CN105242691A - 一种闭环分支中具有弹簧阻尼的并联机构 - Google Patents

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Abstract

一种闭环分支中具有弹簧阻尼的并联机构，它包括动平台、定平台以及连接动平台与定平台的两组驱动分支和一组承重分支，第一组驱动分支为四条结构相同的PSS分支，两两一组纵向平面对称竖直布置，每条分支中的第一作动器与定平台和第一拉杆连接，第一拉杆与连接桥臂连接，连接桥臂与动平台连接，弹簧阻尼器与铰座和轴承座连接；第二组驱动分支为两个结构相同的PSS驱动分支，该分支位于动平台的下方，水平固定在定平台中心部位，一组承重分支包括四个结构相同的承重分支，该分支中的立柱对称布置，拉簧与固定于立柱上端的第一拉环和固定于动平台中上平台两侧的第二拉环连接。本发明承载能力大，安全性能高，节能环保，能够根据不同使用需求模拟振动与运动。

Description

一种闭环分支中具有弹簧阻尼的并联机构
技术领域
本发明涉及一种并联机构，特别是一种并联模拟台。
背景技术
并联模拟台具有刚性大、承载能力强等优点，近几十年来，并联运动模拟台中被研究最多的是六自由度并联模拟台，用于汽车、飞机驾驶员的培训，但受驱动原件与机械结构的限制对高频率复合运动模拟往往达不到理想的效果，拟或由于较高的硬件投入和控制成本使得运动模拟器的普及化以及面向需求的应用受到种种限制。比如模拟野战路况与常规路况条件，在救护车行驶过程进行医疗救护等对振动频率要求较高的场合下，以STEWART机构为代表的全驱动六自由度并联模拟平台会产生较强烈的刚性冲击，对整个机构的寿命及安全产生不利的影响，而且由于运动模拟器机械部分驱动分支的布置形式使得U型框往往处于很高的位置，带来潜在的稳定性与安全性问题，另外受制于成本与驱动器输出频率的限制，目前还没有一种产品能够满足普及化的应用需求。发明专利CN104258569A提出了一种电机驱动的三自由度可拆装的动感赛车游戏运动模拟器，但只限于三个自由度，且只能模拟运动，不能模拟运动过程中伴随的高频振动；发明专利CN104778897A提出了一种基于六自由度运动模拟平台的驾驶功效实验装置，采用传统的STWART并联机构来模拟六个自由度的运动，同样不能模拟汽车在运动过程中伴随的高频振动，而且U型框处于较高位置，有稳定性与安全性问题；
发明内容
本发明的目的在于提供一种承载能力大、抗刚性冲击能力强、安全稳定性好、节能环保，不仅能够模拟运动，同时能模拟运动过程中的高频振动的闭环分支中具有弹簧阻尼的并联机构。
本发明的技术方案如下：
本发明主要包括动平台、定平台以及连接动平台与定平台的两组驱动分支和一组承重分支，所述动平台是由两个支架固连在U型框两侧构成，动平台用以联接其他设备，构成运动模拟器；第一组驱动分支为四条结构相同的PSS(RPeR)分支，该四个驱动分支两两一组，类似汽车的前后轮，可以分为前驱动分支组与后驱动分支组，任意一组中的两个分支关于中间纵向平面的对称布置，每条分支中能提供竖直运动的第一作动器的一端固定在定平台上，第一作动器的另一端为运动输出端，该端通过第一关节球铰与第一拉杆的一端连接，该第一拉杆的另一端通过第二关节球铰与连接桥臂的一端连接，该连接桥臂的另一端通过中心线在同一轴线上的两个轴承与动平台的平台支架连接，弹簧阻尼器的一端通过转动副与固定于连接桥臂上的铰座相连，该弹簧阻尼器的另一端通过轴承与固定在连接桥臂上的轴承座连接；该分支中的两个关节球铰的任意一个或为万向铰，构成PSU(RPeR)或者PUS(RPeR)分支；弹簧阻尼器、连接桥臂、支架就构成了一个具有一个被动自由度三角形闭环；第二组驱动分支包括两个结构相同的PSS驱动分支，由能提供直线运动的第二作动器、两端带有球铰的第二拉杆组成。第二作动器的运动模块通过第三关节球铰与第二拉杆的一端连接，该第二拉杆的另一端通过第四关节球铰与动平台的U型框底部相连接，该分支中的两个关节球铰中的任意一个或为万向铰，构成PUS或者PSU分支；所述第二作动器位于动平台的下方，水平固定在定平台上中心部位，两个驱动分支关于中间纵向平面对称布置；两个第二拉杆在初始位置时呈非平行布置，两个第三关节球铰与两个第四关节球铰的中心在初始状态时呈等腰梯形布置；控制该两个驱动分支中的两个第二作动器，在运动同步与不同步时为动平台提供前进与后退的动力以及转动的转矩；一组承重分支包括四个结构相同的承重分支，每个承重分支由一根拉簧，一个第一拉环与一个第二拉环以及一根立柱组成，四个承重分支中的立柱关于中间纵向平面对称布置，设在上述每个驱动分支的内侧，拉簧的一端勾连在固定于立柱上端的第一拉环上，该拉簧的另一端勾连在固定于动平台中U型框两侧的第二拉环上，与水平面呈一定的夹角倾斜向上作用力，用以抵消平台自身的重力，从而减轻第一组驱动分支中作动器的输出力，达到节约能源的效果；同时控制两组驱动分支中的六个能提供直线运动的作动器，可以实现U型框绕固定坐标系的三个转轴三维转动以及沿着三个坐标轴的方向前后左右运动，进行六自由度的复合运动，弹簧阻尼器的引入使得动平台能够实现高频率的振动。
