠加后的机构在其稳定状态附近具有较低的六维刚度、在偏离稳定状态刚度陡然变化的优越特性。

（2）第一并联机构中设置的六个第一阻尼器51施加阻尼力的自由度方向与第一并联机构的刚度最小的自由度方向相同，第二并联机构中设置的三个第二阻尼器52施加阻尼力的自由度方向与第一并联机构的刚度最小的自由度方向相同，以使得在并联机构在刚度最小的方向上的的阻尼最大，而其它方向的阻尼接近于零。

对于上述系统实施例中的支撑体与中间悬架之间（第一并联机构中）的第一组阻尼器而言，当第一并联机构的中间悬架处于稳定状态时，第一组阻尼器的6个第一阻尼器51对其产生的阻尼力

的位形如图11所示，根据螺旋理论，在X、Y轴平移方向以及绕Z轴的旋转方向上都存在最大的阻尼分量，而在其它三个自由度方向上几乎没有阻尼分量，因此这既给沿X、Y轴平移方向以及绕Z轴的旋转方向上的振动或冲击提供了阻尼，保障了在X、Y轴平移方向以及绕Z轴的旋转方向上的振动或冲击始终会受到阻尼力的约束和控制，同时也极大地降低了机构非隔振方向上的能耗。

对于上述系统的实施例中的连接于中间悬架与支撑平台之间的第二阻尼器52而言，当第二并联机构的支撑平台处于稳定状态时，三个第二阻尼器52皆垂直于支撑平台3所在平面，此时这三个第二阻尼器52对支撑平台3产生的阻尼力

的位形如图12所示，根据螺旋理论，在沿Z轴平移方向以及绕X、Y轴的旋转方向上都存在最大的阻尼分量，而在其它三个自由度方向上几乎没有阻尼分量，因此这既给在Z轴平移方向以及绕X、Y轴旋转方向上的振动或冲击提供了阻尼保障了在沿Z轴平移方向以及绕X、Y轴的旋转方向上的振动或冲击始终会受到阻尼力的约束和控制，同时也极大地降低了机构非隔振方向上的能耗。将上述两组阻尼器叠加后，整个系统在其稳定状态附近具有六维（六自由度方向上）的大阻尼特性。上述系统经试验有如下效果：①有效隔离任意方向的2～300Hz频率范围内的振动；②对诸如爆炸、碰撞等各种冲击都有极好的缓冲作用。本发明提出的六维抗冲隔振系统及其搭建方法，利用并联机构在奇异形位状态下其刚度在设定自由度方向接近于零的特性，从空间六自由度上分配并联机构的支链施加的约束力方向和阻尼器施加的阻尼力方向，实现系统在刚度最小的自由度方向上阻尼最大，从而解决了任意自由度方向的振动与大冲击的隔离问题。

Claims (10)

1.一种六维抗冲隔振系统，包括机构本体，其特征在于：所述机构本体具有通过其中心的竖直的基准轴线、以所述基准轴线为中心并处于水平平面上的基准正三角形及通过该基准正三角形各角平分线的竖直设置的基准对称平面，所述机构本体包括围绕所述基准轴线分设于所述基准正三角形三个角部的三个支撑体、与基准轴线同心设置的用于承接载荷的支撑平台及与所述基准轴线同心的设置于所述支撑体与支撑平台之间的中间悬架，所述支撑体、中间悬架通过绕基准轴线均匀的竖向设置的三组悬架支链连接成处于或接近相应奇异形位的第一并联机构，每组的悬架支链由两条相对于所述基准对称平面镜像对称的上悬架支链和一条位于基准对称平面内的下悬架支链组成；所述中间悬架、支撑平台之间通过绕基准轴线均匀的横向设置的三组平台支链连接成处于或接近相应奇异形位的第二并联机构，每组由两条相对于基准对称平面镜像对称设置的平台支链组成；上述各支链是由刚性或弹性连杆及设于连杆两端的与相应台、架以球副铰接的球铰组成；在支撑体、中间悬架和支撑平台之间还连接有阻尼机构，所述阻尼机构包括连接于所述支撑体与中间悬架之间的多个绕基准轴线均匀分布并横向设置的第一阻尼器及连接于所述中间悬架与支撑平台之间的多个绕基准轴线均匀分布并竖向设置的第二阻尼器，各阻尼器两端均设有与相应台、架以球副铰接的球铰；在所述系统中还设有坐标原点处于基准轴线上且其Z轴与基准轴线重合的空间坐标系，所述的第一并联机构处于稳定状态时各悬架支链对中间悬架在Z轴平移方向和沿X、Y轴旋转方向施加约束力，所述第一阻尼器对中间悬架在Z轴旋转方向和X、Y轴平移方向施加阻尼力；所述第二并联机构处于稳定状态时其平台支链对支撑平台在X、Y轴平移方向以及绕Z轴旋转方向施加约束力，所述第二阻尼器对支撑平台在在Z轴平移方向以及绕X、Y轴旋转方向施加阻尼力。

