CN108453704A - 并联式海浪模拟器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种并联式海浪模拟器，包括运动平台、固定机架、机械支链组、球铰；所述的机械支链组设置于运动平台和固定机架之间；所述的机械支链组包括第一支链组、第二支链组；所述的机械支链组通过球铰连接于运动平台；第一支链组与第二支链组对称正交布置。所述的并联式海浪模拟器获得如下的有益效果：系统刚性高，转动范围大，刚度、承载等机械特性的各向同性好，工作空间大、结构紧凑，能耗低，使用寿命长，制造成本低，维护费用少。

Description

并联式海浪模拟器

技术领域

本发明属于运动模拟器领域，具体涉及一种并联式海浪模拟器。

背景技术

目前可用于海浪模拟的并联式六自由度运动模拟器都广泛采用Stewart并联机构，虽然Stewart机构具有承载大，刚度高，结构稳定的特点，但其也具有以下不足：

1、由于机械支链均位于运动平台的下方，使得Stewart并联机构的各向同性度较差；

2、由于机械支链的布置方式，使得Stewart并联机构的刚度呈中间高、两端低的现象；

3、由于机械支链布置方式的限制，使得Stewart并联机构呈现高耦合，不利于机构的控制；

4、由于机械支链布置方式，使得Stewart并联机构的工作空间和转角有限，而且灵巧度工作空间很有限。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种并联式海浪模拟器。

本发明是通过以下技术方案实现的。

根据本发明提供的一种并联式海浪模拟器，包括运动平台、固定机架、机械支链组、球铰；所述的机械支链组设置于运动平台和固定机架之间；所述的机械支链组包括第一支链组、第二支链组；所述的机械支链组通过球铰连接于运动平台；第一支链组与第二支链组对称正交布置。

优选地，第一平面平行第二平面；所述的第一平面是指第一支链组中的三条机械支链分别与固定机架相连的三个固定铰接点形成的平面；所述的第二平面是指第二支链组中的三条机械支链分别与固定机架相连的三个固定铰接点形成的平面。

优选地，初始位置时：第一支链组中的三条机械支链的驱动轴线处于所述第一平面内，且两两之间成120度角，但并不交于一点；第二支链组中的三条机械支链的驱动轴线相互平行但不共面，且与所述第二平面垂直，与第一支链组中的三条机械支链的驱动轴线两两正交。

优选地，所述机械支链的驱动轴线，为机械支链中直线驱动部件的输出部限定的运动方向轴线；所述固定铰接点，为连接机械支链与固定机架的虎克铰的中心或球铰的中心。

优选地，所述机械支链包括直线驱动部件；直线驱动部件的一端通过球铰连接于运动平台；直线驱动部件的另一端通过铰链连接于固定机架。

优选地，所述的直线驱动部件包括伺服驱动液压缸；所述的伺服驱动液压缸包括液压缸体和推杆，推杆末端通过球铰连接于运动平台，液压缸体通过虎克铰和/或球铰连接于固定机架。

优选地，所述第一支链组与第二支链组中的推杆末端与运动平台相连接的球铰，个数为六个；所述的球铰呈中心对称的方式分布于运动平台上。

优选地，所述的固定机架为固定在地面上的刚性支架；所述的运动平台为刚性平台，运动平台的输出为六自由空间运动。

优选地，所述的直线驱动部件包括直线驱动装置；所述的直线驱动装置为如下任一种形式：

-齿轮齿条；

-直线电机；

-同步带轮；

-滚珠丝杠。

优选地，所述的铰链由虎克铰串联转动副组成、或由三个转动副串联组成、或由球铰组成。

与现有技术相比，本发明通过将第一支链组和第二支链组对称正交布置，获得如下的有益效果：

1、系统刚性高，转动范围大，刚度、承载等机械特性的各向同性好；

2、工作空间大、结构紧凑；

3、能耗低，使用寿命长，制造成本低，维护费用少。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为并联式海浪模拟器的结构示例图；

图中：六条机械支链的组成相同，故选取图中水平布置的一条机械支链做标注说明。1为运动平台，2为球铰，3为液压缸推杆，4为虎克铰，5为液压缸缸体，6为固定机架。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

根据本发明提供的一种并联式海浪模拟器，如图1所示，所述的并联式海浪模拟器包括运动平台1、固定机架6、机械支链组、球铰；所述的机械支链组设置于运动平台1和固定机架6之间；所述的机械支链组包括第一支链组、第二支链组；所述的机械支链组通过球铰2连接于运动平台1；第一支链组与第二支链组对称正交布置。

