CN105563466A - 一种含塔形伸缩分支的三自由度并联调姿隔振平台 - Google Patents

一种含塔形伸缩分支的三自由度并联调姿隔振平台 Download PDF

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    • B25H1/00—Work benches; Portable stands or supports for positioning portable tools or work to be operated on thereby
    • B25H1/14—Work benches; Portable stands or supports for positioning portable tools or work to be operated on thereby with provision for adjusting the bench top

Abstract

一种含塔形伸缩分支的三自由度并联调姿隔振平台，它包括基座、三个安装座、三组直线驱动单元、三条塔形伸缩分支、三个隔振器、助力弹簧和动平台。所述安装座固连在基座上；所述直线驱动单元中的双直线模组固连在安装座上，驱动电机驱动双直线模组；所述塔形伸缩分支是由两个闭环连杆和平面剪叉机构组成，该塔形伸缩分支的平面剪叉机构下端的两个塔脚分别通过第一、第二运动副与双直线模组的两个滑块连接，该塔形伸缩分支的上端为连接两闭环连杆的转动副，该转动副的转轴通过第三万向铰与隔振器的一端连接，该隔振器的另一端与动平台固连；所述助力弹簧下端固连在基座上，其上端为自由端。本发明刚度高，承载能力强，工作空间大。

