CN111098291B - 正交分支冗余驱动的多自由度运动平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种正交分支冗余驱动的多自由度运动平台，涉及运动平台技术领域。本发明包括底座，底座顶面固定连接有防护罩，防护罩顶面固定连接有控制器，底座顶面固定连接有电源，电源与控制器电性连接，底座顶面固定连接有六个第一连接耳，第一连接耳顶部通过转轴转动连接有直线电动缸，直线电动缸顶端通过转轴转动连接有第二连接耳，两个第二连接耳顶部均固定连接有分支台，分支台靠近底座中心侧壁固定连接有两个连杆，六个连杆一端均固定连接有运动台，本发明通过第一液压缸与第二液压缸对接提供支撑力，再通过分支台与连杆共同作用降低运动台重心，可以提高运动台稳定性，同时提高运动台的承载性能。

Description

正交分支冗余驱动的多自由度运动平台

技术领域

本发明涉及运动平台技术领域，具体为正交分支冗余驱动的多自由度运动平台。

背景技术

冗余驱动系统是一类控制输入数多于输出数的系统，控制分配是处理冗余控制的一种常用方法，同时对驱动器故障具有一定的容错能力。具有冗余执行机构的运动平台驱动系统广泛存在于航空航天、航海、汽车、机器人以及工业过程等应用领域，六轴自由度移动平台相比较低自由平台更加的灵活，可以进行更加复杂灵活的运动模拟，同时也具有较高的平台承载能力。

现阶段市面上的六轴运动平台具有较高的控制精度，但由于驱动机构采用多个缸配合共同作用，因此现有的多自由度移动平台在承载较大物体时的较小钢径的气缸自锁力不足，容易导致平台不稳定或者产生移动误差，因此如何提高较小缸径平台的支撑力是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种正交分支冗余驱动的多自由度运动平台，解决了上述背景技术中提出的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：正交分支冗余驱动的多自由度运动平台，包括底座，所述底座顶面固定连接有防护罩，所述防护罩顶面固定连接有控制器，所述底座顶面固定连接有电源，所述电源输出端与控制器电性连接；

所述底座顶面固定连接有六个第一连接耳，所述第一连接耳顶部通过转轴转动连接有直线电动缸，所述直线电动缸顶端通过转轴转动连接有第二连接耳，两个所述第二连接耳顶部均固定连接有分支台，所述分支台靠近底座中心侧壁固定连接有两个连杆，六个所述连杆一端均固定连接有运动台，所述控制器与直线电动缸电性连接，用于控制直线电动缸的运动，以支撑所述分支台以及运动台的协调运动，实现多自由度承载。

进一步地，所述底座和防护罩外形均为等边三角形结构。

进一步地，所述运动台侧壁固定连接有第一驱动电机，所述第一驱动电机两侧均固定连接有加强筋，所述防护罩顶部转动连接有第一转盘，所述第一转盘顶面贯穿有第一液压缸；控制器连接到第一液压缸以实现对其控制，例如通过控制其对应设置的节流阀以控制第一液压缸的活塞运动。

所述运动台底面转动连接有第二转盘，所述第一驱动电机输出轴通过齿轮与第二转盘传动连接，所述第二转盘底面固定连接有第二驱动电机，所述控制器输出端分别与第一驱动电机和第二驱动电机电性连接。

进一步地，所述第二驱动电机输出轴固定连接有丝杆，所述丝杆周侧面螺纹连接有滑台，所述第二转盘底面固定连接有T形滑轨，所述第二转盘底面通过T形滑轨与滑台滑动连接，所述第二转盘底面固定连接有固定块，所述丝杆一端通过轴承与固定块转动连接，所述滑台底面固定连接有与第一液压缸相适配的第二液压缸，所述控制器输出端与第二液压缸电性连接。

进一步地，所述第一转盘底面轴心处固定连接有旋转轴，所述旋转轴底端通过轴承与底座转动连接，所述底座顶面固定连接有第三驱动电机，所述第三驱动电机输出轴一端固定连接有驱动齿轮，所述驱动齿轮周侧面与第一转盘传动连接。

进一步地，所述第一液压缸顶端为半球形凸面结构，所述第二液压缸底端为半球形凹面结构。

本发明的正交分支冗余驱动的多自由度运动平台，与现有技术相比，其显著的有益效果在于：

1、该正交分支冗余驱动的多自由度运动平台，通过驱动电机控制第一液压缸与第二液压缸对接，为运动台倾斜最低处提供支撑力，相比较现有的多自由度移动平台，额外提供支撑力可以提高平台的悬停的稳定性，使得平台承载的重量增加，提高了承载上限；而且可以通过小缸径的液压缸和电动缸实现，降低成本；

