CN104690712B - 四自由度混联模拟平台 - Google Patents
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Abstract
一种四自由度混联模拟平台。其由一个两转动和一移动自由度构成的并联机构及一个360度转动自由度机构串联而构成：两转动和一移动自由度并联机构包括旋转平台、模拟平台和连接在旋转平台和模拟平台间的三条驱动支链及一条无约束支链；360度转动自由度机构由底座和支撑杆构成。本发明的模拟平台结构简单；由于自由度较少，所以便于控制和驱动；由于支链数相对较少，所以占地面积较小；由于动平台和旋转平台之间通过无约束支链相连接，无约束支链中的液压缸承载动平台上绝大部分的重量，所以该机构的承载能力高。若用于飞机模拟驾驶平台，与传统机构相比，可大大降低飞机模拟驾驶平台的生产维护成本和占地面积，因此具有广阔应用前景。
Description
技术领域
本发明属于混联机构技术领域，特别是涉及一种由两转动一移动自由度并联机构与一个转动自由度机构串联而成的四自由度混联模拟平台。
背景技术
目前，飞机模拟平台通常由Stewart并联机构驱动，可以实现六自由度的运动，但是该机构具有动平台工作空间小、难以实现大倾角、驱动控制复杂、运动正解困难、价格和维修成本较高等缺点。随着民航事业的发展，对于小型飞机的驾驶员需求和对飞机模拟平台的需求也在快速增长。四自由度的模拟平台更具实用价值，也可以使驾驶员感受到飞机姿态的变化。但是现有的四自由度并联机构多由四条对称的支链并联构成，因此运动副约束依然较多，并联结构的控制算法非常复杂，导致设备相应速度慢，动作完成时间较长，结构复杂，设备的安装和调试工作量大。而并联、串联同时采用的四自由度的混联模拟平台可以改善以上机构的某些缺点，但是在承载力上仍存在缺陷。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供四自由度混联模拟平台，该机构具有结构简单，整体高度低，占地面积小，承载能力高等优点。
为了达到上述目的，本发明提供的四自由度混联模拟平台由一个两转动和一移动自由度构成的并联机构及一个360度转动自由度机构串联而构成：其中两转动和一移动自由度并联机构包括旋转平台、位于旋转平台上方的模拟平台和连接在旋转平台和模拟平台之间的三条驱动支链及一条无约束支链；所述的模拟平台由椅子和连接在椅子下表面及靠背背面的动平台构成；所述的三条驱动支链的上端分别连接在动平台的底面或背面，下端分别固定在旋转平台的表面；无约束支链由中心液压缸、虎克铰和球铰构成，中心液压缸的下端通过虎克铰与旋转平台的中心相连，上端通过球铰与动平台底面中心相接；360度转动自由度机构由底座和支撑杆构成，其中支撑杆固定在底座的表面中心，而支撑杆上端则通过旋转轴承设置在旋转平台的底面中部。
所述的三条驱动支链均由导向机构、滑块、连杆和球铰构成：其中导向机构垂直设置在旋转平台的表面外侧部位，并且其上面对模拟平台的侧面中部形成有一条纵向凹槽，每条纵向凹槽内安装有一个滑块；连杆的一端与滑块外部铰接，另一端通过一个球铰与动平台底面或背面相接。
所述的三条驱动支链上端的球铰分别固定在动平台底面前端两角部位以及背面后端面上部，并且三个球铰在动平台底面上的投影与动平台的中心是等距的，而下端的三个导向机构则等间距分布在旋转平台的表面上。
所述的三条驱动支链均由支链液压缸和球铰构成；其中支链液压缸的下端铰接在旋转平台的表面上，而其上端则通过球铰与动平台底面或背面相接。
所述的三条驱动支链上端的球铰分别固定在动平台底面前端两角部位以及背面后端面上部，并且三个球铰在动平台底面上的投影与动平台的中心是等距的，而支链液压缸的下端则等间距铰接在旋转平台的表面上。
本发明提供的四自由度混联模拟平台结构简单；由于自由度较少，所以便于控制和驱动；由于支链数相对较少，所以占地面积较小；由于动平台和旋转平台之间通过无约束支链相连接，无约束支链中的液压缸承载动平台上绝大部分的重量，所以该机构的承载能力高。若用于飞机模拟驾驶平台，与传统机构相比，可以大大降低飞机模拟驾驶平台的生产维护成本和占地面积，因此具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的四自由度混联模拟平台结构示意图。
图2为本发明实施例2提供的四自由度混联模拟平台结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的四自由度混联模拟平台进行详细说明。
