CN106683710A - 一种三自由度运动平台 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种三自由度运动平台，包括动平台、静平台，所述动平台与所述静平台相对设置，还包括：磁驱动组件，相对的设置在动平台和静平台之间，在通电后相互作用用以产生磁驱动力；导向件，用于限制动平台使其做上下运动，所述导向件与所述动平台间具有间距；支撑件，设置在静平台上方，用于起支撑作用；旋转件，设置在所述动平台与静平台间，用于限定动平台沿设定轴向转动；所述旋转件一端与所述动平台固定，另一端和所述支撑件固定。通过本发明解决了现有技术中的三自由度运动平台结构存在的控制算法复杂的问题。

Description

一种三自由度运动平台

技术领域

本发明涉及一种三自由度运动平台结构的改进。

背景技术

三自由度运动平台由于只有三个驱动源，因此最多只能实现三个自由度的运动。三自由度运动平台的常规运动原理如图1所示为：三个电缸或直线电机8可以提供直线驱动力，如图1所示，当三个电缸/直线电机8出现如下几种工作状态时，动平台9会实现绕X/Y轴的转动：第一种状态：1个电缸/直线电机8独立运行；第二种状态：2个电缸/直线电机8同向运行；第三种状态：2个电缸/直线电机8相向运行；第四种状态：3个电缸/直线电机8运行，其中1个与另外2个运行方向相反。当三个电缸同向运行时，可实现动平台9沿Z轴的移动。

目前的三自由度运动平台存在以下缺点：传统的三自由度运动平台在动平台绕X/Y轴转动时，旋转轴非定轴，因此要实现动平台的定轴转动，需要3个驱动源配合运动，在一定程度上增加了控制算法的复杂程度。

发明内容

本发明提供一种新型三自由度运动平台，解决现有技术中的三自由度运动平台结构存在的控制算法复杂的问题。

为达到解决上述技术问题的目的，本发明采用所提出的三自由度运动平台采用以下技术方案予以实现：

一种三自由动运动平台，包括动平台、静平台，所述动平台与所述静平台相对设置，包括：磁驱动组件，相对设置在动平台和静平台之间，在通电后相互作用用以产生磁驱动力；导向件，用于限制动平台使其做上下运动，所述导向件与所述动平台间具有间距；支撑件，设置在静平台上方，用于起支撑作用；旋转件，设置在所述动平台与静平台间，用于限定动平台沿设定轴向转动；所述旋转件一端与所述动平台固定，另一端和所述支撑件固定。

本发明还存在以下附件技术特征：

进一步的，磁驱动组件包括第一磁性件和第二磁性件，所述动平台沿其周向至少均匀设置有3个所述第一磁性件，所述第二磁性件设置在所述静平台上且与所述第一磁性件对应设置。

进一步的，所述导向件与所述支撑件固定连接且可抽拉的插装在所述静平台内，所述静平台上设置有用于插装导向件的插装孔。

进一步的，所述导向件与所述静平台固定且可抽拉的插装在所述支撑件内。

进一步的，所述第一磁性件为永磁铁，所述第二磁性件为磁性线圈，所述磁性线圈包括感应线圈和推力线圈。

进一步的，所述支撑件为法兰支撑盘，所述法兰支撑盘包括第一法兰盘、连接柱和第二法兰盘，所述第一法兰盘和第二法兰盘通所述连接柱连接固定，所述第一法兰盘直径小于所述第二法兰盘直径，所述第一法兰盘上设置有螺纹孔，所述第二法兰盘上设置有便于导向件穿过的穿孔。

进一步的，所述旋转件的上端通过第一紧固件与所述动平台固定，所述旋转件的下端通过第二紧固件与所述第一法兰盘连接固定，所述第一紧固件和第二紧固件为螺栓或螺钉。

进一步的，所述导向件为方形导向杆、圆形导向柱或导向轨道，所述插装孔直径大于所述导向件的最大轮廓外径。

进一步的，所述旋转件为胡克铰链或球铰链。

本发明存在以下优点和积极效果：

本发明提出的三自由度驱动平台结构，通过磁驱动力作用进行平台的上下运动和翻转，整体上简化了平台结构构成，整体设备仅有2组约束件，与传统的三自由度运动平台相比减少约束的数目；不再采用电缸/直线电机作为驱动源，而是采用电磁驱动，减轻了设备的整体重量，实现了平台的轻量化；动平台绕X/Y轴的旋转运动通过旋转件实现了定轴约束，简单了控制算法；动平台的定轴转动角度不再受限于平台尺寸，保证平台承载能力的前提下实现了设备小型化。

