CN105702117A - 一种六轴驱动三自由度静载平衡大型并联运动模拟台 - Google Patents
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Abstract
一种六轴驱动三自由度静载平衡大型并联运动模拟台,它包括底板、承载台、六个直线驱动单元、六个配重组件、三条三角形分支和三条中间助力分支；六个直线驱动单元两两一组平行布置作为一条三角形分支的同步输入，所述直线驱动单元与底板固连；三角形分支的两个下端通过两个转动副与一组滑块连接，其上端通过第一球铰与承载台连接；每个配重组件均由两条链绳、两个定滑轮组和配重块组成，链绳一端与滑块连接，绕过定滑轮组，另一端与配重块连接；中间助力分支由第二球铰、助力缸、第三球铰组成，助力缸一端通过第二球铰与底板连接，其另一端通过第三球铰与承载台连接。本发明刚度高，承载能力强，作动器功率低，特别适用于大型、超大型运动模拟。
Description
技术领域
本发明涉及一种并联机构，特别是一种并联运动模拟台。
背景技术
随着舰载直升机、装甲车等大型装备的迅速发展，对实现这些装备运动模拟的并联平台提出更高的要求。这些装备的运动模拟一般需要垂向、侧倾和俯仰三个自由度。由于这些装备体积庞大，重量一般都在几十吨甚至几百吨，原有的并联机构要实现这些大型装备的运动模拟需要提供很大的驱动输入，现有电机产品的扭矩和功率或伺服油缸出力和速度难以满足实际需求，采用多轴输入、配重组件和中间助力分支三者结合不仅可以减小所需驱动电机扭矩和功率，而且大大提高了机构的承载能力；由于承载台转动惯量大，三轴复合运动时会产生很大的扭转力矩。本发明提出三角形分支与传统的分支相比可明显提高模拟台机构的扭转刚度。因此，本发明提出的六轴驱动三自由度静载平衡大型并联运动模拟台可实现超大型重载模拟台需求。
专利CN103600347A提出了一种具有两条连续转轴的非对称两转一移三自由度并联结构，该发明中分支采用传统的单输入单输出结构，承载能力有限，不适合作为大型装备运动模拟台。专利CN102819972A提出了一种三自由度静载平衡并联运动模拟台，该发明存在中间约束分支，具有工作空间小等缺点。专利CN102708723A提出了一种六自由度大承载面静平衡并联运动模拟台，此发明能实现六个自由度运动模拟，但由于分支采用传统单输入单输出结构，所以相应的负载能力较小。
发明内容
本发明的目的在于提供一种刚度高、承载能力强和作动器功率低的六轴驱动三自由度静载平衡大型并联运动模拟台。
本发明的技术方案如下：
本发明主要包括底板、承载台、六个结构相同的直线驱动单元、六个结构相同的配重组件、三条结构完全相同的三角形分支和三条结构完全相同的中间助力分支；所述六个直线驱动单元两两一组平行布置作为一条三角形分支的同步输入，每个直线驱动单元均包括梯形安装座、直线导轨和直线作动器，梯形安装座固定在底板上，直线导轨设在梯形安装座斜面上，直线导轨上设有滑块，所述直线作动器为电机驱动的丝杠副，丝杠与梯形安装座连接，丝母固定在滑块上，或所述直线作动器为液压缸，缸筒与滑块固连，活塞杆输出端与梯形安装座固连；所述每条三角形分支均包括第一转动副、第二转动副、三角框和第一球铰，三角框的两个下端分别通过第一转动副和第二转动副与一组直线驱动单元的两个滑块连接，所述第一转动副轴线和第二转动副轴线共线，三角框的上端通过第一球铰与承载台连接；所述每个配重组件均包括两条链绳、两个定滑轮组和配重块，两条链绳一端与直线驱动单元的滑块连接，该两条链绳绕过固定在梯形安装座的两个定滑轮组，其另一端与配重块连接；所述三条中间助力分支包括第二球铰、助力缸和第三球铰，助力缸一端通过第二球铰与底板连接，助力缸另一端通过第三球铰与承载台连接；
三角形分支有两种布置方式：
第一种布置方式：上述三条三角形分支两个下端的转动副轴线均平行于底板平面，相邻的两条三角形分支两个下端的转动副轴线夹角为120度；
第二种布置方式：上述三条三角形分支两个下端的转动副轴线均平行于底板平面，其中两条分支的转动副轴线互相平行，且与另一条分支的转动副轴线垂直；
所述第一转动副和第二转动副可由两个球铰代替；
所述梯形安装座斜面和底板平面夹角为15-85度。
本发明与现有的相关技术相比具有如下优点：
1、机构通过每条分支两个输入一个输出，实现大负载单轴小输入扭矩和功率，从而为超大型运动模拟台工程实现成为可能。
2、分支的三角形结构提高了机构的整体刚度，特别是明显增强了承载台的扭转刚度。
3、机构的配重组件和助力支撑分支大大提高了机构的承载能力，使该机构用于大型模拟台实用性更强。
附图说明
图1为本发明实施例1的立体示意简图；
图2为本发明实施例1中的三角形分支下端转动副轴线的布置简图；
图3为本发明实施例1中的直线驱动单元立体示意简图；
图4为本发明实施例2的立体示意简图；
图5为本发明实施例1中的三角形分支下端转动副轴线的布置简图；
图6为本发明实施例1中的直线驱动单元立体示意简图；
图7为本发明实施例3的立体示意简图。
图中：1、底板；2、梯形安装座；3、直线导轨；4、直线作动器；5、滑块；6、第一转动副；7、第二转动副；8、三角框；9、第一球铰；10、承载台；11、链绳；12、定滑轮组；13、配重块；14、第二球铰；15、助力缸；16、第三球铰；17、球铰；18、球铰。
