CN107144301B - 一种多自由度组合运动模拟的仿真测试转台 - Google Patents

Abstract

一种多自由度组合运动模拟的仿真测试转台，包括X方向水平平移组件(3)、Y方向垂直平移组件(4)、单轴回转轴组件等；各X方向水平平移组件(3)平行安装在过渡支架(2)上；Y方向垂直平移组件(4)横跨在平行的X方向水平平移组件(3)上，两端下表面分别与平行的X方向水平平移组件(3)上的滑块连接，在滑块的带动下沿X方向水平平移组件(3)做直线运动；单轴回转轴组件安装在Y方向垂直平移组件(4)的滑块上，通过力矩伺服电机驱动固定在台面(5)上的待测装置旋转，通过角度光电编码器测量旋转角度。本发明采用将直线运动与回转运动相结合的技术，使得转台仿真测试设备能够完成空间内三个自由度的运动。

Description

一种多自由度组合运动模拟的仿真测试转台

技术领域

本发明涉及一种仿真测试转台，属于仿真测试的转台领域。

背景技术

随着惯性技术的不断发展，其应用领域逐步扩大到兵器船舶、海洋探测、航空航天等众多技术领域。转台作为惯性器件的性能测试、评价标定以及物理仿真试验测试设备的需求越来越多。与此同时伴随着多类型惯性产品的广泛应用，为了复现载体姿态、模拟目标运动、目标跟踪等动态载荷运动环境，完成摇摆振动、仿真模拟、跟踪测试、定位定向等各种功能，仿真测试转台的功能性需求越来越趋于多样化。

目前，转台设备主要是单轴、二轴、三轴转台，用于各个轴系完成回转运动的模拟。为了实现车辆、舰船、飞行器等各类运动载体与目标的复杂运动仿真与模拟，用于模拟组合运动的新型仿真测试设备需要设计开发。因此，从单自由度到多自由度的位置、速率、加速度的精密运动控制的多功能性转台设备有待进一步的发展。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种多自由度组合运动模拟的仿真测试转台，采用将直线运动与回转运动相结合的技术，使得转台仿真测试设备能够完成空间内三个自由度的运动，包括X向水平运动，Y向垂直运动以及绕X轴回转运动，实现转台设备在多种工况下的组合运动模拟，解决不同种运动方式组合的仿真测试。

本发明所采用的技术方案是：一种多自由度组合运动模拟的仿真测试转台，包括基座、过渡支架、X方向水平平移组件、Y方向垂直平移组件、单轴回转轴组件；单轴回转轴组件包括台面、力矩伺服电机、角度光电编码器；过渡支架安装在基座上，支撑X方向水平平移组件；X方向水平平移组件、Y方向垂直平移组件均为电动直线运动单元，滑道上方均有可移动的滑块；各X方向水平平移组件平行安装在过渡支架上；Y方向垂直平移组件横跨在平行的X方向水平平移组件上，两端下表面分别与平行的X方向水平平移组件上的滑块连接，在滑块的带动下沿X方向水平平移组件做直线运动；单轴回转轴组件安装在Y方向垂直平移组件的滑块上，通过力矩伺服电机驱动固定在台面上的待测装置旋转，通过角度光电编码器测量旋转角度。

所述单轴回转轴组件还包括台体框架、轴承、主轴、法兰盘；台体框架为筒形壳体；主轴安装在台体框架内，与台体框架同轴，一端通过轴承架在台体框架内部支撑结构上且伸出台体框架与台面中心处连接，另一端穿过法兰盘中心孔，与法兰盘之间通过轴承连接；法兰盘安装在台体框架内；力矩伺服电机、角度光电编码器安装在台体框架内；所述的力矩伺服电机包括力矩伺服电机转子和力矩伺服电机定子；力矩伺服电机转子和力矩伺服电机定子安装在主轴两端的轴承之间；力矩伺服电机转子套在主轴上，在力矩伺服电机转子带动下旋转，力矩伺服电机转子安装在力矩伺服电机定子内；所述的角度光电编码器包括角度光电编码器码盘和角度光电编码器读数头，角度光电编码器码盘中心与主轴伸出法兰盘的一端连接，角度光电编码器读数头安装在法兰盘上，读取角度光电编码器码盘的数据；台体框架通过侧壁上的安装座安装在Y方向垂直平移组件的滑块上。

所述主轴的轴线与Y方向垂直平移组件滑道垂直。

还包括限位装置，各限位装置分别安装在X方向水平平移组件、Y方向垂直平移组件端部，防止滑块超出X方向水平平移组件、Y方向垂直平移组件滑道的运动范围。

所述台面为带有安装孔的圆盘结构，待测装置通过安装孔固定在台面上。

所述的台体框架的材料为铝合金。

所述基座的材料为铸铁。

所述力矩伺服电机是直驱力矩电机。

所述X方向水平平移组件有两组，Y方向垂直平移组件有一组。

本发明与现有技术相比的有益效果在于：

(1)本发明的技术方案适用于多自由度姿态仿真测试，可以实现空间内二个方向的直线运动和一个方向的回转运动的组合，用于多自由度组合运动的模拟。同时也可以单独使用其中一个方向或者两个方向自由度的模拟，有效的增加了转台设备使用功能的多样性。