附图说明

图1为现有技术的三自由度运动平台结构示意图；

图2为本发明三自由度运动平台的立体结构图；

图3为本发明的三自由度运动平台的结构分解图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细的说明，本发明提出一种三自由度运动平台的实施例，参照图2-图3所示，包括动平台1、静平台2，所述动平台1与所述静平台2呈相对设置，动平台1可相对于静平台2做上下方向的直线运动或一定角度的翻转运动，其动力驱动源为磁驱动组件。具体的，磁驱动组件，相对设置在动平台1和静平台2之间，在通电后可相互作用产生磁驱动力。优选的，本实施例中的磁驱动组件包括第一磁性件3和第二磁性件4，通过第一磁性件3和第二磁性件4的相互作用产生的磁驱动力作用于动平台1上，使其运动。在设置时，可使动平台1沿其周向至少均匀设置3个第一磁性件3，沿动平台1的三角位置设置，实现对动平台1的平稳的力的作用，当然，为确保施加给动平台1作用力更加稳定，可设置多个辅助的第一磁性件3，沿动平台1周向上均匀布置，在此不做具体数目的限制。对应的，在静平台2上设置第二磁性件4，与所述第一磁性件3位置对应设置，用于确保可相互作用产生磁驱动力。优选的，所述第一磁性件3为永磁铁，所述第二磁性件4为磁性线圈，所述磁性线圈包括感应线圈和推力线圈。

本实施例中以第一磁性件3为永磁铁，第二磁性件4为磁性线圈，且数目设置有3个三个点中的其中一单点为例介绍动平台的运动原理：三个电磁线圈在静平台2上按等边三角形排列，当然也可以为非等边三角形排列，优选的为呈等边三角形排列，当给某个电磁线圈通电时，电磁线圈会对永磁铁产生直线推力，当电磁线圈产生的直线推力等于动平台1在该点的重力分量时，动平台1会保持平衡；当向上的直线推力大于该点的重力分量时，该点会具有向上的加速度；当向上的直线推力小于该点的重力分量时，该点会具有向下的加速度。该点的最终受力大小由对该点的电磁线圈所通的电流大小来决定。当该点的合力向上时，会实现动平台1的单点上升；当该点的合力向下时会实现动平台1的下降，当有一个或者两个电磁线圈被通以合适的电流大小时，则动平台1则会实现X/Y轴方向的转动，当三个电磁线圈都被通以合适的电流大小时，则动平台1会实现Z轴方向的上下移动。

支撑件5，设置在静平台2上方，用于起支撑作用；进一步的，支撑件5为法兰支撑盘，法兰支撑盘包括第一法兰盘51、连接柱52和第二法兰盘53，所述第一法兰盘51和第二法兰盘53通所述连接柱52连接固定，所述第一法兰盘51直径小于所述第二法兰盘53直径，所述第一法兰盘51上设置有螺纹孔，第二法兰盘53上设置有穿孔。

由于电磁线圈和永磁铁的组合缺少约束连接，因此在动平台1的运动过程中，通过设置一旋转件6用于限定动平台的自由度，旋转件6，设置在所述动平台1与静平台2间，用于限定动平台使其沿设定轴向转动；旋转件6一端与动平台1固定，另一端和支撑件5固定。优选的，所述旋转件6的上端通过第一紧固件与所述动平台1固定，所述旋转件6的下端通过第二紧固件与所述第一法兰盘51连接固定，所述第一紧固件和第二紧固件为螺栓或螺钉。旋转件6的上端和下端均通过螺栓或螺钉与动平台1和支撑件5进行固定。优选的，旋转件6为胡克铰链，其中心内部设置有十字轴，在动平台1进行转动时可限制动平台1沿其只能沿其中心的十字轴进行转动，实现了对动平台1自由度的约束,简化了控制算法；当然，本实施例中的旋转件6也可以选用具有和胡克铰链结构类似的球铰链来实现，在此不做具体限制。

