CN108119731B - 姿态可调的全向隔振平台 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及安装于运动中的载体上的一种姿态可调的全向隔振平台，包括设备搭载平台、外侧的姿态稳定系统、底部的并联隔振系统以及控制系统，所述姿态稳定系统由安装于设备搭载平台外侧的x轴稳定平台和安装于x轴稳定平台外侧的y轴稳定平台组合而成；所述并联隔振系统由与运输载体相连的平台底座、并联安装于平台底座和y轴稳定平台之间的四个垂向弹簧减振元件、四个侧向钢索弹簧和八个主动式作动器组成。本发明通过并联的主被动隔振元件进行自适应调节，可以在不同的外界干扰下实现较好的隔振效果；同时可以通过姿态稳定系统进行姿态的调节，以达到姿态稳定或者姿态跟踪的目的。

Description

姿态可调的全向隔振平台
技术领域
本发明涉及一种安装于运动中的载体上的姿态可调的全向隔振平台。
背景技术
车载探测设备被广泛用于计量、测绘、地质勘探、军用武器等领域，而航空和航海探测设备近几年也得到了长足发展。与固定于实验室内的稳定平台相比，运动载体受到行驶环境因素的影响，外部干扰随机性较强、所受冲击较大，搭载设备的动力学环境较为恶劣，其工作寿命和设备精度都会受到影响；此外，许多精密搭载设备例如重力梯度仪、火控雷达、卫星天线等不仅对于振动干扰较为敏感，同时对于姿态稳定甚至姿态跟踪也很高的要求。国内外现有的运动载体稳定系统都是以陀螺稳定平台作为姿态调整装置，优点是姿态调整精度高、响应快，但是传统的运动搭载陀螺稳定平台无法满足精密隔振要求；现有的固定于实验室内的搭载平台都采用并联隔振机构形式，更加注重振动隔离，具有结构刚度大、多维度运动、主被动控制结合等优点，但对于姿态控制则无法同时兼顾。因此针对运动载体搭载设备对于姿态稳定和主动振动的需求，采用并联的主被动隔振机构作为隔振系统的主体，再串联以姿态调节系统，在保证并联隔振系统优点的情况下实现姿态的独立调节，使搭载于运动载体上的设备同时满足振动隔离和姿态稳定的两方面要求。
发明内容
针对于运动载体上的搭载设备对于全向隔振和姿态稳定的需求，本发明提供了一种姿态可调的全向隔振平台，该隔振平台通过并联的主被动隔振元件进行自适应调节，可以在不同的外界干扰下实现较好的隔振效果；同时所述的隔振平台可以通过姿态稳定系统进行姿态的调节，以达到姿态稳定或者姿态跟踪的目的。
本发明的目的是这样实现的：一种姿态可调的全向隔振平台，包括设备搭载平台、外侧的姿态稳定系统、底部的并联隔振系统以及控制系统，所述姿态稳定系统由安装于设备搭载平台外侧的x轴稳定平台和安装于x轴稳定平台外侧的y轴稳定平台组合而成；所述并联隔振系统由与运输载体相连的平台底座、垂向安装于平台底座和y轴稳定平台之间的四个垂向弹簧减振元件、水平安装于y轴稳定平台和平台底座之间的四个侧向钢索弹簧和斜向安装于平台底座和y轴稳定平台间的八个主动式作动器组成。
所述垂向弹簧减振元件上端与安装y轴稳定平台固定、下端与安装于平台底座四个角上的减震器支座固定，可沿z轴方向压缩或伸张；侧向钢索弹簧内侧与y轴稳定平台下方安装的钢索弹簧挡板固定、外侧与减震器支座固定，可沿x-y水平面方向压缩或伸张；所述主动式作动器可沿轴向方向提供主动力，八个主动式作动器分别布置于平台的四个垂向平面内，上端点通过球铰与y轴稳定平台连接、下端点通过球铰与平台底座上减震器支座连接、呈倾斜布置。
所述的控制系统分别与x轴电机、y轴电机、x轴角度传感器、y轴角度传感器、主动式作动器、陀螺仪传感器、三轴加速度传感器和位移传感器相连，用于接收信号并控制所述主动式作动器和电机动作。