(2)本发明的仿真测试精度高、运行稳定，可提供直线运动和回转运动的位置、速率、加速度的环境仿真，实现位置定位、速率标定、动态振动的功能。

(3)本发明的多自由度组合运动模拟的仿真测试转台采用开放式的框架和模块化的结构组成，整体结构布局合理、连接刚强度大，制造工艺性较好，保证转台设备具有良好的可扩展性、维修性，便于功能扩展和用户测试。

附图说明

图1本发明的立体结构示意图；

图2本发明的主视结构示意图；

图3本发明的右视结构示意图；

图4本发明的单轴回转轴组件剖视示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

如图1～图3所示，本发明一种多自由度组合运动模拟的仿真测试转台包括基座1、过渡支架2、X方向水平平移组件3、Y方向垂直平移组件4、单轴回转轴组件、限位装置7。

基座1是长方形的平板结构，使用铸铁材料铸造成型，具有刚度、强度大、稳定性好、加工方便的优点。以基座1上任意一点为原点建立坐标系，X轴平行于基座1的一边，Y轴平行于基座1的另一边，Z轴垂直于基座1平面。X方向即沿X轴方向，Y方向即沿Y轴方向。

如图4所示，单轴回转轴组件包括台体框架6、台面5、回转轴系。台体框架6是铝合金材料铸造成型，采用筒型空腔结构，内部分布着加强筋用于保证台体精度指标。外部有安装孔用于固定在Y方向垂直平移组件4的可移动滑块上面。台面5是圆盘面形结构。台面5上合理分布着多圈螺纹孔，可用于安装被测产品，具有一定的安装通用性。

回转轴系包括轴承9、主轴8、力矩伺服电机、角度光电编码器、法兰盘14。轴承9是指主轴轴承用于支撑主轴8旋转运动，共有主支撑的2个轴承和辅助主支撑的1个轴承。主轴8是将接收到的旋转驱动力传递给台面5，使得台面5能够回转运动。

力矩伺服电机是直驱力矩电机，包括力矩伺服电机转子10和力矩伺服电机定子11，用于给主轴8回转运动提供旋转驱动力。角度光电编码器是包括角度光电编码器码盘12和角度光电编码器读数头13，用于测量主轴8回转的角位置精度。

过渡支架2固定连接在基座1的上表面，且均匀对称的分布在基座1的四周边缘位置处。

X方向水平平移组件3和Y方向垂直平移组件4都是一体化的高精度电动直线运动单元，上面有用于固定设备的可移动滑块，可以提供精确、稳定的直线平移运动。

X方向水平平移组件3的2个高精度电动直线运动单元分别固定连接在过渡支架2上面。

Y方向垂直平移组件4的两端分别固定在X方向水平平移组件3的两个电动直线运动单元的可移动滑块上，能够带动Y方向垂直平移组件4在X方向的水平运动，二者呈现十字型垂直交叉状态。

限位装置7分别固定在X方向水平平移组件3和Y方向垂直平移组件4的电动直线运动单元的两端。

台体框架6通过螺栓固定连接在Y方向垂直平移组件4的可移动滑块上，带动整个单轴回转轴组件在Y方向的直线运动。

台面5固定在主轴8的前端面上，台面5随着主轴8旋转而做回转运动。台面5用于安装所需要测试的产品。

轴承9分别安装在主轴8的前、后两端位置，用于主支撑和辅助主支撑。

力矩伺服电机转子10和力矩伺服电机定子11安装在主承力轴承和辅助轴承之间位置，能够更好地保证主轴8运转的平稳性。

力矩伺服电机的定子11与台体框架6的内壁固定连接，力矩伺服电机的转子10与主轴8固定连接。启动力矩伺服电机，力矩伺服电机的转子10带动主轴8转动。

角度光电编码器码盘12与主轴8后端面固定连接并且与主轴8同步旋转。法兰盘14固定在台体框架6上，角度光电编码器读数头13固定在法兰盘14上，用于读取角度光电编码器码盘12的数据进而实现角度的测量和调整。

过渡支架2是柱状的支架结构，支架的上下表面都有安装面且有螺栓安装孔。柱状支架均匀对称的分布在基座1的四周边缘位置处。

X方向水平平移组件3是一体化的高精度电动直线运动单元，上面有可移动的滑块。X方向水平平移组件3共有两个高精度电动直线运动单元，两个直线运动单元平行排列，安装在过渡支架2的上表面。

