CN108230802A - 三自由度摇摆台的安全保护系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种三自由度摇摆台的安全保护系统，其特征在于，包括机械系统、液压系统以及控制系统，所述控制系统监控所述机械系统与所述液压系统；所述机械系统包括平台、以及用于驱动平台垂直作动器与水平作动器；所述液压系统包括液压源、主分配器、第一分配器与第二分配器，所述主分配器分别与液压源、所述第一分配器、所述第二分配器连接，每个所述垂直作动器上相应设有所述第一分配器，每个所述水平作动器上相应设有所述第二分配器。本发明通过机械系统、液压系统与控制系统的协作，使得安全保护系统具有稳定性好的优点，且机械系统具有工作空间大且承载能力强的优点。

Description

三自由度摇摆台的安全保护系统

技术领域

本发明涉及运动模拟设备的领域，具体而言，涉及一种三自由度摇摆台的安全保护系统。

背景技术

摇摆试验台式一种新型的空间运动机构，已在模拟船舶的水面运动、航空航天、天文观测、训练模拟驾驶等很多方面得到了广泛的应用。摇摆台的设计涉及机械、电气、控制、空间数学模型、动态仿真等多个技术领域，因此它的研制对人才团队的要求高，也逐渐成为高等院校、研究院在相关领域中发展水平的标志性象征。

摇摆台常见的是六自由度运动，但在很多情况下运动的需求不同，六自由度运动平台存在一定的浪费且其控制系统复杂程度高。目前，对于少自由度机构的研究还不是很深入，它具有若干自由度，但存在的这几个自由度也有可能不是原来纯自由体时的绝对完全的自由度，而是具有一定限制的相对的自由度，即不完全自由度。因此如何兼顾自由度摇摆台的工作空间承载能力等需求是研发的重要方向。

发明内容

本发明提供了一种三自由度摇摆台的安全保护系统，旨在改善现有的少自由度机构工作空间小且承载能力弱的问题。

本发明是这样实现的：

三自由度摇摆台的安全保护系统，包括机械系统、液压系统以及控制系统，所述控制系统监控所述机械系统与所述液压系统；

所述机械系统包括平台、以及用于驱动平台垂直作动器与水平作动器；

所述液压系统包括液压源、主分配器、第一分配器与第二分配器，所述主分配器分别与液压源、所述第一分配器、所述第二分配器连接，每个所述垂直作动器上相应设有所述第一分配器，每个所述水平作动器上相应设有所述第二分配器。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述控制系统包括主监控单元、任务管理单元、运动控制单元以及液压源控制单元，所述主监控单元分别与运动控制单元、任务管理单元连接，所述任务管理单元与所述液压源控制单元连接。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述液压源控制单元包括PLC控制器、继电器模块、控制面板，所述PLC控制器分别与所述任务管理单元、所述继电器模块、所述控制面板连接。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述液压源的额定压力在18MPa至23MPa之间；且流量在0l/min至1100l/min之间。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述液压源的额定压力为21MPa。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述机械系统还包括拉杆，以及设于地面的下铰支座，所述下铰支座包括分别与所述拉杆、所述垂直作动器、所述水平作动器铰接的第一下铰支座、第二下铰支座、第三下铰支座；所述平台沿圆周边缘分别间隔设有上铰支座，所述上铰支座包括与所述拉杆、所述垂直作动器、所述水平作动器铰接的第一上铰支座、第二上铰支座、第三上铰支座。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述第三下铰支座设有撑高台，所述撑高台的顶部与所述第三下铰支座铰接。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述平台采用圆环结构，包括多个沿圆周边缘均匀间隔设置的所述第一上铰支座。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述第三上铰支座设在两个所述第一上铰支座之间；所述第三上铰支座的销轴与X轴方向重合；包括两个对称设在一个所述第三上铰支座两侧的所述第二上铰支座；所述第二上铰支座的铰轴与X轴方向之间的夹角为25°至35°。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述上铰支座包括上铰座、轴承、铰轴以及连接耳环，所述上铰座设有相对设置的两个挡片，所述铰轴穿设在所述挡片上，所述铰轴上沿径向依次套设轴承与连接耳环。

本发明的有益效果是：本发明通过上述设计得到的通过机械系统、液压系统与控制系统的协作，使得安全保护系统具有稳定性好的优点。更进一步设置两垂直运动器，且使得水平运动器与垂直运动器分别位于平台中轴线的两侧，即二者相对设置，具有工作空间大且承载能力强的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例，摇摆台在第一视角下的结构示意图；