Description

一种含塔形伸缩分支的三自由度并联调姿隔振平台
技术领域
本发明涉及一种并联机构，特别是一种并联调姿隔振平台。
背景技术
车辆在行驶过程中受路面不平度的影响，会产生车身垂向、侧倾和俯仰等多维度的复合颠簸。如果车载物品直接与车体刚性连接，车辆在路况较差条件下行驶产生的多维振动会对易碎、精密物品的运输和需要调姿的车载设备造成严重的影响。另外，舰船在海上航行时，由于受到天气和海浪影响，会引起六自由度的运动：横摇、纵摇、艏摇、横荡、纵荡、垂荡，其中横摇、纵摇和垂荡三个自由度方向的扰动对舰船影响最大，同时由于海浪或自身柴油机的影响会产生振动，这些不必要的运动和振动会给舰船上设备安全工作、武器发射精度、直升机起降安全以及船员工作生活等多方面带来严重影响。
针对上述这些问题，提出一种具备调姿隔振功能的平台显得尤为必要。近几年来，国内外学者对稳定平台及多维隔振平台开始了广泛的研究。中国专利201510324022.8提出了一种3PRS+6SPS并联调姿隔振复合平台，由动平台、机架以及连接动平台与机架间的三条相同的主支链和六条相同的弹性支链组成，此发明兼具调整工作平台姿态和多维隔离振动两种功能，但工作空间小。中国专利201310210861.8提出了一种折叠式五自由度并联调姿平台，由上平台、下平台和连接两个平台的五条驱动分支及一条约束分支组成，此发明占用体积小，调姿空间较大，但承载能力差，刚度低，不具备隔振功能，同时驱动数目多，控制繁琐。中国专利201420687868.9提出了一种三自由度移动式升降平台，通过前后滑移平台、左右滑移平台和剪叉升降机构实现三个方向的移动，此发明有较大的承载能力，但其结构是串联式的，较为复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工作空间大，占用体积小，承载能力强，同时具有较大刚度的含塔形伸缩分支的三自由度并联调姿隔振平台。
本发明的技术方案如下：
本发明主要包括基座、三个安装座、三组结构相同的直线驱动单元、三条结构相同的塔形伸缩分支、三个隔振器、助力弹簧和动平台；所述三个安装座固连在基座上，所述直线驱动单元由带有两个滑块的双直线模组和一个驱动电机组成，双直线模组固连在安装座上，驱动电机的输出轴端与双直线模组的输入轴端连接；所述塔形伸缩分支是由两个闭环连杆和平面剪叉机构组成，该塔形伸缩分支的平面剪叉机构下端的两个塔脚分别通过第一、第二运动副与双直线模组的两个滑块连接，该塔形伸缩分支的上端为连接两闭环连杆的转动副，该转动副的转轴通过第三万向铰与隔振器的一端连接，该隔振器的另一端与动平台固连；所述助力弹簧下端固连在基座上，其上端为自由端。
所述平面剪叉机构的剪叉转轴将剪叉连杆分成下长上短两部分，所述两个闭环连杆的一端分别通过转动副与剪叉连杆的短端连接，其另一端通过转动副连接在一起，两个剪叉连杆上部分和两个闭环连杆构成菱形，上述转动副轴线与剪叉转轴平行。这种下长上短的剪叉连杆机构保证了分支在输出力很大时输入力较小，从而减轻了驱动负荷，使得整体承载能力增大，刚度得到改善。同时塔形伸缩分支是双输入单输出的，不同于传统的两脚一端固定一端滑动的单输入单输出的剪叉机构。双输入单输出的塔形伸缩机构由于分支短行程长，在空间受限的并联机构中有很好的应用前景。
所述第一、第二运动副为第一、第二万向铰或第一、第二球铰，所述第一、第二万向铰的第一转动轴线共线且与基座平面平行，第一、第二万向铰的第二转动轴线与第一转动轴线垂直且与可变角形分支平面垂直。
所述带有两个滑块的双直线模组通过一个驱动电机驱动，双直线模组的两个滑块沿着滑动中心线以相同的速率相互靠近或相互远离。
所述安装座和直线驱动单元有四种布置方式：
第一种布置方式：所述安装座截面为矩形，每组直线驱动单元的双直线模组固连在同一安装座上，且双直线模组两个滑块的滑动中心线共线。
当按第一种方式布置时，双直线模组的两个滑块可以由同一个具有左右旋螺纹的螺杆驱动，同样能够实现两个滑块以相同的速率相互靠近或相互远离。
第二种布置方式：所述安装座截面为等腰梯形，每组直线驱动单元的双直线模组固连在同一安装座的两个斜面上，且双直线模组两个滑块的滑动中心线在同一平面内。
第三种布置方式：所述安装座截面为直角梯形，其下底所在底面与基座固连，直角腰所在立面位于内侧、斜腰所在斜面位于外侧，每组直线驱动单元的双直线模组固连在相邻两个安装座的斜面上，且同一个安装座上相邻的双直线模组滑块的滑动中心线平行。
第四种布置方式：所述安装座截面为直角梯形，其下底所在底面与基座固连，直角腰所在立面位于内侧、斜腰所在斜面位于外侧，每组直线驱动单元的双直线模组固连在同一安装座的斜面上，且双直线模组两个滑块的滑动中心线平行于安装座斜面，且成下面开口的25～75°夹角。
本发明与现有的相关技术相比具有如下优点：
1、塔形伸缩分支可以使动平台在不工作时降到很低的位置，减少了整体的占用体积，同时此机构具有很大的调姿空间，弥补了现有并联机构工作空间小的问题。
2、剪叉连杆下长上短的特点保证了分支在输出力很大时输入力较小，这样不仅减轻了驱动的负荷，而且提高了承载能力，增加了机构的整体刚度。
3、通过隔振器的隔振作用，可以降低从基座传到动平台的振动，使动平台免受振动的干扰。
4、动平台处于低位时，助力弹簧自由端与动平台接触产生弹力，抵消了动平台部分自重，从而使得此平台在开始工作瞬间只需要较小的驱动力便可启动，工作时与助力弹簧脱离，不受助力弹簧约束。
附图说明
图1是本发明实施例1的立体示意简图。
图2是本发明实施例1动平台降到最低位的示意简图。
图3是本发明实施例2的立体示意简图。
图4是本发明实施例3的立体示意简图。
图5是本发明实施例4的立体示意简图。
图6是本发明实施例5的立体示意简图。
图中：1、基座；2、安装座；3、双直线模组；4、驱动电机；5、滑块；6、第一万向铰(第一球铰)；7、第二万向铰(第二球铰)；8、塔形伸缩分支；9、第三万向铰；10、隔振器；11、助力弹簧；12、动平台。
具体实施方式
实施例1：
在图1所示的含塔形伸缩分支的三自由度并联调姿隔振平台示意图中，三个截面为矩形的安装座2均匀固连在基座1上，每组直线驱动单元的双直线模组3固连在安装座上，且双直线模组两个滑块5的滑动中心线共线，驱动电机4的输出轴端与双直线模组的输入轴端连接；三条结构相同的塔形伸缩分支8是由两个闭环连杆和平面剪叉机构组成，平面剪叉机构的剪叉转轴将剪叉连杆分成下长上短两部分，两个闭环连杆的一端分别通过转动副与剪叉连杆的短端连接，其另一端通过转动副连接在一起，两个剪叉连杆上部分和两个闭环连杆构成菱形，上述转动副轴线与剪叉转轴平行，该塔形伸缩分支的平面剪叉机构下端的两个塔脚分别通过第一万向铰6、第二万向铰7与双直线模组的两个滑块5连接，第一、第二万向铰的第一转动轴线共线且与基座平面平行，第一、第二万向铰的第二转动轴线与第一转动轴线垂直且与塔形伸缩分支平面垂直，该塔形伸缩分支的上端连接两闭环连杆的转动副的转轴通过第三万向铰9与隔振器10的一端连接，该隔振器的另一端与动平台12固连；助力弹簧11下端固连在基座上，其上端为自由端。
如图2所示，动平台12在不工作时可以降到很低，此时助力弹簧11被压缩。
实施例2：
如图3所示，双直线模组3固连在安装座上，且双直线模组的两个滑块的滑动中心线共线，该双直线模组的螺杆具有左右旋螺纹，驱动电机4的输出轴端与双直线模组的输入轴端连接。其它构件和连接方式与实施例1相同。
实施例3：
如图4所示，三个截面为等腰梯形的安装座2均匀固连在基座1上，每组直线驱动单元的双直线模组3固连在同一安装座的两个斜面上，且双直线模组两个滑块的滑动中心线在在同一平面内。其它构件和连接方式与实施例1相同。
实施例4：
如图5所示，三个安装座2截面为直角梯形，其下底所在底面与基座1固连，直角腰所在立面位于内侧、斜腰所在斜面位于外侧，每组直线驱动单元的双直线模组3固连在相邻两个安装座的斜面上，且同一个安装座上相邻的双直线模组滑块的滑动中心线平行。其它构件和连接方式与实施例1相同。
实施例5：
如图6所示，三个安装座2截面为直角梯形，其下底所在底面与基座1固连，其直角腰所在立面位于内侧、斜腰所在斜面位于外侧，每组直线驱动单元的双直线模组3固连在同一安装座的斜面上，且双直线模组两个滑块的滑动中心线平行于安装座斜面，且成下面开口的30°夹角，塔形伸缩分支的平面剪叉机构下端的两个塔脚分别通过第一球铰6、第二球铰7与双直线模组的两个滑块5连接。其它构件和连接方式与实施例1相同。