2.根据权利要求1所述的六维抗冲隔振系统，其特征在于：所述支链的连杆是刚度可调的McKibben型气动肌肉。

3.根据权利要求1或2所述的六维抗冲隔振系统，其特征在于：所述的上悬架支链自上而下斜拉连接于支撑体顶部与中间悬架顶部之间，所述下悬架支链自下而上斜拉连接于对应的支撑体底部与中间悬架底部之间；每组的两条上悬架支链连接支撑体的上球铰位于或靠近所述基准正三角形的三个角部；第二并联机构中每组的两条平台支链于支撑平台上的连接点之间的连线围成与所述基准正三角形相似且对应边平行的正三角形；所述第一阻尼器设有六个并由外向内连接于支撑体与中间悬架之间，该六个第一阻尼器两两分为一组，每组的两第一阻尼器相对于基准对称平面互为镜像对称，且每组的两第一阻尼器于支撑体上的连接点靠近或位于基准正三角形的对应角部；所述第二阻尼器设有三个，相邻的两第二阻尼器相对于所述基准对称平面互为镜像对称。

4.根据权利要求3所述的六维抗冲隔振系统，其特征在于：所述支撑体包括平板状的底座和竖直的固定立设于底座上的三根立柱，所述中间悬架是轴线与所述基准轴线重合的圆环体，该中间悬架设置于底座上方并位于三根立柱所围设的空间之内，所述支撑平台是由处于中间悬架与底座之间与所述基准轴线同心设置的底板和凸设于底板上端面中心位置处的凸台构成；所述各上悬架支链两端分别连接于立柱顶端和中间悬架顶面上，所述各下悬架支链两端分别连接于立柱底端和中间悬架底面上，所述各平台支链两端分别连接于中间悬架的内周面和支撑平台的凸台的外周面上，所述第一阻尼器两端分别连接于立柱中部和中间悬架的外周面上，所述各第二阻尼器两端分别连接于所述支撑平台的底板的顶面和中间悬架的底面上。

5.根据权利要求4所述的六维抗冲隔振系统，其特征在于：所述底板为中心线与基准轴线重合、形状与基准正三角形相似的正三角形平板状结构，所述各第二阻尼器下端分别连接于接底板的三个角部，所述凸台为轴线与基准轴线重合的圆柱状结构，所述凸台顶部穿入中间悬架的中心孔内。

