CN104656740A - 一种大承载四轴并联装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大承载四轴并联装置，该装置包括：地块模板和多组支撑模块，其中：地块模板用于模拟地壳板块，其上承载有建筑物质，并在多组支撑模块的驱动控制下做水平升降运动以及倾斜运动，以模拟地壳板块的垂直方向或倾斜方向上的运动；多组支撑模块固定安装在地块模板的下方，用于支撑地块模板及驱动地块模板进行运动。本发明能够动态地仿真模拟地形变化，本发明所述大承载四轴并联装置拥有一个平移、2个旋转共三个空间自由度，且可承载高达6800kg的负载。
Description
技术领域
本发明涉及新型机械技术领域，特别是一种大承载四轴并联装置。
背景技术
陆地表层水、土、气、生是保障人类生存和可持续发展的载体，其各要素的物理、化学、生物过程及其综合体的时空变化规律，以及各要素的界面过程与相互作用机理是当今国际地球系统科学的前沿问题，而陆地表层水土过程是这些问题的纽带与核心。陆地表层水土过程的研究依赖于野外观测与室内模拟实验。野外观测可以发现问题并获取第一手数据；室内模拟实验可以基于模型分离交错迭合的要素，获取有价值的实验数据。通过模拟实验，可以揭示地形变化对陆地表层水土过程发育演化的基本机理，这需要为实验设计一种模拟实验装置。
随着自动控制技术和人工智能的不断发展，设计一种能够为先进的自动化系统所控制的，动态地仿真模拟地形变化的实验装置是势在必行的。
发明内容
本发明的目的是提供一种大承载四轴并联装置，以动态地仿真模拟地形变化。
为实现上述目的，本发明采取以下的技术方案：
一种大承载四轴并联装置，该装置包括：地块模板和多组支撑模块，其中：
所述地块模板用于模拟地壳板块，其上承载有建筑物质，并在所述多组支撑模块的驱动控制下做水平升降运动以及倾斜运动，以模拟地壳板块的垂直方向或倾斜方向上的运动；
所述多组支撑模块固定安装在所述地块模板的下方，用于支撑所述地块模板及驱动所述地块模板进行运动。
本发明的显著特点在于：由于其4根垂直丝杠的运动都是独立可控的，且分别与装于地块模板的二维滑移自适应部件球铰接，则控制系统只要不违背4丝杠顶点共面的原则，通过不同速率和不同行程的协调控制，就可以获得各种不同的地块模板动态位姿。
本发明的技术核心在于：能够针对升降部件高承载能力和低运行速率的需求制定传动方案。地块模板的负载重达6800Kg，再考虑到偏载的影响，则对于单根丝杠的耐磨性、压杆稳定性和刚度的计算载荷至少应以3500Kg为准。丝杠在模拟运动中经常采用的移动速率为0.1mm/h～1mm/h，这又必须防止如此低速下可能产生的“爬行”。采用三阶的行星减速器、以直线滚动轴承和光杠组成滚动导向机构、以向心球轴承和导条组成滚动定心机构是该传动方案的重要特征。
附图说明
图1是本发明大承载四轴并联装置的总体结构示意图。
图2是二维滑移自适应部件b的装配示意图。
图3是升降部件c的装配示意图。
图4是图3所示升降部件c的左侧视图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
图1是本发明大承载四轴并联装置的总体结构示意图，如图1所示，所述大承载四轴并联装置包括：地块模板a和多组支撑模块，其中：
所述地块模板a用于模拟地壳板块，其上承载沙土及水等建筑物质；
所述地块模板a在所述多组支撑模块的驱动控制下可以做水平升降运动以及倾斜运动，用于模拟地壳板块的垂直方向或倾斜方向上的运动；
在本发明一实施例中，所述地块模板a由钢板和型钢焊接成型。
在本发明一实施例中，所述地块模板a呈方形。
所述多组支撑模块固定安装在所述地块模板a的下方，用于支撑所述地块模板a及驱动所述地块模板a进行运动。
在本发明一实施例中，所述多组支撑模块均布固定安装在所述地块模板a的下方。
进一步地，每组支撑模块均包括二维滑移自适应部件b、丝杠d、升降部件c、机架e和底座f，其中：
所述二维滑移自适应部件b与所述丝杠d的球头铰接，用于自适应地对于所述地块模板a的位姿进行微调；
