CN104803014A - 两自由度球形运动平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种两自由度球形运动平台，底座内装有俯仰主动齿轮，回转支撑体包括环形外圈和环形内圈，环形外圈固定安装在底座上，环形内圈的外壁上设置有外齿与俯仰主动齿轮啮合，俯仰驱动电机通过俯仰主动齿轮带动环形内圈绕自身的轴线进行360°转动；环形内圈上固设有两个滚动连接组件，球形舱两端的杆部分别通过轴承安装在各自对应的滚动连接组件内，球形舱的其中一端的杆部套装有滚转从动轮，环绕着滚转从动轮设置有滚转主动轮，滚转从动轮、滚转主动轮和球形舱构成了行星轮传动机构，滚转驱动电机驱动滚转主动轮转动，通过滚转从动轮带动球形舱绕自身的轴线进行360°旋转。消除了耦合性，降低了成本、能耗及故障率，延长了保养间隔时间。

Description

两自由度球形运动平台

技术领域

本发明适用于各类球形模拟仿真设备，属于机械结构技术领域。

背景技术

传统球形运动模拟平台，如图1所示，由六支推缸和上下两个平台组成。每只推缸的上、下各配备有一个万向铰链，用于与上、下两个平台铰接，下平台固定在基础上，借助六支推缸的伸缩运动，完成上平台在空间六个自由度(X，Y，Z，α，β，γ)的运动，从而可以模拟出各种空间运动姿态。若在球形运动模拟平台上安装太空模拟舱，则可用于模拟太空舱供客户体验。

由于结构及控制原因，采用推缸进行耦合运动模拟，由于推缸行程有限，通过推缸运动叠加进行旋转运动时有很大的运动耦合性，需要解耦控制才能进行旋转运动模拟，故球形运动模拟平台，旋转运动行程有限，不能实现360°旋转，且能耗高，机械结构磨损严重，保养间隔时间短，故障率高。

发明内容

本发明旨在提供一种能实现360°旋转的球形运动平台，消除传统球形运动平台的耦合性，降低成本、能耗及故障率，延长保养间隔时间。

为此，本发明所采用的技术方案为：一种两自由度球形运动平台，包括底座、回转支撑体、球形舱、俯仰驱动电机和滚转驱动电机，所述底座内装有俯仰主动齿轮，所述回转支撑体包括同轴设置的环形外圈和环形内圈，所述环形外圈固定安装在底座上，环形内圈的外壁上设置有外齿与所述俯仰主动齿轮啮合，所述俯仰驱动电机通过俯仰主动齿轮带动环形内圈绕自身的轴线进行360°转动；所述球形舱位于回转支撑体内，环形内圈上固设有两个滚动连接组件，球形舱两端的杆部分别通过轴承安装在各自对应的滚动连接组件内，球形舱的其中一端的杆部套装有滚转从动轮，环绕着滚转从动轮设置有滚转主动轮，所述滚转从动轮、滚转主动轮和球形舱构成了行星轮传动机构，所述滚转驱动电机驱动滚转主动轮转动，通过滚转从动轮带动球形舱绕自身的轴线进行360°旋转。

优选为，所述球形舱为太空模拟舱，由模拟舱外壳和模拟舱骨架组成，所述模拟舱外壳上开设有舱门和逃生窗，专用于模拟太空舱。

进一步，所述环形内圈的一端面与环形外圈齐平，另一端面超出环形外圈，所述环形内圈的外齿仅设置在超出部分上，使结构更为紧凑，进一步降低制造成本。

本发明的有益效果：两自由度球形运动平台分别对两个旋转轴(俯仰轴、滚转轴)进行运动控制和解算，通过回转支撑结构实现了球形运动平台滚转、俯仰两个旋转轴的360°运动。由于两个自由度由两组互相独立的伺服机构进行控制，运动系统无耦合性，对传动机构不需要进行解耦，与传统的六自由度运动相比，能高效的模拟滚转、俯仰两个自由度的运动，同时解决了传统六自由度运动平台不能实现360°旋转运动仿真。由于两自由度球形运动平台采用了回转支撑体作为旋转运动的轨道同时兼顾运动平台框架，不仅使运动平台本身耦合性较低，还降低了运动控制成本和故障率，降低了结构件的磨损，同时也降低了伺服控制成本，延长了保养间隔时间。