2、该正交分支冗余驱动的多自由度运动平台，通过分支台与连杆带动运动台，可以降低运动台的重心，避免运动台承载对象移动时底座发生晃动，可以进一步提高运动台的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明正交分支冗余驱动的多自由度运动平台的结构示意图；

图2为图1相对侧的结构示意图；

图3为图2中A处的局部放大图；

图4为底座的结构示意图；

图5为防护罩内部的结构示意图；

图6为本发明的系统框图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

图中：1-底座，2-防护罩，4-第一连接耳，5-直线电动缸，6-第二连接耳，7-分支台，8-连杆，9-驱动齿轮，10-运动台，11-第一驱动电机，12-第一转盘，13-第一液压缸，14-第二转盘，15-第二驱动电机，16-丝杆，17-固定块，18-T形滑轨，19-滑台，20-第二液压缸，21-控制器，22-电源，23-旋转轴，24-第三驱动电机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

结合图1-6所示的正交分支冗余驱动的多自由度运动平台，包括底座1和在底座1顶面固定连接的防护罩2，防护罩2顶面固定连接有控制器21，作为总控装置整体上控制多自由度运动平台的运行和协调。优选地，控制器21的控制核心可以选择PLC控制器(例如FX5U-32MR/ES)嵌入式STM32系列大片就，或者其他类型的工业级控制器。

底座1顶面固定连接有电源22，电源22输出端与控制器21电性连接；电源22用于整个装置的供电，控制器21用于整个设备的电路控制。

底座1顶面固定连接有六个第一连接耳4，第一连接耳4顶部通过转轴转动连接有直线电动缸5，直线电动缸5顶端通过转轴转动连接有第二连接耳6。

两个第二连接耳6顶部均固定连接有分支台7，分支台7靠近底座1中心侧壁固定连接有两个连杆8，六个连杆8一端均固定连接有运动台10。

其中，控制器21输出端与直线电动缸5电性连接，用于控制直线电动缸的运动，以支撑所述分支台7以及运动台10的协调运动，实现多自由度承载。具体地，如图1、2、3所示，每两个直线电动缸5共同作用控制一个分支台7的运动状态。三个分支台7共同作用控制运动台10的运动状态。

运动台10用于承载供进行工业应用的设备或者仿真的对象，例如驾驶模拟平台、地震模拟平台、飞行模拟平台等。

通过分支台7与连杆8带动运动台10，可以降低运动台10的重心，避免运动台10承载物品移动时底座1发生晃动，可以提高运动台10的稳定性。

其中，底座1和防护罩2外形优选地均为等边三角形结构。

运动台10侧壁固定连接有第一驱动电机11，第一驱动电机11两侧均固定连接有加强筋，防护罩2顶部转动连接有第一转盘12，第一转盘12顶面贯穿有第一液压缸13。

运动台10底面转动连接有第二转盘14，第一驱动电机11输出轴通过齿轮与第二转盘14传动连接，第二转盘14底面固定连接第二驱动电机15，控制器21分别与第一驱动电机11和第二驱动电机15电性连接。

如此，第一液压缸13与第二液压缸20的支撑力更加充足，可以提供更加稳定的支撑力。

优选地，第二驱动电机15输出轴固定连接有丝杆16，丝杆16周侧面螺纹连接有滑台19，第二转盘14底面固定连接有T形滑轨18，第二转盘14底面通过T形滑轨18与滑台19滑动连接，第二转盘14底面固定连接有固定块17，丝杆16一端通过轴承与固定块17转动连接，滑台19底面固定连接有与第一液压缸13相适配的第二液压缸20。

控制器21。与第二液压缸20。电性连接。通过滑台19与第二转盘14共同作用可以实现第二液压缸20的自由移动，便于第二液压缸20底端与第一液压缸13顶端顺利对接。

优选地，第一转盘12底面轴心处固定连接有旋转轴23，旋转轴23底端通过轴承与底座1转动连接，底座1顶面固定连接第三驱动电机24，第三驱动电机24输出轴一端固定连接有驱动齿轮9，驱动齿轮9周侧面与第一转盘12传动连接，驱动齿轮9用于带动第一转盘12转动，旋转轴23用于支撑第一转盘12转动。

优选地，本发明实施例的三个驱动电机可以选择交流旋转电机，以及选用相同的型号配置，降低选型和成本控制。直线电动缸同样选择相同的型号配置。

第一液压缸13顶端为半球形凸面结构，第二液压缸20底端为半球形凹面结构，凸面结构与凹面结构可以实现第一液压缸13与第二液压缸20的快速对接，对接过程均为电动自动化控制，可在短时间内完成对接程序。