6.六维抗冲隔振系统的制造方法，其特征在于，

（1）搭建六维抗冲隔振系统的机构本体，所述机构本体具有通过其中心的竖直的基准轴线、以所述基准轴线为中心并处于水平平面上的基准正三角形及通过该基准正三角形各角平分线的竖直设置的基准对称平面，所述机构本体包括围绕所述基准轴线分设于所述基准正三角形三个角部的三个支撑体、与基准轴线同心设置的用于承接载荷的支撑平台及与所述基准轴线同心的设置于所述支撑体与支撑平台之间的中间悬架，所述支撑体、中间悬架通过绕基准轴线均匀的竖向设置的三组悬架支链连接成处于或接近相应奇异形位的第一并联机构，每组的悬架支链由两条相对于基准对称平面镜像对称的上悬架支链和一条位于基准对称平面内的下悬架支链组成，所述中间悬架、支撑平台之间通过绕基准轴线均匀的横向设置的三组平台支链连接成处于或接近相应奇异形位的第二并联机构，每组由两条相对于基准对称平面镜像对称设置的平台支链组成，上述各支链是由刚性或弹性连杆及设于连杆两端的与相应台、架以球副铰接的球铰组成，在支撑体、中间悬架和支撑平台之间还连接有阻尼机构，所述阻尼机构包括连接于所述支撑体与中间悬架之间的多个绕基准轴线均匀分布并横向设置的第一阻尼器及连接于所述中间悬架与支撑平台之间的多个绕基准轴线均匀分布并竖向设置的第二阻尼器，各阻尼器两端均设有与相应台、架以球副铰接的球铰，在所述系统中还设有坐标原点处于基准轴线上且其Z轴与基准轴线重合的空间坐标系，所述的第一并联机构处于稳定状态时各悬架支链对中间悬架在Z轴平移方向和沿X、Y轴旋转方向施加约束力，所述第一阻尼器对中间悬架在Z轴旋转方向和X、Y轴平移方向施加阻尼力，所述第二并联机构处于稳定状态时其平台支链对支撑平台在X、Y轴平移方向以及绕Z轴旋转方向施加约束力，所述第二阻尼器对支撑平台在在Z轴平移方向以及绕X、Y轴旋转方向施加阻尼力；

（2）建立系统坐标系，所述系统坐标系包括坐标原点沿基准轴线上、下布设的支撑平台坐标系O_m-X_mY_mZ_m和基础坐标系O_b-X_bY_bZ_b以及坐标原点任意设置的惯性坐标系O-XYZ，其中，支撑平台坐标系O_m-X_mY_mZ_m的坐标原点O_m设于支撑平台上，基础坐标系的坐标原点设于所述基准正三角形的中心，支撑平台坐标系O_m-X_mY_mZ_m和基础坐标系O_b-X_bY_bZ_b的Z轴均沿基准轴线朝上延伸，各坐标系的X轴与Y轴分别对应空间平行；

（3）求解出刚度矩阵、阻尼矩阵以及质量矩阵，当支撑平台上放置被隔对象并处于平衡位置时，设：各支链的刚度值为k1、k2、k3……，各阻尼器的阻尼系数为c₁、c₂、c₃……，被隔对象的总质量为m，I_x、I_y、I_z为被隔对象相对于支撑平台坐标系O_m-X_mY_mZ_m中的X_m、Y_m、Z_m轴的转动惯量，I_xy、I_yz、I_zx（I_xy＝I_yx、I_yz＝I_zy、I_zx＝I_xz）为被隔对象相对于X_m、Y_m、Z_m轴的质量惯性积，λ为每组的2条上悬架支链之一与对应的基准对称平面之间的夹角，μ为任一下悬架支链与对应基准轴线之间的夹角，η为任一上悬架支链与对应基准轴线之间的夹角，σ为放置被隔对象前某个平台支链位置与放置被隔对象后该平台支链的位置之间的夹角，α为每组的2个第一阻尼器之一与基准对称平面之间的夹角，d为任一第一阻尼器与支撑体的连接点相距对应基准轴线的距离，R为中间悬架的半径；