所述第二组驱动分支的第二种结构：该组驱动分支为单个PSS驱动分支，该分支与上述第二组驱动分支的结构完全相同，分支中的两个关节球铰中的任意一个或为万向铰，构成PUS或者PSU分支；该分支水平固定在定平台上中心部位，且第二作动器运动模块的运动轨迹位于中间纵平面上，与U型框相连的关节球铰的中心位于U型框中间纵向平面上；四个斜向上拉的承重分支不仅能够平衡动平台自身的重力而且在一定程度上能够限制动平台不可控的自由度，提高系统的可控性，与稳定性，同时控制两组驱动分支中的五个能提供直线运动的作动器可以实现动平台绕固定坐标系的三个转轴三维转动以及沿着三个坐标轴的方向前后左右运动，从而进行六自由度的复合运动。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
1、承载能力大，负载自平衡；
2、弹簧阻尼，抗刚性冲击；
3、动平台的高度较低，安全稳定性好；
4、引入减重弹簧，电机能量消耗少，节能；
5、能实现带高频率振动的复合运动；
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意简图。
图2为本发明实施例1中动平台的结构示意简图。
图3为本发明实施例1定平台及各分支的结构示意简图。
图4为本发明实施例2的结构示意简图。
图5为本发明实施例2定平台及各分支的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
在图1和图2、图3所示的闭环分支中具有弹簧阻尼的并联机构示意图中，U型框8为两端带有方形支耳的在凵型结构，在每个支耳的两侧分别设有3个螺栓孔，与每个支架14上的螺栓孔相对应，U型框通过螺栓与两个支架固连在一起构成动平台，第一组驱动分支为四条结构相同的PSS(RPeR)分支，该四个驱动分支类似汽车的前后轮，可以分为前驱动分支组与后驱动分支组，任意一组中的两个分支关于中间纵向平面的对称布置，每条分支中能提供竖直运动的第一作动器6的一端通过螺栓固定在定平台1上，第一作动器的另一端为运动输出端7，该端通过第一关节球铰S1与第一拉杆13的一端连接，该第一拉杆的另一端通过第二关节球铰S2与连接桥臂17的一端连接，该连接桥臂的另一端通过中心线在同一轴线上的两个轴承与动平台的平台支架连接，弹簧阻尼器15的一端通过转动副与固定于连接桥臂上的铰座16相连，该弹簧阻尼器的另一端通过轴承与固定在连接桥臂上的轴承座18连接；弹簧阻尼器、连接桥臂、支架就构成了一个具有一个被动自由度三角形闭环；第二组驱动分支包括两个结构相同的PSS驱动分支，该分支中的第二作动器3的运动模块通过第三关节球铰S3与第二拉杆5的一端连接，该第二拉杆的另一端通过第四关节球铰S4与动平台的U型框相连接；所述第二作动器位水平固定在定平台上中心部位，两个驱动分支关于中间纵向平面对称布置；两个第二拉杆在初始位置时非平行布置，两个第三关节球铰与两个第四关节球铰的中心在初始状态时呈等腰梯形布置；控制该两个驱动分支中的两个第二作动器，在运动同步与不同步时为动平台提供前进与后退的动力以及转动的转矩；一组承重分支包括四个结构相同的承重分支，该四个承重分支中的立柱2关于中间纵向平面对称布置，设在上述每个驱动分支的内侧，拉簧9的一端勾连在固定于立柱上端的第一拉环10上，该拉簧的另一端勾连在固定于动平台中U型框两侧的第二拉环11上，与水平面呈一定的夹角倾斜向上作用力，用以抵消平台自身的重力，从而减轻第一组驱动分支中作动器的输出力，达到节约能源的效果；同时控制两组驱动分支中的六个能提供直线运动的作动器，可以实现U型框绕固定坐标系的三个转轴三维转动以及沿着三个坐标轴的方向前后左右运动，进行六自由度的复合运动，弹簧阻尼器的引入使得动平台能够实现高频率的振动。
实施例2:
在图4和图5所示的闭环分支中具有弹簧阻尼的并联机构示意图中，第二组驱动分支为单个PSS驱动分支，该分支与上述第二组驱动分支的结构完全相同，该分支位于动平台的下方，水平固定在定平台上中心部位，其它部件和结构与实施例1相同。所述单个PSS驱动分支的第二作动器运动模块的运动轨迹位于中间纵平面上，与U型框相连的关节球铰的中心位于U型框中间纵向平面上；四个斜向上拉的承重分支不仅能够平衡动平台自身的重力而且在一定程度上能够限制动平台不可控的自由度，提高系统的可控性，与稳定性，同时控制两组驱动分支中的五个能提供直线运动的作动器可以实现动平台绕固定坐标系的三个转轴三维转动以及沿着三个坐标轴的方向前后左右运动，从而进行六自由度的复合运动。