进一步的，第一平面平行第二平面；所述的第一平面是指第一支链组中的三条机械支链分别与固定机架相连的三个固定铰接点形成的平面；所述的第二平面是指第二支链组中的三条机械支链分别与固定机架相连的三个固定铰接点形成的平面。

进一步的，初始位置时：第一支链组中的三条机械支链的驱动轴线处于所述第一平面内，且两两之间成120度角，但并不交于一点；第二支链组中的三条机械支链的驱动轴线相互平行但不共面，且与所述第二平面垂直，与第一支链组中的三条机械支链的驱动轴线两两正交。

进一步的，所述机械支链的驱动轴线，为机械支链中直线驱动部件的输出部限定的运动方向轴线；所述固定铰接点，为连接机械支链与固定机架的虎克铰的中心或球铰的中心。

进一步的，所述机械支链包括直线驱动部件；直线驱动部件的一端通过球铰连接于运动平台；直线驱动部件的另一端通过铰链连接于固定机架。

进一步的，所述的直线驱动部件包括伺服驱动液压缸；所述的伺服驱动液压缸包括液压缸体5和推杆3，推杆3末端通过球铰连接于运动平台1，液压缸体5通过虎克铰和/或球铰连接于固定机架6。

进一步的，所述第一支链组与第二支链组中的推杆3末端与运动平台1相连接的球铰，个数为六个；所述的球铰2呈中心对称的方式分布于运动平台1上。

进一步的，所述的固定机架6为固定在地面上的刚性支架；所述的运动平台1为刚性平台，运动平台的输出为六自由空间运动。

进一步的，所述的直线驱动部件包括直线驱动装置；所述的直线驱动装置为如下任一种形式：

-齿轮齿条；

-直线电机；

-同步带轮；

-滚珠丝杠。

进一步的，所述铰链由虎克铰串联转动副组成、或由三个转动副串联组成、或由球铰组成。

更为具体的说明如下：

所述的直线驱动部件与运动平台相连接的球铰，个数为六个，这六个球铰呈中心对称的方式分布与运动平台上。所述的直线驱动部件由伺服驱动液压缸构成，液压缸的推杆末端与运动平台连接，液压缸体与固定机架连接。液压缸的推杆来回伸缩实现直线运动。

进一步地，所述对称正交布置具体为：六条机械支链分成两组，每组三条机械支链，初始位置时，第一组中的三条机械支链的驱动轴线处于该组机械支链三个固定铰接点形成的平面内，且两两之间成120度角，但并不交于一点；另一组三条机械支链的驱动轴线相互平行但不共面，与该组机械支链三个固定铰接点形成的平面垂直，且与第一组三条机械支链的驱动轴线两两正交。所述的每条机械支链的驱动轴线为液压缸推杆限定的运动方向轴线。所述的每组机械支链的固定铰接点是连接该机械支链与固定机架的虎克铰或球铰的中心。

进一步地，所述直线驱动部件和固定机架相连的铰链可以是虎克铰或球铰，其中，铰链可以由虎克铰串联转动副组成，或三个转动副串联组成，也可以是直接加工封装而成的球铰。所述直线驱动部件还可以采用齿轮齿条、直线电机、同步带轮、滚珠丝杠或其他公知的直线驱动装置。当采用这些驱动装置时，直线驱动器的运动方向轴线由所采用的机构所限定的(或能提供的)直线运动的方向来确定。所述固定机架为固定在地面上的刚性支架；所述运动平台为刚性平台，运动平台的输出为六自由空间运动。

具体为：

运动平台是一个刚性的平台结构，海浪模拟器的六维空间运动就是由运动平台来实现的，布置在运动平台上的六个中心对称分布的球铰2实现运动平台与六条机械支链一端的连接。布置在固定机架上的六个虎克铰或球铰实现固定机架与六条机械支链另一端的连接。固定机架可以由钢架、水泥墩等任意高强度的刚性结构构成，只要能保证其与直线驱动部件连接的球铰或虎克铰的中心固定不变即可，并不限于示例图中的结构。

与运动平台相连的是直线驱动部件的液压缸推杆，在实际实施中直线驱动部件也可以颠倒方向，将液压缸体与运动平台相连。但需要注意的是，与运动平台相连的铰链需采用球铰,与固定机架相连的铰链可以是球铰、也可以是虎克铰。其中铰链可以由一个虎克铰串联一个转动副组成，或三个转动副串联组成，也可以是直接加工封装而成的球铰。