本实施例中还设置一导向件7，用于限制动平台1使其做上下运动，所述导向件7与所述动平台1间具有间距，导向件7和动平台1之间的间距可用于确保动平台1在上下移动或翻转一定的角度时不会与导向杆7碰撞进而干涉到动平台1的运动，间距设置的具体值可根据不同尺寸大小的动平台1进行针对性设置，在此不做赘述。作为本实施例中导向件7的一种设置方式为：导向件7与支撑件5固定连接且可抽拉的插装在静平台2内，静平台2周向设置有用于插装导向件7的插装孔，插装孔为导向件7的限位导向孔，使导向件7在插装孔内上下抽拉运动。在3个电磁线圈同时通电，动平台1做绕Z轴方向直线运动时，可通过动平台1带动旋转件6，旋转件6带动支撑件5和导向件7同步做沿导向件7轴向方向在插装孔内上下滑动。

进一步的，所述导向件7为方形导向杆、圆形导向柱或导向轨道，插装孔直径大于所述导向件7的最大轮廓外径。便于导向杆7在插装孔内部做上下滑动。

作为本实施例中导向件的另外一种实施方式为：导向件7与静平台2固定且可抽拉的插装在所述支撑件5内，导向件7穿过支撑件5上的第二法兰盘53上的穿孔后与静平台2固定连接在一起，在3个电磁线圈同时通电，动平台1做绕Z轴方向直线运动时，可通过动平台1带动旋转件6，旋转件6带动支撑件5沿导向件7轴向方向上下滑动。

本实施例中提出的三自由度运动平台与现有的三自由度运动平台相比，驱动源简化为电磁线圈+永磁铁组合的驱动形式，代替了现有的伺服电机+丝杠组合/直线电机的驱动形式，实现了无实物轨道驱动，实现了动平台1绕X/Y轴的旋转运动和沿Z轴的直线运动；简化了平台结构，整个平台的约束件数目减少到只有一个旋转件6和导向件7和支撑件5的结构组合，与传统的三自由度运动平台相比减少2个万向节和3个铰链，减少了约束的数目，实现了约束的最优化；取消了电缸/直线电机，减轻了设备的整体重量；通过旋转件6、导向件7对动平台1自由度进行约束，使动平台1只能做绕X/Y轴的旋转运动和绕Z轴方向的上下运动，实现了定轴约束，简化了平台的控制算法；动平台1的定轴转动角度不再受限于平台尺寸，在保证平台承载能力的前提下实现了设备小型化。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种三自由度运动平台，包括动平台和静平台，所述动平台与所述静平台相对设置，其特征在于，还包括：磁驱动组件，相对设置在动平台和静平台之间，在通电后相互作用用以产生磁驱动力；导向件，用于限制动平台使其做上下运动，所述导向件与所述动平台间具有间距；支撑件，设置在静平台上方，用于起支撑作用；旋转件，设置在所述动平台与静平台间，用于限定动平台沿设定轴向转动；所述旋转件一端与所述动平台固定，另一端和所述支撑件固定。

2.根据权利要求1所述的三自由度运动平台，其特征在于，磁驱动组件包括第一磁性件和第二磁性件，所述动平台沿其周向至少均匀设置有3个所述第一磁性件，所述第二磁性件设置在所述静平台上且与所述第一磁性件对应设置。

3.根据权利要求1所述的三自由度运动平台，其特征在于，所述导向件与所述支撑件固定连接且可抽拉的插装在所述静平台内，所述静平台上设置有用于插装导向件的插装孔。

4.根据权利要求1所述的三自由度运动平台，其特征在于，所述导向件与所述静平台固定且可抽拉的插装在所述支撑件内。

5.根据权利要求2所述的三自由度运动平台，其特征在于，所述第一磁性件为永磁铁，所述第二磁性件为磁性线圈，所述磁性线圈包括感应线圈和推力线圈。

6.根据权利要求4所述的三自由度运动平台，其特征在于，所述支撑件为法兰支撑盘，所述法兰支撑盘包括第一法兰盘、连接柱和第二法兰盘，所述第一法兰盘和第二法兰盘通所述连接柱连接固定，所述第一法兰盘直径小于所述第二法兰盘直径，所述第一法兰盘上设置有螺纹孔，所述第二法兰盘上设置有便于导向件穿过的穿孔。

7.根据权利要求6所述的三自由度运动平台，其特征在于，所述旋转件的上端通过第一紧固件与所述动平台固定，所述旋转件的下端通过第二紧固件与所述第一法兰盘连接固定，所述第一紧固件和第二紧固件为螺栓或螺钉。

8.根据权利要求3所述的三自由度运动平台，其特征在于，所述导向件为方形导向杆、圆形导向柱或导向轨道，所述插装孔直径大于所述导向件的最大轮廓外径。

9.根据权利要求3所述的三自由度运动平台，其特征在于，所述旋转件为胡克铰链或球铰链。