附图说明

图1为传统球形运动模拟平台。

图2为本发明的结构示意图。

图3为图2的左视图。

图4为图2的俯视图。

图5为图2的右视图。

图6为图3的A-A剖视放大图。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：

如图2—图6所示，一种两自由度球形运动平台，主要由底座1、球形舱2、俯仰主动齿轮3、环形外圈4、环形内圈5、滚动连接组件6、轴承7、滚转从动轮8、滚转主动轮9、俯仰驱动电机(图中未示出)、滚转驱动电机(图中未示出)等组成。

底座1作为整个两自由度球形运动平台的安装座，其内装有俯仰主动齿轮3。环形外圈4和环形内圈5同轴设置，两者均为环形件，共同组成了回转支撑体，作为球形舱2的回转支撑结构。环形外圈4固定安装在底座1上，环形内圈5的外壁上设置有外齿与俯仰主动齿轮3啮合，俯仰驱动电机通过俯仰主动齿轮3带动环形内圈5转动，即环形外圈4固定不动，环形内圈5相对环形外圈4绕自身的轴线进行360°转动，从而实现了球形舱2的俯仰运动。

为简化结构，降低制造成本，并使整体结构更为紧凑，最好是，环形内圈5的一端面与环形外圈4齐平，另一端面超出环形外圈4，即环形内圈5的厚度大于环形外圈4的厚度，环形内圈5的外齿仅设置在超出部分上，环形内圈5与环形外圈4重合的部分为滑动连接。当然，也可以在环形外圈4上设置内齿，而在环形内圈5的整个外壁上设置外齿同时与环形外圈4、俯仰主动齿轮3啮合，环形内圈5的厚度为环形外圈4与俯仰主动齿轮3的厚度之和，这种结构需要在环形外圈4上设置内齿，由于大直径内齿圈的加工难度较高，因此制造成本高，不易实施。

球形舱2位于回转支撑体内，环形内圈5上固设有两个滚动连接组件6，滚动连接组件6随环形内圈5一起转动。球形舱2两端的杆部分别通过轴承7安装在各自对应的滚动连接组件6内。球形舱2的其中一端的杆部套装有滚转从动轮8，环绕着滚转从动轮8设置有滚转主动轮9，滚转从动轮8、滚转主动轮9和球形舱2构成了行星轮传动机构，滚转从动轮8充当行星轮传动机构的太阳轮，滚转主动轮9充当行星轮传动机构的行星轮，球形舱2充当行星轮传动机构的行星架。滚转驱动电机驱动滚转主动轮9转动，通过滚转从动轮8带动球形舱2绕自身的轴线进行360°旋转，从而实现了球形舱2的滚转运动。

可以将球形舱2设置为太空模拟舱，由模拟舱外壳2a和模拟舱骨架2b组成，模拟舱外壳2a上开设有舱门2c和逃生窗2d，专用于模拟太空舱。

Claims (3)

1.一种两自由度球形运动平台，其特征在于：包括底座(1)、回转支撑体、球形舱(2)、俯仰驱动电机和滚转驱动电机，所述底座(1)内装有俯仰主动齿轮(3)，所述回转支撑体包括同轴设置的环形外圈(4)和环形内圈(5)，所述环形外圈(4)固定安装在底座(1)上，环形内圈(5)的外壁上设置有外齿与所述俯仰主动齿轮(3)啮合，所述俯仰驱动电机通过俯仰主动齿轮(3)带动环形内圈(5)绕自身的轴线进行360°转动；所述球形舱(2)位于回转支撑体内，环形内圈(5)上固设有两个滚动连接组件(6)，球形舱(2)两端的杆部分别通过轴承(7)安装在各自对应的滚动连接组件(6)内，球形舱(2)的其中一端的杆部套装有滚转从动轮(8)，环绕着滚转从动轮(8)设置有滚转主动轮(9)，所述滚转从动轮(8)、滚转主动轮(9)和球形舱(2)构成了行星轮传动机构，所述滚转驱动电机驱动滚转主动轮(9)转动，通过滚转从动轮(8)带动球形舱(2)绕自身的轴线进行360°旋转。

2.按照权利要求1所述的两自由度球形运动平台，其特征在于：所述球形舱(2)为太空模拟舱，由模拟舱外壳(2a)和模拟舱骨架(2b)组成，所述模拟舱外壳(2a)上开设有舱门(2c)和逃生窗(2d)。

3.按照权利要求1所述的两自由度球形运动平台，其特征在于：所述环形内圈(5)的一端面与环形外圈(4)齐平，另一端面超出环形外圈(4)，所述环形内圈(5)的外齿仅设置在超出部分上。