图2是图1所示的上铰接支座的立体图；

图3是图1所示的下铰接支座的立体图；

图4是本发明实施例，液压控制系统的工作原理图；

图标：1-平台；2-拉杆；3-水平运动器；4-垂直运动器；5-下铰支座；5A-第一下铰支座；5B-第二下铰支座；5C-第三下铰支座；6-上铰支座；6A-第一上铰支座；6B-第二上铰支座；6C-第三上铰支座；7-撑高台；61-上铰座；63-第一轴承；62-第一铰轴；64-连接耳环；65-第一调整片；611-第一挡片；641-第一开口；51-下铰座；53-第二轴承；52-第二铰轴；54-连接法兰；55-第二调整片；511-第二挡片；541-第二开口。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

参照图1所示，摇摆台包括平台1、拉杆2、垂直运动器4、水平运动器3和液压系统，液压系统用于驱动垂直运动器4与水平运动器3的运动。垂直运动器4用于实现平台1的垂直方向运动，水平运动器3用于实现平台1的水平方向运动。

实施例中，平台1采用圆环结构，便于安装负载的基准法兰，且平台1的力学特性和动态特性进行分析，得到其负载能力强，不易变形。平台1沿圆周边缘设有多个上铰支座6，上铰支座6分为第一上铰支座6A、第二上铰支座6B、第三上铰支座6C。包括多个第一上铰支座6A，多个第一上铰支座6A沿平台1圆周边缘均匀间隔设置。下铰支座5分为第一下铰支座5A、第二下铰支座5B、第三下铰支座5C。

优选的，拉杆2的两端分别铰接在第一上铰支座6A与第一下铰支座5A上。拉杆2用于支撑平台1，拉杆2能够随垂直运动器4与水平运动器3运动。包括多个拉杆2，多个第一下铰支座5A在圆周上均匀间隔设置。拉杆2与第一上铰支座6A一一对应连接，多个拉杆2形成三角支架，能够对平台1起到更好的支撑作用，使得平台1能够有更好的承载能力。

实施例中，垂直运动器4的两端分别铰接在第二上铰支座6B与第二下铰支座5B上。第二上铰支座6B设在两个第一上铰支座6A之间，具有更为合理的结构空间布局，将运动结构间隔设在拉杆2之间，一是拉杆2能够具有较强的支撑强度，同时也兼顾了灵活性，避免拉杆2阻碍平台1的运动空间。

实施例中，包括两所述垂直运动器4，两所述垂直运动器4分别设在其中一所述拉杆2的两侧。采用两的垂直运动器4配合一组的水平运动器3。当两垂直运动器4同步动作时，能够实现平台1的俯仰运动。当两垂直运动器4差动动作时，能够实现平台1的横滚运动。当水平运动器3单独动作时，能够实现平台1的偏航运动。当两组垂直运动器4与水平运动器3联合运动时，能够实现平台1的三个自由度运动。具有运动结构简化，且能够具有较大工作空间的优点。

实施例中，还包括撑高台7，第三下铰支座5C设在撑高台7上，水平运动器3的两端分别铰接在第三下铰支座5C与第三上铰支座6C上。第三上铰支座6C设在其中两个第一上铰支座6A之间。

初始状态，水平运动器3的中轴线与平台1位于同一水平面上，令X轴方向为垂直与水平运动器3的中轴线，第三上铰支座6C的销轴与X轴方向重合。优选的，两个第二上铰支座6B相对X轴对称设置，且第二上铰支座6B的铰轴与X轴方向之间的夹角为25°至35°，能够提高平台1的横滚运动的空间范围。优选的，垂直运动器4与水平运动器3分别设在平台1中轴线的两侧，提高偏航运动空间，更进一步提高联合运动的工作空间。

实施例中，上铰支座6包括上铰座61、第一轴承63、第一铰轴62以及连接耳环64，上铰座61设有相对设置的两个第一挡片611，第一铰轴62穿设在第一挡片611上，第一铰轴62上沿径向依次套设第一轴承63与连接耳环64。优选的，连接耳环64上设有第一开口641，第一开口641处设有第一调整片65。

实施例中，第一下铰支座5A、第二下铰支座5B、第三下铰支座5C结构相类似，下铰支座5包括下铰座51、第二轴承53、第二铰轴52以及连接法兰54，下铰座51设有相对设置的两个第二挡片511，第二铰轴52穿设在第二挡片511上，第二铰轴52上沿径向依次套设第二轴承53与连接法兰54。优选的，连接法兰54上设有第二开口541，第二开口541处设有第二调整片55。

实施例2

参照图1所示，安全保护系统应用实施例1中的机械结构，实施例1中的机械结构为安全保护系统中的机械系统。安全保护系统包括机械系统、液压系统以及控制系统，控制系统监控机械系统与液压系统。