具体地，所述二维滑移自适应部件b的下端设有凹球体b1，所述凹球体b1与所述丝杠d的球头铰接。
其中，所述丝杠d的运动是独立可控的无自转的垂向直线移动。
所述丝杠d与升降部件c连接，用于支撑所述地块模板a及驱动所述地块模板a进行运动；
所述升降部件c套接在所述机架e内，用于驱动所述丝杠d进行垂直运动；
所述机架e与所述底座f固接，由此构成大承载四轴并联装置的本体。
图2是二维滑移自适应部件b的装配示意图，如图2所示，所述二维滑移自适应部件b包括：中间接板2、上接板1、连接套7、下接板4、凹球体b1，其中：
所述中间接板2上表面的前后两端分别固接第一滑板31和两个第一导向销51，下表面的左右两端分别固接第二滑板32和两个第二导向销52；
所述上接板1动接于所述中间接板2的上方，其下表面与所述第一滑板31动配合，其左右方向设有长孔，与所述第一导向销51动配合，通过与所述第一滑板31和第一导向销51的动配合，所述上接板1相对于所述中间接板2可以产生左右方向上的位移；
所述连接套7与所述上接板1固接，且安装于所述地块模板a的下方；
所述下接板4动接于所述中间接板2的下方，其上表面与所述第二滑板32动配合，其前后方向设有长孔，与所述第二导向销52动配合，通过与所述第二滑板32和第二导向销52的动配合，所述下接板4相对于所述中间接板2可以产生前后方向上的位移；
所述凹球体b1与所述下接板4固接，且与所述丝杠d的球头铰接。
图3是升降部件c的装配示意图，如图3所示，所述升降部件c包括：机架10c、箱体8、驱动机组19、大齿牙丝母9、下压盖20、上压盖23、垂向光杠11、两根垂向导条18、第一丝杠12b、导向装块15、直线滚动轴承14、轴承架16、向心球轴承17，其中：
所述机架10c为所述升降部件c各组成部件的安装框架；
所述箱体8安装于所述机架10c的上基面；
所述箱体8的一端安装有驱动机组19，所述驱动机组19的输出轴装有小齿轮21；
在本发明一实施例中，所述驱动机组19为步进电机与三阶行星减速器配套的驱动机组。
所述大齿牙丝母9分为下支承段和上支承段，所述下支承段通过两个滚动轴承动接于所述箱体8底面设置的定位孔，并保证其齿牙部位与小齿轮21正确啮合；所述上支承段通过一个滚动轴承与装于箱体8上面的箱盖22动接；
所述垂向光杠11的上、下两端分别固接于所述机架10c上；
所述两根垂向导条18分别固接于所述机架10c纵向的两侧基面；
所述第一丝杠12b垂直地与所述大齿牙丝母9动接，其具有球头和扁平尾部，所述第一丝杠12b的扁平尾部通过两个连接角板13与所述导向装块15固接，且与所述轴承架16固接；
所述导向装块15套装于所述垂向光杠11，可沿所述垂向光杠11上下移动；
所述轴承架16安装于所述丝杠d的扁平尾部；
所述直线滚动轴承14套装于所述导向装块15的内孔，并与所述垂向光杠11的外圆动配合；
所述向心球轴承17安装于所述轴承架16上，其外圆与两根垂向导条18的内侧面动配合。
图4是图3所示升降部件c的左侧视图，如图4所示，所述机架10c靠近所述光杠11的外侧面的上、下部各安装有一个限位传感器26，中部外侧安装有一个零位传感器25，靠近该外侧面的所述机架10c的内部安装有一根贯穿于垂向全长的光栅尺24。
由上述技术方案可知，所述大承载四轴并联装置拥有3个空间自由度，分别为一个平移自由度和2个旋转自由度。
其中，所述大承载四轴并联装置可以承载高达6800kg的负载。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种大承载四轴并联装置，其特征在于，该装置包括：地块模板和多组支撑模块，其中：
所述地块模板用于模拟地壳板块，其上承载有建筑物质，并在所述多组支撑模块的驱动控制下做水平升降运动以及倾斜运动，以模拟地壳板块的垂直方向或倾斜方向上的运动；