系统的刚度矩阵为

$K=J_k^{T}k{J}_k---\left(1\right)$

其中，k=diag｛k1,k2,k3,k4……｝

$\left[\begin{array}{cccccc}-\mathrm{\η}& \mathrm{\λ}& 0& 0& 0& \mathrm{\λR}\\ -\mathrm{\η}& -\mathrm{\λ}& 0& 0& 0& -\mathrm{\λR}\\ -\mathrm{\μ}& 0& 0& 0& 0& 0\\ \mathrm{\η}/2-\sqrt{3\mathrm{\λ}}/2& -\sqrt{3\mathrm{\η}}/2-\mathrm{\λ}/2& 0& 0& 0& \mathrm{\λR}\\ \mathrm{\η}/2+\sqrt{3\mathrm{\λ}}/2& -\sqrt{3\mathrm{\η}}/2+\mathrm{\λ}/2& 0& 0& 0& -\mathrm{\λR}\\ \mathrm{\μ}/2& -\sqrt{3\mathrm{\μ}}/2& 0& 0& 0& 0\\ \mathrm{\η}/2+\sqrt{3\mathrm{\λ}}/2& \sqrt{3\mathrm{\η}}/2-\mathrm{\λ}/2& 0& 0& 0& \mathrm{\λR}\\ \mathrm{\η}/2-\sqrt{3\mathrm{\λ}}/2& \sqrt{3\mathrm{\η}}/2+\mathrm{\λ}/2& 0& 0& 0& -\mathrm{\λR}\\ \mathrm{\μ}/2& \sqrt{3\mathrm{\μ}}/2& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& -\mathrm{\σ}& 0& \mathrm{r\σ}& 0\\ 0& 0& -\mathrm{\σ}& 0& \mathrm{r\σ}& 0\\ 0& 0& -\mathrm{\σ}& -\sqrt{3\mathrm{r\σ}}/2& -\mathrm{r\σ}/2& 0\\ 0& 0& -\mathrm{\σ}& -\sqrt{3\mathrm{r\σ}}/2& -\mathrm{r\σ}/2& 0\\ 0& 0& -\mathrm{\σ}& \sqrt{3\mathrm{r\σ}}/2& -\mathrm{r\σ}/2& 0\\ 0& 0& -\mathrm{\σ}& \sqrt{3\mathrm{r\σ}}/2& -\mathrm{r\σ}/2& 0\end{array}\right]$

系统的阻尼矩阵为

$C=J_c^{T}c{J}_c---\left(2\right)$

其中，c=diag｛c₁、c₂、c₃……｝

$J_c=\left[\begin{array}{cccccc}\frac{R\cos \mathrm{\α}-d}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos \mathrm{\α}}}& \frac{-R\sin \mathrm{\α}}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos \mathrm{\α}}}& 0& 0& 0& \frac{-\mathrm{dR}\sin \mathrm{\α}}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos \mathrm{\α}}}\\ \frac{R\cos \mathrm{\α}-d}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos \mathrm{\α}}}& \frac{R\sin \mathrm{\α}}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos \mathrm{\α}}}& 0& 0& 0& \frac{\mathrm{dR}\sin \mathrm{\α}}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos }\mathrm{\α}}\\ \frac{R\sin (\mathrm{\α}-\mathrm{\π}/6)+d/2}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos }\mathrm{\α}}& \frac{R\cos (\mathrm{\α}-\mathrm{\π}/6)-\sqrt{3}d/2}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos \mathrm{\α}}}& 0& 0& 0& \frac{-\mathrm{dR}\sin \mathrm{\α}}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos }\mathrm{\α}}\\ \frac{d/2-R\sin (\mathrm{\α}+\mathrm{\π}/6)}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos \mathrm{\α}}}& \frac{R\cos (\mathrm{\α}+\mathrm{\π}/6)-\sqrt{3}d/2}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos \mathrm{\α}}}& 0& 0& 0& \frac{\mathrm{dR}\sin \mathrm{\α}}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos }\mathrm{\α}}\\ \frac{d/2-R\sin (\mathrm{\α}+\mathrm{\π}/6)}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos }\mathrm{\α}}& \frac{\sqrt{3}d/2-R\cos (\mathrm{\α}+\mathrm{\π}/6)}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos \mathrm{\α}}}& 0& 0& 0& \frac{-\mathrm{dR}\sin \mathrm{\α}}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos \mathrm{\α}}}\\ \frac{d/2+R\sin (\mathrm{\α}-\mathrm{\π}/6)}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos \mathrm{\α}}}& \frac{\sqrt{3}d/2-R\cos (\mathrm{\α}+\mathrm{\π}/6)}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos \mathrm{\α}}}& 0& 0& 0& \frac{\mathrm{dR}\sin \mathrm{\α}}{\sqrt{d^2+R^2-2\mathrm{dR}\cos \mathrm{\α}}}\\ 0& 0& -1& \frac{\sqrt{3}R}{2}& \frac{R}{2}& 0\\ 0& 0& -1& -\frac{\sqrt{3}R}{2}& \frac{R}{2}& 0\\ 0& 0& -1& 0& -R& 0\end{array}\right]$