具体实施方式
实施例1
六个结构相同的直线驱动单元、六个结构相同的配重组件、三条结构完全相同的三角形分支和三条结构完全相同的中间助力分支；六个直线驱动单元两两一组平行布置作为一条三角形分支的同步输入，
在图1、图2和图3所示的六轴驱动三自由度静载平衡大型并联运动模拟台示意图中，六个结构相同的直线驱动单元两两一组均匀分布在底板1上，每个直线驱动单元中的梯形安装座2固定在底板上，两条直线导轨3设在与底板平面夹角为75度的梯形安装座斜面上，直线导轨上设有滑块5，直线作动器4为电机驱动的丝杠副，丝杠与梯形安装座连接，丝母固定在滑块上，三条结构完全相同的三角形分支中的三角框8的两个下端分别通过第一转动副6和第二转动副7与一组直线驱动单元的两个滑块连接，所述第一转动副轴线和第二转动副轴线共线，三角框的上端通过第一球铰9与承载台10连接；上述三条三角形分支两个下端的转动副轴线均平行于底板平面，相邻的两条三角形分支两个下端的转动副轴线夹角为120度；六个结构相同的配重组件中，每个配重组件中的两条链绳11一端与直线驱动单元的滑块连接，该两条链绳绕过固定在梯形安装座的两个定滑轮组12，其另一端与配重块13连接；三条结构完全相同的中间助力分支中的助力缸15下端通过第二球铰14与底板连接，助力缸上端通过第三球铰16与承载台连接。
实施例2
如图4、图5和图6所示，六个结构相同的直线驱动单元两两一组分布在底板1上，每个直线驱动单元中的梯形安装座2固定在底板上，两条直线导轨3设在与底板平面夹角为75度的梯形安装座斜面上，直线导轨上设有滑块5，直线作动器4所述直线作动器为液压缸，缸筒与滑块固连，活塞杆输出端与梯形安装座固连；三条结构完全相同的三角形分支中的三角框8的两个下端分别通过第一转动副6和第二转动副7与一组直线驱动单元的两个滑块连接，所述第一转动副轴线和第二转动副轴线共线，三角框的上端通过第一球铰9与承载台10连接；上述三条三角形分支两个下端的转动副轴线均平行于底板平面，其中两条分支的转动副轴线互相平行，且与另一条分支的转动副轴线垂直；六个结构相同的配重组件中，每个配重组件中的两条链绳11一端与直线驱动单元的滑块连接，该两条链绳绕过固定在梯形安装座的两个定滑轮组12，其另一端与配重块13连接；三条结构完全相同的中间助力分支中的助力缸15下端通过第二球铰14与底板连接，助力缸上端通过第三球铰16与承载台连接。
实施例3
如图7所示，三条结构完全相同的三角形分支中的三角框8的两个下端分别通过球铰17、18与一组直线驱动单元的两个滑块5连接，其它部件和连接关系与实施例1相同。
Claims (7)
1.一种六轴驱动三自由度静载平衡大型并联运动模拟台,其主要包括底板、承载台和六个结构相同的直线驱动单元，其特征在于：它还包括六个结构相同的配重组件、三条结构完全相同的三角形分支和三条结构完全相同的中间助力分支；所述六个直线驱动单元两两一组平行布置作为一条三角形分支的同步输入，每个直线驱动单元均包括梯形安装座、直线导轨和直线作动器，梯形安装座固定在底板上，直线导轨设在梯形安装座斜面上，直线导轨上设有滑块，所述直线作动器的一端与梯形安装座相连，另一端与直线导轨滑块相连；所述每条三角形分支均包括第一转动副、第二转动副、三角框和第一球铰，三角框的两个下端分别通过第一转动副和第二转动副与一组直线驱动单元的两个滑块连接，所述第一转动副轴线和第二转动副轴线共线，三角框的上端通过第一球铰与承载台连接；所述每个配重组件均包括两条链绳、两个定滑轮组和配重块，两条链绳一端与直线驱动单元的滑块连接，该两条链绳绕过固定在梯形安装座的两个定滑轮组，其另一端与配重块连接；所述三条中间助力分支包括第二球铰、助力缸和第三球铰，助力缸一端通过第二球铰与底板连接，助力缸另一端通过第三球铰与承载台连接。
2.根据权利要求1所述的六轴驱动三自由度静载平衡大型并联运动模拟台，其特征在于：所述三条三角形分支两个下端的转动副轴线均平行于底板平面，相邻的两条三角形分支两个下端的转动副轴线夹角为120度。
3.根据权利要求1所述的六轴驱动三自由度静载平衡大型并联运动模拟台，其特征在于：所述三条三角形分支两个下端的转动副轴线均平行于底板平面，其中两条分支的转动副轴线互相平行，且与另一条分支的转动副轴线垂直。
4.根据权利要求1所述的六轴驱动三自由度静载平衡大型并联运动模拟台，其特征在于：所述直线作动器为液压缸，缸筒与滑块固连，活塞杆输出端与梯形安装座固连。
5.根据权利要求1所述的六轴驱动三自由度静载平衡大型并联运动模拟台，其特征在于：所述直线作动器为电机驱动的丝杠副，丝杠与梯形安装座连接，丝母固定在滑块上
6.根据权利要求1所述的六轴驱动三自由度静载平衡大型并联运动模拟台，其特征在于：所述第一转动副和第二转动副由两个球铰代替。
7.根据权利要求1所述的六轴驱动三自由度静载平衡大型并联运动模拟台，其特征在于：所述梯形安装座斜面和底板平面夹角为15-85度。
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