实施例1：
如图1所示，本实施例提供的四自由度混联模拟平台由一个两转动和一移动自由度构成的并联机构及一个360度转动自由度机构串联而构成：其中两转动和一移动自由度并联机构包括旋转平台1、位于旋转平台1上方的模拟平台和连接在旋转平台1和模拟平台之间的三条驱动支链及一条无约束支链；所述的模拟平台由椅子11和连接在椅子11下表面及靠背背面的动平台10构成；所述的驱动支链由导向机构4、滑块5、连杆6和球铰7构成：其中导向机构4垂直设置在旋转平台1的表面外侧部位，并且其上面对模拟平台的侧面中部形成有一条纵向凹槽，每条纵向凹槽内安装有一个滑块5；连杆6的一端与滑块5外部铰接，另一端通过一个球铰7与动平台10底面或背面相接；无约束支链由中心液压缸9、虎克铰8和球铰7构成，中心液压缸9的下端通过虎克铰8与旋转平台1的中心相连，上端通过球铰7与动平台10底面中心相接；360度转动自由度机构由底座3和支撑杆2构成，其中支撑杆2固定在底座3的表面中心，而支撑杆2上端则通过旋转轴承设置在旋转平台1的底面中部。
所述的三条驱动支链上端的球铰7分别固定在动平台10底面前端两角部位以及背面后端面上部，并且三个球铰7在动平台10底面上的投影与动平台10的中心是等距的，而下端的三个导向机构4则等间距分布在旋转平台1的表面上。
实施例2：
如图2所示，本实施例提供的四自由度混联模拟平台与实施例1提供的四自由度混联模拟平台除驱动支链的结构不同之外，其余结构全部相同，本实施例提供的四自由度混联模拟平台中的驱动支链由支链液压缸12和球铰7构成；其中支链液压缸12的下端铰接在旋转平台1的表面上，而其上端则通过球铰7与动平台10底面或背面相接。
本发明提供的四自由度混联模拟平台在使用时，可利用控制模块5的上下移动，或者支链液压缸12的伸缩使动平台10和椅子11进行两自由度的转动和一自由度的移动，并可驱动旋转平台1相对于底座3进行360度的转动，这样本模拟平台就可以实现三个转动一个移动，一共四个自由度的运动。
Claims (5)
1.一种四自由度混联模拟平台，其特征在于：其由一个两转动和一移动自由度构成的并联机构及一个360度转动自由度机构串联而构成：其中两转动和一移动自由度并联机构包括旋转平台(1)、位于旋转平台(1)上方的模拟平台和连接在旋转平台(1)和模拟平台之间的三条驱动支链及一条无约束支链；所述的模拟平台由椅子(11)和连接在椅子(11)下表面及靠背背面的动平台(10)构成；所述的三条驱动支链的上端分别连接在动平台(10)的底面或背面，下端分别固定在旋转平台(1)的表面；无约束支链由中心液压缸(9)、虎克铰(8)和球铰(7)构成，中心液压缸(9)的下端通过虎克铰(8)与旋转平台(1)的中心相连，上端通过球铰(7)与动平台(10)底面中心相接；360度转动自由度机构由底座(3)和支撑杆(2)构成，其中支撑杆(2)固定在底座(3)的表面中心，而支撑杆(2)上端则通过旋转轴承设置在旋转平台(1)的底面中部。
2.根据权利要求1所述的四自由度混联模拟平台，其特征在于：所述的三条驱动支链均由导向机构(4)、滑块(5)、连杆(6)和球铰(7)构成：其中导向机构(4)垂直设置在旋转平台(1)的表面外侧部位，并且其上面对模拟平台的侧面中部形成有一条纵向凹槽，每条纵向凹槽内安装有一个滑块(5)；连杆(6)的一端与滑块(5)外部铰接，另一端通过一个球铰(7)与动平台(10)底面或背面相接。
3.根据权利要求2所述的四自由度混联模拟平台，其特征在于：所述的三条驱动支链上端的球铰(7)分别固定在动平台(10)底面前端两角部位以及背面后端面上部，并且三个球铰(7)在动平台(10)底面上的投影与动平台(10)的中心是等距的，而下端的三个导向机构(4)则等间距分布在旋转平台(1)的表面上。
4.根据权利要求1所述的四自由度混联模拟平台，其特征在于：所述的三条驱动支链均由支链液压缸(12)和球铰(7)构成；其中支链液压缸(12)的下端铰接在旋转平台(1)的表面上，而其上端则通过球铰(7)与动平台(10)底面或背面相接。
5.根据权利要求4所述的四自由度混联模拟平台，其特征在于：所述的三条驱动支链上端的球铰(7)分别固定在动平台(10)底面前端两角部位以及背面后端面上部，并且三个球铰(7)在动平台(10)底面上的投影与动平台(10)的中心是等距的，而支链液压缸(12)的下端则等间距铰接在旋转平台(1)的表面上。
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