系统的质量矩阵为

$M=\left[\begin{array}{cccccc}m& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& m& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& m& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& I_x& -I_{\mathrm{xy}}& -I_{\mathrm{xz}}\\ 0& 0& 0& {-I}_{\mathrm{yx}}& I_y& -I_{\mathrm{yz}}\\ 0& 0& 0& -I_{\mathrm{zx}}& -I_{\mathrm{zy}}& J_z\end{array}\right]---\left(3\right)$

（4）列出抗冲和隔振的线性运动方程，通过仿真按抗冲隔振的要求进行刚度和阻尼的调节。令支撑平台坐标系O_m-X_mY_mZ_m相对于惯性坐标系O-XYZ的六维相对振动位移列阵为

X(t)＝[x(t) y(t) z(t) θ_x(t) θ _y(t)θ_z(t)]^T

基础坐标系O_b-X_bY_bZ_b相对于惯性坐标系O-XYZ的六维相对振动位移列阵为

X₀(t)＝[x₀(t) y₀(t) z₀(t) θ_0x(t) θ_0y(t) θ_0z(t)]^T

则平衡点附近线性化的抗冲运动方程为

平衡点附近线性化的隔振运动方程为

根据式（1）、（2）、（3）、（4），利用数值方法或解析法计算出在基础冲击下被隔对象所受到的最大绝对加速度

来评价抗冲效果，调节各支链的刚度值和阻尼器的阻尼系数使抗冲效果达到要求。

根据式（1）、（2）、（3）、（5），利用数值方法或解析法计算出在基础不同频率ω的振动下对被隔对象的振动传递率X(jω)/X₀(jω)来评价隔振效果，通过调节各支链的刚度值和阻尼器的阻尼系数使隔振效果达到要求。

7.根据权利要求6所述的六维抗冲隔振系统的制造方法，其特征在于，所述的各支链是由刚度可调的McKibben型气动肌肉及其两端设置的球铰组成，所述气动肌肉的刚度通过调节充气压力来实现。

8.根据权利要求6或7所述的六维抗冲隔振系统的制造方法，其特征在于，所述的上悬架支链自上而下斜拉连接于支撑体顶部与中间悬架顶部之间，所述下悬架支链自下而上斜拉连接于对应的支撑体底部与中间悬架底部之间，每组的两条上悬架支链连接支撑体的上球铰位于或靠近所述基准正三角形的三个角部；所述第二并联机构中每组的两条平台支链于支撑平台上的连接点之间的连线围成与所述基准正三角形相似且对应边平行的正三角形；所述第一阻尼器设有六个并由外向内连接于支撑体与中间悬架之间，该六个第一阻尼器两两分为一组，每组的两第一阻尼器相对于基准对称平面互为镜像对称，且每组的两第一阻尼器于支撑体上的连接点靠近或位于基准正三角形的对应角部；所述第二阻尼器设有三个，相邻的两第二阻尼器相对于所述基准对称平面互为镜像对称。

9.根据权利要求8所述的六维抗冲隔振系统的制造方法，其特征在于：所述支撑体包括平板状的底座和竖直的固定立设于底座上的三根立柱，所述中间悬架是轴线与所述基准轴线重合的圆环体，该中间悬架设置于底座上方并位于三根立柱所围设的空间之内，所述支撑平台是由处于中间悬架与底座之间与所述基准轴线同心设置的底板和凸设于底板上端面中心位置处的凸台构成；所述各上悬架支链两端分别连接于立柱顶端和中间悬架顶面上，所述各下悬架支链两端分别连接于立柱底端和中间悬架底面上，所述各平台支链两端分别连接于中间悬架的内周面和支撑平台的凸台的外周面上，所述第一阻尼器两端分别连接于立柱中部和中间悬架的外周面上，所述各第二阻尼器两端分别连接于所述支撑平台的底板的顶面和中间悬架的底面上。

10.根据权利要求9所述的六维抗冲隔振系统的制造方法，其特征在于：所述底板为中心线与基准轴线重合、形状与基准正三角形相似的正三角形平板状结构，所述各第二阻尼器下端分别连接于接底板的三个角部，所述凸台为轴线与基准轴线重合的圆柱状结构，所述凸台顶部穿入中间悬架的中心孔内。

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