结合本发明以上实施例以及附图所示，本发明通过控制器21控制六个直线电动缸5进行伸缩，六个直线电动缸5通过第二连接耳6带动三个分支台7升降与或倾斜，三个分支台7通过六个连杆8带动运动台10升降或倾斜。

当运动台10在倾斜状态时停止，运动台10上承载的对象的作用力会直接传递到六个直线电动缸5上，造成直线电动缸5的损耗，影响直线电动缸5的使用寿命。当运动台10处于倾斜悬停时，控制器21控制第一驱动电机11启动，第一驱动电机11输出轴通过齿牙带动第二转盘14转动，同时控制器21控制第二驱动电机15启动，第二驱动电机15输出轴带动丝杆16转动，丝杆16带动滑台19和第二液压缸20移动，使得第二液压缸20处于运动台10倾斜时的最低处。

控制器21根据第二液压缸20的位置信息控制第三驱动电机24启动，第三驱动电机24输出轴带动驱动齿轮9转动，驱动齿轮9带动第一转盘12转动，旋转轴23使得第一液压缸13靠近第二液压缸20，控制器21控制第一液压缸13和第二液压缸20同步伸长，使得第一液压缸13通过轴承与底座1发生转动，顶端凸面与第二液压缸20底端凹面相接触，凸面与凹面便于对接，对接完成后第一液压缸13所提供的支撑力可以分担一部分运动台10受到的作用力，六个直线电动缸5在运动台10悬停时处于被保护状态。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.正交分支冗余驱动的多自由度运动平台，其特征在于：所述多自由度运动平台具有一底座（1），所述底座（1）顶面固定连接有防护罩（2），所述防护罩（2）顶面固定连接有作为总控的控制器（21），所述底座（1）顶面固定连接有电源（22），所述电源（22）与控制器（21）电性连接；

所述底座（1）顶面固定连接有六个第一连接耳（4），所述第一连接耳（4）顶部通过转轴转动连接有直线电动缸（5），所述直线电动缸（5）顶端通过转轴转动连接有第二连接耳（6），两个所述第二连接耳（6）顶部均固定连接有分支台（7），所述分支台（7）靠近底座（1）中心侧壁固定连接有两个连杆（8），六个所述连杆（8）一端均固定连接有运动台（10），所述控制器（21）输出端与直线电动缸（5）电性连接，用于控制直线电动缸的运动，以支撑所述分支台（7）以及运动台（10）的协调运动，实现多自由度承载；

其中，所述运动台（10）侧壁固定连接有第一驱动电机（11），所述第一驱动电机（11）两侧均固定连接有加强筋，所述防护罩（2）顶部转动连接有第一转盘（12），所述第一转盘（12）顶面贯穿有第一液压缸（13）；

所述运动台（10）底面转动连接有第二转盘（14），所述第一驱动电机（11）输出轴通过齿轮与第二转盘（14）传动连接，所述第二转盘（14）底面固定连接有第二驱动电机（15），所述控制器（21）还分别与第一驱动电机（11）和第二驱动电机（15）电性连接，控制其运动以实现对第一转盘（12）和第二转盘（14）的运动协调控制。

2.根据权利要求1所述的正交分支冗余驱动的多自由度运动平台，其特征在于，所述底座（1）和防护罩（2）外形均为等边三角形结构。

3.根据权利要求1所述的正交分支冗余驱动的多自由度运动平台，其特征在于，所述第二驱动电机（15）输出轴固定连接有丝杆（16），所述丝杆（16）周侧面螺纹连接有滑台（19），所述第二转盘（14）底面固定连接有T形滑轨（18），所述第二转盘（14）底面通过T形滑轨（18）与滑台（19）滑动连接。

4.根据权利要求3所述的正交分支冗余驱动的多自由度运动平台，其特征在于，所述第二转盘（14）底面固定连接有固定块（17），所述丝杆（16）一端通过轴承与固定块（17）转动连接，所述滑台（19）底面固定连接有与第一液压缸（13）相适配的第二液压缸（20），所述控制器（21）与第二液压缸（20）电性连接，通过控制第二液压缸（20）对应设置的节流阀以控制活塞运动。

5.根据权利要求4所述的正交分支冗余驱动的多自由度运动平台，其特征在于，所述第一液压缸（13）顶端为半球形凸面结构，所述第二液压缸（20）底端为半球形凹面结构。

6.根据权利要求3-5中任一项所述的正交分支冗余驱动的多自由度运动平台，其特征在于，所述第一转盘（12）底面轴心处固定连接有旋转轴（23），所述旋转轴（23）底端通过轴承与底座（1）转动连接，所述底座（1）顶面固定连接有第三驱动电机（24），所述第三驱动电机（24）输出轴一端固定连接有驱动齿轮（9），所述驱动齿轮（9）周侧面与第一转盘（12）传动连接。

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