实施例中，液压系统包括液压源、主分配器、第一分配器与第二分配器，主分配器分别与液压源、第一分配器、第二分配器连接，每个垂直运动器4上相应设有第一分配器，每个水平运动器3上相应设有第二分配器。液压油经过主分配器进行流量分配后，流经第一分配器与第二分配器，进入三个电液比例阀，比例阀在控制信号的作用下向各自控制的伺服作动器供油，驱动垂直作动器与水平作动器运动，从而使平台1作相应的运动。液压源为系统提供的压力在18MPa至23MPa之间，优选的，液压源为系统提供的压力为21MPa。且流量在0l/min至1100l/min之间。

实施例中，控制系统包括主监控单元、任务管理单元、运动控制单元以及液压源控制单元，主监控单元分别与运动控制单元、任务管理单元连接，任务管理单元与液压源控制单元连接。控制系统采用两级控制模式，分别用于任务管理与运动控制，两级控制模式配合完成摇摆台闭环运动控制。

具体的，主监控单元用于监控摇摆台的工作状态、监控液压系统的工作状态，接收操作人员的控制指令，以及配合任务管理单元控制摇摆台完成相应任务。液压源控制单元用于液压源启动/停止、加压/卸荷逻辑控制、液压源系统逻辑保护。运动控制器用于系统启动/停止、运动控制、系统的运动状态监测、故障处理以及安全保护。控制系统还包括信号调理单元。主监控单元通过以太网实现与运动控制单元之间的信息传递，运动控制单元通过信号调理单元完成对摇摆台的信号采集和伺服驱动。同时，运动控制单元还通过RS-485通讯协议与液压源控制单元进行信息传递。

优选的，所述液压源控制单元包括PLC控制器、继电器模块、控制面板，所述PLC控制器分别与所述任务管理单元、所述继电器模块、所述控制面板连接。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.三自由度摇摆台的安全保护系统，其特征在于，包括机械系统、液压系统以及控制系统，所述控制系统监控所述机械系统与所述液压系统；

所述机械系统包括平台、以及用于驱动平台垂直作动器与水平作动器；

所述液压系统包括液压源、主分配器、第一分配器与第二分配器，所述主分配器分别与液压源、所述第一分配器、所述第二分配器连接，每个所述垂直作动器上相应设有所述第一分配器，每个所述水平作动器上相应设有所述第二分配器。

2.根据权利要求1所述的三自由度摇摆台的安全保护系统，其特征在于，所述控制系统包括主监控单元、任务管理单元、运动控制单元以及液压源控制单元，所述主监控单元分别与运动控制单元、任务管理单元连接，所述任务管理单元与所述液压源控制单元连接。

3.根据权利要求2所述的三自由度摇摆台的安全保护系统，其特征在于，所述液压源控制单元包括PLC控制器、继电器模块、控制面板，所述PLC控制器分别与所述任务管理单元、所述继电器模块、所述控制面板连接。

4.根据权利要求2所述的三自由度摇摆台的安全保护系统，其特征在于，所述液压源的额定压力在18MPa至23MPa之间；且流量在0l/min至1100l/min之间。

5.根据权利要求4所述的三自由度摇摆台的安全保护系统，其特征在于，所述液压源的额定压力为21MPa。

6.根据权利要求1所述的三自由度摇摆台的安全保护系统，其特征在于，所述机械系统还包括拉杆，以及设于地面的下铰支座，所述下铰支座包括分别与所述拉杆、所述垂直作动器、所述水平作动器铰接的第一下铰支座、第二下铰支座、第三下铰支座；所述平台沿圆周边缘分别间隔设有上铰支座，所述上铰支座包括与所述拉杆、所述垂直作动器、所述水平作动器铰接的第一上铰支座、第二上铰支座、第三上铰支座。

7.根据权利要求6所述的三自由度摇摆台的安全保护系统，其特征在于，所述第三下铰支座设有撑高台，所述撑高台的顶部与所述第三下铰支座铰接。

8.根据权利要求7所述的三自由度摇摆台的安全保护系统，其特征在于，所述平台采用圆环结构，包括多个沿圆周边缘均匀间隔设置的所述第一上铰支座。

9.根据权利要求8所述的三自由度摇摆台的安全保护系统，其特征在于，所述第三上铰支座设在两个所述第一上铰支座之间；所述第三上铰支座的销轴与X轴方向重合；包括两个对称设在一个所述第三上铰支座两侧的所述第二上铰支座；所述第二上铰支座的铰轴与X轴方向之间的夹角为25°至35°。

10.根据权利要求9所述的三自由度摇摆台的安全保护系统，其特征在于，所述上铰支座包括上铰座、轴承、铰轴以及连接耳环，所述上铰座设有相对设置的两个挡片，所述铰轴穿设在所述挡片上，所述铰轴上沿径向依次套设轴承与连接耳环。