所述设备搭载平台上设置有陀螺仪传感器、用于检测平台在水平x轴和y轴上的侧倾和俯仰角度；设备搭载平台上设有三轴加速度传感器、用于检测平台在x轴、y轴、z轴方向上的加速度。
所述设备搭载平台和x轴稳定平台之间通过x轴电机相连，所述x轴电机内置有x轴角度传感器；所述y轴稳定平台和x轴稳定平台通过y轴电机相连，y轴电机内置有y轴角度传感器。
本发明的优点和技术效果是：
1、本发明将主动式作动器、垂向线性弹簧和侧向钢索弹簧以并联的形式安装于平台底座和稳定平台之间，被动隔振原件主要负责承载载荷，主动元件主要依据加速度传感器和位移传感器来调节刚度和阻尼特性，以起到全向主动隔振的效果。
2、本发明稳定平台通过传感器检测搭载平台相对于水平面的侧倾或俯仰姿态，用电机分别调整搭载平台x轴与y轴的角度，使其保持为目标姿态；下方的隔振系统与上方的姿态稳定系统串联而成，从而能够有效可靠地改善搭载平台各个方向的振动和姿态变化。
3、本发明所述的控制系统与设于设备搭载平台上的陀螺仪传感器、设于设备搭载平台上的三轴加速度传感器、设于y轴稳定平台与平台底座之间的不在一条直线上的四个位移传感器相连，用于接收所述传感器信号并分析计算实时控制所述主动式作动器的主动力和电机转矩。
附图说明
图1为本发明姿态可调全向隔振平台结构示意图。
图2为本发明图1的俯视图。
图3为本发明图1中姿态稳定系统结构示意图。
图4为本发明图1中并联隔振系统结构示意图。
具体实施方式
本发明提供的姿态可调全向隔振平台，用于为运动中的载体上的搭载设备提供隔振和稳定的作用，包括设备搭载平台1、外侧的姿态稳定系统、底部的并联隔振系统以及控制系统12，所述姿态稳定系统由安装于设备搭载平台1外侧的x轴稳定平台2和安装于x轴稳定平台外侧的y轴稳定平台4组合而成；所述并联隔振系统由与运输载体相连的平台底座6、垂向安装于平台底座6和y轴稳定平台4之间的四个垂向弹簧减振元件7、水平安装于y轴稳定平台4和平台底座6之间的四个侧向钢索弹簧8和斜向安装于平台底座6和y轴稳定平台4间的八个主动式作动器9组成。
所述垂向弹簧减振元件7上端与安装y轴稳定平台4固定、下端与安装于平台底座6四个角上的减震器支座14固定，可沿z轴方向压缩或伸张；侧向钢索弹簧8内侧与y轴稳定平台4下方安装的钢索弹簧挡板13固定、外侧与减震器支座14固定，可沿x-y水平面方向压缩或伸张；所述主动式作动器9可沿轴向方向提供主动力，八个主动式作动器分别布置于平台的四个垂向平面内，上端点通过球铰与y轴稳定平台4连接、下端点通过球铰与平台底座6上减震器支座14连接、呈倾斜布置。
所述的控制系统12分别与x轴电机、y轴电机、x轴角度传感器、y轴角度传感器、主动式作动器、陀螺仪传感器、三轴加速度传感器和位移传感器相连，用于接收信号并控制所述主动式作动器和电机动作。
所述设备搭载平台1上设置有陀螺仪传感器11、用于检测平台在水平x轴和y轴上的侧倾和俯仰角度；设备搭载平台1上设有三轴加速度传感器10、用于检测平台在x轴、y轴、z轴方向上的加速度。
所述设备搭载平台1和x轴稳定平台2之间通过x轴电机3相连，所述x轴电机3内置有x轴角度传感器，x轴电机3定子端通过电机外壳固定于x轴稳定平台2，x轴电机3转子端通过输出轴固定于设备搭载平台1，x轴电机3产生转矩可以使设备搭载平台1与x轴稳定平台2发生相对于x轴的转动；所述y轴稳定平台4和x轴稳定平台2通过y轴电机5相连，y轴电机5内置有y轴角度传感器，y轴电机5定子端通过电机外壳固定于y轴稳定平台4，y轴电机5转子端通过输出轴固定于x轴稳定平台2，y轴电机5产生转矩可以使x轴稳定平台2与y轴稳定平台4发生相对于y轴的转动，姿态稳定系统可以使设备搭载平台1保持水平或调整为所需要的姿态。