六条机械支链分成两组，每组三条，呈对称正交布置。图1中水平布置的三条机械支链为一组，竖直布置的三条机械支链为另一组。每组机械支链与固定机架相连的三个虎克铰或球铰形成一个平面，这两组机械支链的这两个平面相互平行。初始位置时，水平一组机械支链的各个驱动轴线处于这个平面内，且两两之间成120度角，但并不交于一点；竖直一组机械支链的各个驱动轴线相互平行但不共面，且与该组机械支链与固定机架相连的三个虎克铰或球铰形成的平面垂直，且与第一组三条机械支链的驱动轴线两两正交。

六条机械支链的六个直线驱动部件协同工作，带动运动平台1产生空间六维运动。直线驱动部件不限于本示例中的伺服液压缸形式，还可以采用齿轮齿条、同步带轮、直线电机、或者丝杠滑块等任何公知的直线驱动形式进行驱动。

六条机械支链的对称正交布置使得驱动力基本解耦，三个竖直方向上的机械支链主要承担纵向力以及水平面内的两个转矩，而水平布置的三条机械支链主要承担水平力以及竖直方向的转矩，这种对称的正交式布置形式使得各个驱动器在运动过程中平均受力基本相同，进一步使得该机构的刚度、承载等机械性能具有较高的各向同性；同时，该正交布置的结构，使得该机构能在较小的外型尺寸和占地空间下，实现更大的工作空间、尤其是转动空间，解决了设备庞大，制造维护费用高等问题。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种并联式海浪模拟器，其特征在于，包括运动平台、固定机架、机械支链组、球铰；

所述的机械支链组设置于运动平台和固定机架之间；

所述的机械支链组包括第一支链组、第二支链组；

所述的机械支链组通过球铰连接于运动平台；

第一支链组与第二支链组对称正交布置。

2.根据权利要求1所述的并联式海浪模拟器，其特征在于，第一平面平行第二平面；

所述的第一平面是指第一支链组中的三条机械支链分别与固定机架相连的三个固定铰接点形成的平面；

所述的第二平面是指第二支链组中的三条机械支链分别与固定机架相连的三个固定铰接点形成的平面。

3.根据权利要求2所述的并联式海浪模拟器，其特征在于，初始位置时：

第一支链组中的三条机械支链的驱动轴线处于所述第一平面内，且两两之间成120度角，但并不交于一点；

第二支链组中的三条机械支链的驱动轴线相互平行但不共面，且与所述第二平面垂直，与第一支链组中的三条机械支链的驱动轴线两两正交。

4.根据权利要求3所述的并联式海浪模拟器，其特征在于，所述机械支链的驱动轴线，为机械支链中直线驱动部件的输出部限定的运动方向轴线；

所述固定铰接点，为连接机械支链与固定机架的虎克铰的中心或球铰的中心。

5.根据权利要求2所述的并联式海浪模拟器，其特征在于，所述机械支链包括直线驱动部件；

直线驱动部件的一端通过球铰连接于运动平台；

直线驱动部件的另一端通过铰链连接于固定机架。

6.根据权利要求2所述的并联式海浪模拟器，其特征在于，所述的直线驱动部件包括伺服驱动液压缸；

所述的伺服驱动液压缸包括液压缸体和推杆，推杆末端通过球铰连接于运动平台，液压缸体通过虎克铰和/或球铰连接于固定机架。

7.根据权利要求6所述的并联式海浪模拟器，其特征在于，所述第一支链组与第二支链组中的推杆末端与运动平台相连接的球铰，个数为六个；

所述的球铰呈中心对称的方式分布于运动平台上。

8.根据权利要求1所述的并联式海浪模拟器，其特征在于，所述的固定机架为固定在地面上的刚性支架；

所述的运动平台为刚性平台，运动平台的输出为六自由空间运动。

9.根据权利要求2所述的并联式海浪模拟器，其特征在于，所述的直线驱动部件包括直线驱动装置；

所述的直线驱动装置为如下任一种形式：

-齿轮齿条；

-直线电机；

-同步带轮；

-滚珠丝杠。

10.根据权利要求5所述的并联式海浪模拟器，其特征在于，所述铰链由虎克铰串联转动副组成、由三个转动副串联组成或由球铰组成。