Y方向垂直平移组件4是一体化的高精度电动直线运动单元，上面有可移动的滑块。Y方向垂直平移组件4共有一个高精度电动直线运动单元，Y向直线运动单元两端的下表面，分别与X方向水平平移组件3两个直线运动单元的可移动滑块固定连接。Y方向的一条直线运动单元与X方向的两条直线运动单元呈现出十字型垂直交叉状态。

限位装置7是指直线运动单元的两端均增加了橡胶材料的末端限位保护装置用于缓冲作用，防止X向和Y向平移运动异常超出直线单元运动范围而导致被测产品的损坏。

本发明的仿真测试转台的工作原理如下：单轴回转轴组件用于实现绕X轴回转运动，将单轴回转轴组件固定安装在Y方向垂直平移组件4的滑块上，可实现单轴回转轴组件在Y向的直线运动。同时，Y方向垂直平移组件4的两端又固定安装在X方向水平平移组件3的两个滑块上，可实现单轴回转轴组件和Y方向垂直平移组件4在X向的直线运动，最终实现直线运动和回转运动相结合的多自由度组合运动。

本发明未详细描述内容为本领域技术人员公知技术。

Claims (8)

1.一种多自由度组合运动模拟的仿真测试转台，其特征在于，包括基座(1)、过渡支架(2)、X方向水平平移组件(3)、Y方向垂直平移组件(4)、单轴回转轴组件；单轴回转轴组件包括台面(5)、力矩伺服电机、角度光电编码器；过渡支架(2)安装在基座(1)上，支撑X方向水平平移组件(3)；X方向水平平移组件(3)、Y方向垂直平移组件(4)均为电动直线运动单元，滑道上方均有可移动的滑块；各X方向水平平移组件(3)平行安装在过渡支架(2)上；Y方向垂直平移组件(4)横跨在平行的X方向水平平移组件(3)上，两端下表面分别与平行的X方向水平平移组件(3)上的滑块连接，在滑块的带动下沿X方向水平平移组件(3)做直线运动；单轴回转轴组件安装在Y方向垂直平移组件(4)的滑块上，通过力矩伺服电机驱动固定在台面(5)上的待测装置旋转，通过角度光电编码器测量旋转角度；

所述单轴回转轴组件还包括台体框架(6)、轴承(9)、主轴(8)、法兰盘(14)；台体框架(6)为筒形壳体；主轴(8)安装在台体框架(6)内，与台体框架(6)同轴，一端通过轴承(9)架在台体框架(6)内部支撑结构上且伸出台体框架(6)与台面(5)中心处连接，另一端穿过法兰盘(14)中心孔，与法兰盘(14)之间通过轴承(9)连接；法兰盘(14)安装在台体框架(6)内；力矩伺服电机、角度光电编码器安装在台体框架(6)内；所述的力矩伺服电机包括力矩伺服电机转子(10)和力矩伺服电机定子(11)；力矩伺服电机转子(10)和力矩伺服电机定子(11)安装在主轴(8)两端的轴承(9)之间；力矩伺服电机转子(10)套在主轴(8)上，在力矩伺服电机转子(10)带动下旋转，力矩伺服电机转子(10)安装在力矩伺服电机定子(11)内；所述的角度光电编码器包括角度光电编码器码盘(12)和角度光电编码器读数头(13)，角度光电编码器码盘(12)中心与主轴(8)伸出法兰盘(14)的一端连接，角度光电编码器读数头(13)安装在法兰盘(14)上，读取角度光电编码器码盘(12)的数据；台体框架(6)通过侧壁上的安装座安装在Y方向垂直平移组件(4)的滑块上。

2.根据权利要求1所述的一种多自由度组合运动模拟的仿真测试转台，其特征在于，所述主轴(8)的轴线与Y方向垂直平移组件(4)滑道垂直。

3.根据权利要求1或2所述的一种多自由度组合运动模拟的仿真测试转台，其特征在于，还包括限位装置(7)，各限位装置(7)分别安装在X方向水平平移组件(3)、Y方向垂直平移组件(4)端部，防止滑块超出X方向水平平移组件(3)、Y方向垂直平移组件(4)滑道的运动范围。

4.根据权利要求1或2所述的一种多自由度组合运动模拟的仿真测试转台，其特征在于，所述台面(5)为带有安装孔的圆盘结构，待测装置通过安装孔固定在台面(5)上。

5.根据权利要求1所述的一种多自由度组合运动模拟的仿真测试转台，其特征在于：所述的台体框架(6)的材料为铝合金。

6.根据权利要求1或2所述的一种多自由度组合运动模拟的仿真测试转台，其特征在于：所述基座(1)的材料为铸铁。

7.根据权利要求1或2所述的一种多自由度组合运动模拟的仿真测试转台，其特征在于：所述力矩伺服电机是直驱力矩电机。

8.根据权利要求1或2所述的一种多自由度组合运动模拟的仿真测试转台，其特征在于：所述X方向水平平移组件(3)有两组，Y方向垂直平移组件(4)有一组。