Claims (9)

1.一种含塔形伸缩分支的三自由度并联调姿隔振平台，它包括基座、动平台，其特征在于：它还包括三个安装座、三组结构相同的直线驱动单元、三条结构相同的塔形伸缩分支、三个隔振器和助力弹簧；所述三个安装座固连在基座上，所述直线驱动单元由带有两个滑块的双直线模组和一个驱动电机组成，双直线模组固连在安装座上，驱动电机的输出轴端与双直线模组的输入轴端连接；所述塔形伸缩分支是由两个闭环连杆和平面剪叉机构组成，该塔形伸缩分支的平面剪叉机构下端的两个塔脚分别通过第一、第二运动副与双直线模组的两个滑块连接，该塔形伸缩分支的上端为连接两闭环连杆的转动副，该转动副的转轴通过第三万向铰与隔振器的一端连接，该隔振器的另一端与动平台固连；所述助力弹簧下端固连在基座上，其上端为自由端。
2.根据权利要求1所述的一种含塔形伸缩分支的三自由度并联调姿隔振平台，其特征在于：所述平面剪叉机构的剪叉转轴将剪叉连杆分成下长上短两部分，所述两个闭环连杆的一端分别通过转动副与剪叉连杆的短端连接，其另一端通过转动副连接在一起，两个剪叉连杆上部分和两个闭环连杆构成菱形，上述转动副轴线与剪叉转轴平行。
3.根据权利要求1所述的一种含塔形伸缩分支的三自由度并联调姿隔振平台，其特征在于：所述第一、第二运动副为第一、第二万向铰或第一、第二球铰。
4.根据权利要求3所述的一种含塔形伸缩分支的三自由度并联调姿隔振平台，其特征在于：所述第一、第二万向铰的第一转动轴线共线且与基座平面平行，第一、第二万向铰的第二转动轴线与第一转动轴线垂直且与塔形伸缩分支平面垂直。
5.根据权利要求1所述的一种含塔形伸缩分支的三自由度并联调姿隔振平台，其特征在于：所述安装座截面为矩形，每组直线驱动单元的双直线模组固连在同一安装座上，且双直线模组两个滑块的滑动中心线共线。
6.根据权利要求5所述的一种含塔形伸缩分支的三自由度并联调姿隔振平台，其特征在于：所述双直线模组两个滑块的滑动中心线共线，两个滑块由同一个具有左右旋螺纹的螺杆驱动。
7.根据权利要求1所述的一种含塔形伸缩分支的三自由度并联调姿隔振平台，其特征在于：所述安装座截面为等腰梯形，每组直线驱动单元的双直线模组固连在同一安装座的两个斜面上，且双直线模组两个滑块的滑动中心线在同一平面内。
8.根据权利要求1所述的一种含塔形伸缩分支的三自由度并联调姿隔振平台，其特征在于：所述安装座截面为直角梯形，其下底所在底面与基座固连，直角腰所在立面位于内侧、斜腰所在斜面位于外侧，每组直线驱动单元的双直线模组固连在相邻两个安装座的斜面上，且同一个安装座上相邻的双直线模组滑块的滑动中心线平行。
9.根据权利要求1所述的一种含塔形伸缩分支的三自由度并联调姿隔振平台，其特征在于：所述安装座截面为直角梯形，其下底所在底面与基座固连，直角腰所在立面位于内侧、斜腰所在斜面位于外侧，每组直线驱动单元的双直线模组固连在同一安装座的斜面上，且双直线模组两个滑块的滑动中心线平行于安装座斜面，且成下面开口的25～75°夹角。
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