Claims (3)

1.一种闭环分支中具有弹簧阻尼的并联机构，它主要包括动平台、定平台以及连接动平台与定平台的两组驱动分支和一组承重分支，其特征在于：所述动平台是由两个支架固连在U型框两侧构成，第一组驱动分支为四条结构相同的PSS分支，该四个驱动分支两两一组，任意一组中的两个分支关于中间纵向平面的对称布置，每条分支中能提供竖直运动的第一作动器的一端固定在定平台上，第一作动器的另一端为运动输出端，该端通过第一关节球铰与第一拉杆的一端连接，该第一拉杆的另一端通过第二关节球铰与连接桥臂的一端连接，该连接桥臂的另一端通过中心线在同一轴线上的两个轴承与动平台的平台支架连接，弹簧阻尼器的一端通过转动副与固定于连接桥臂上的铰座相连，该弹簧阻尼器的另一端通过轴承与固定在连接桥臂上的轴承座连接；弹簧阻尼器、连接桥臂、支架就构成了一个具有一个被动自由度三角形闭环；第二组驱动分支包括两个结构相同的PSS驱动分支，由能提供直线运动的第二作动器、两端带有球铰的第二拉杆组成；第二作动器的运动模块通过第三关节球铰与第二拉杆的一端连接，该第二拉杆的另一端通过第四关节球铰与动平台的U型框底部相连接，所述第二作动器位于动平台的下方，水平固定在定平台的中心部位，两个驱动分支关于中间纵向平面对称布置；所述一组承重分支包括四个结构相同的承重分支，每个承重分支由一根拉簧，一个第一拉环与一个第二拉环以及一根立柱组成，四个承重分支中的立柱关于中间纵向平面对称布置，设在上述每个驱动分支的内侧，拉簧的一端勾连在固定于立柱上端的第一拉环上，该拉簧的另一端勾连在固定于动平台中U型框两侧的第二拉环上。
2.根据权利要求1所述的一种闭环分支中具有弹簧阻尼的并联机构，其特征在于：所述第一组驱动分支中每个分支的两个关节球铰的任意一个或为万向铰，构成PSU或者PUS分支。
3.根据权利要求1所述的闭环分支中具有弹簧阻尼的并联机构，其特征在于：所述第二组驱动分支中每个该分支中的两个关节球铰中的任意一个或为万向铰，构成PUS或者PSU分支。
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