所述多组支撑模块固定安装在所述地块模板的下方，用于支撑所述地块模板及驱动所述地块模板进行运动。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述地块模板由钢板和型钢焊接成型。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述地块模板呈方形。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多组支撑模块均布固定安装在所述地块模板的下方。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，每组支撑模块均包括二维滑移自适应部件、丝杠、升降部件、机架和底座，其中：
所述二维滑移自适应部件与所述丝杠的球头铰接，用于自适应地对于所述地块模板的位姿进行微调；
所述丝杠与升降部件连接，用于支撑所述地块模板及驱动所述地块模板进行运动；
所述升降部件套接在所述机架内，用于驱动所述丝杠进行垂直运动；
所述机架与所述底座固接。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述二维滑移自适应部件的下端设有凹球体，所述凹球体与所述丝杠的球头铰接。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述丝杠的运动是独立可控的无自转的垂向直线移动。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述二维滑移自适应部件包括：中间接板、上接板、连接套、下接板、凹球体，其中：
所述中间接板上表面的前后两端分别固接第一滑板和两个第一导向销，下表面的左右两端分别固接第二滑板和两个第二导向销；
所述上接板动接于所述中间接板的上方，其下表面与所述第一滑板动配合，其左右方向设有长孔，与所述第一导向销动配合，通过与所述第一滑板和第一导向销的动配合，所述上接板相对于所述中间接板可以产生左右方向上的位移；
所述连接套与所述上接板固接，且安装于所述地块模板的下方；
所述下接板动接于所述中间接板的下方，其上表面与所述第二滑板动配合，其前后方向设有长孔，与所述第二导向销动配合，通过与所述第二滑板和第二导向销的动配合，所述下接板相对于所述中间接板可以产生前后方向上的位移；
所述凹球体与所述下接板固接，且与所述丝杠的球头铰接。
9.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述升降部件包括：机架、箱体、驱动机组、大齿牙丝母、下压盖、上压盖、垂向光杠、两根垂向导条、第一丝杠、导向装块、直线滚动轴承、轴承架、向心球轴承，其中：
所述机架为所述升降部件各组成部件的安装框架；
所述箱体安装于所述机架的上基面；
所述箱体的一端安装有驱动机组，所述驱动机组的输出轴装有小齿轮；
所述大齿牙丝母分为下支承段和上支承段，所述下支承段通过两个滚动轴承动接于所述箱体底面设置的定位孔，并保证其齿牙部位与小齿轮正确啮合；所述上支承段通过一个滚动轴承与装于箱体上面的箱盖动接；
所述垂向光杠的上、下两端分别固接于所述机架上；
所述两根垂向导条分别固接于所述机架纵向的两侧基面；
所述第一丝杠垂直地与所述大齿牙丝母动接，其具有球头和扁平尾部，所述第一丝杠的扁平尾部通过两个连接角板与所述导向装块固接，且与所述轴承架固接；
所述导向装块套装于所述垂向光杠，可沿所述垂向光杠上下移动；
所述轴承架安装于所述丝杠的扁平尾部；
所述直线滚动轴承套装于所述导向装块的内孔，并与所述垂向光杠的外圆动配合；
所述向心球轴承安装于所述轴承架上，其外圆与两根垂向导条的内侧面动配合。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述机架靠近所述光杠的外侧面的上、下部各安装有一个限位传感器，中部外侧安装有一个零位传感器，靠近该外侧面的所述机架的内部安装有一根贯穿于垂向全长的光栅尺。
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