所述y轴稳定平台4与平台底座6之间设有四个不在一条直线上的位移传感器，用于检测平台的姿态位置。
所述x轴稳定平台2和y轴稳定平台4采用框架结构。
所述x轴电机3和y轴电机5外壳分别固定安装在x轴稳定平台2和y轴稳定平台4框架上、并分别通过电机输出轴与内侧的设备搭载平台1和x轴稳定平台2的框架相连。
所述x轴电机3和y轴电机5的输出轴在x-y平面内应呈垂直角度布置。

Claims (9)

1.一种姿态可调的全向隔振平台，包括设备搭载平台（1）、外侧的姿态稳定系统、底部的并联隔振系统以及控制系统（12），其特征在于：所述姿态稳定系统由安装于设备搭载平台（1）外侧的x轴稳定平台（2）和安装于x轴稳定平台外侧的y轴稳定平台（4）组合而成；所述并联隔振系统由与运输载体相连的平台底座（6）、垂向安装于平台底座（6）和y轴稳定平台（4）之间的四个垂向弹簧减振元件（7）、水平安装于y轴稳定平台（4）和平台底座（6）之间的四个侧向钢索弹簧（8）和斜向安装于平台底座（6）和y轴稳定平台（4）间的八个主动式作动器（9）组成。
2.根据权利要求1所述的姿态可调的全向隔振平台，其特征在于：所述垂向弹簧减振元件（7）上端与安装y轴稳定平台（4）固定、下端与安装于平台底座（6）四个角上的减震器支座（14）固定，可沿z轴方向压缩或伸张；侧向钢索弹簧（8）内侧与y轴稳定平台（4）下方安装的钢索弹簧挡板（13）固定、外侧与减震器支座（14）固定，可沿x-y水平面方向压缩或伸张；所述主动式作动器（9）可沿轴向方向提供主动力，八个主动式作动器分别布置于平台的四个垂向平面内，上端点通过球铰与y轴稳定平台（4）连接、下端点通过球铰与平台底座（6）上减震器支座（14）连接、呈倾斜布置。
3.根据权利要求1所述的姿态可调的全向隔振平台，其特征在于：所述的控制系统（12） 分别与x轴电机、y轴电机、x轴角度传感器、y轴角度传感器、主动式作动器、陀螺仪传感器、三轴加速度传感器和位移传感器相连，用于接收信号并控制所述主动式作动器和电机动作。
4.根据权利要求1所述的姿态可调的全向隔振平台，其特征在于，所述设备搭载平台（1）上设置有陀螺仪传感器（11）、用于检测平台在水平x轴和y轴上的侧倾和俯仰角度；设备搭载平台（1）上设有三轴加速度传感器（10）、用于检测平台在x轴、y轴、z轴方向上的加速度。
5.根据权利要求1所述的姿态可调的全向隔振平台，其特征在于，所述设备搭载平台（1）和x轴稳定平台（2）之间通过x轴电机（3）相连，所述x轴电机（3）内置有x轴角度传感器；所述y轴稳定平台（4）和x轴稳定平台（2）通过y轴电机（5）相连，y轴电机（5）内置有y轴角度传感器。
6.根据权利要求1所述的姿态可调的全向隔振平台，其特征在于：所述y轴稳定平台（4）与平台底座（6）之间设有四个不在一条直线上的位移传感器，用于检测平台的姿态位置。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的姿态可调的全向隔振平台，其特征在于，x轴稳定平台（2）和y轴稳定平台（4）采用框架结构。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的姿态可调的全向隔振平台，其特征在于，x轴电机（3）和y轴电机（5）外壳分别固定安装在x轴稳定平台（2）和y轴稳定平台（4）框架上、并分别通过电机输出轴与内侧的设备搭载平台（1）和x轴稳定平台（2）的框架相连。
9.根据权利要求1-6中任一项所述的姿态可调的全向隔振平台，其特征在于，x轴电机（3）和y轴电机（5）的输出轴在x-y平面内应呈垂直角度布置。
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