CN112025675B - 具有三转动自由度的姿态试验台 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种具有三转动自由度的姿态试验台，其具有结构简单、易于操作等特点。为实现前述目的的姿态试验台包括动平台、固定底座、两个可变底座、定平台以及两条主动支链。固定底座在动平台的下方通过万向节与动平台连接。可变底座的高度设置成可调节，通过万向节与动平台可拆卸地连接；定平台设置在动平台上方，包括两个定导轨。主动支链包括支链导轨、绳索以及绳索调节装置，支链导轨由定导轨可滑动支撑，绳索连接在支链导轨和动平台之间，绳索调节装置通过绳索拉拽动平台，以调节所述动平台的高度。其中，当主动支链进行运动以调节动平台的姿态时，可变底座与动平台处于脱扣状态。

Description

具有三转动自由度的姿态试验台

技术领域

本发明涉及可调整姿态的姿态试验台，尤其涉及一种三自由度并联机构。

背景技术

并联机构是一种新型机构，具有传统串联机构无法比拟的优点，是串联机构的补充和扩展。并联机构具有精度高、承载能力大和刚度高等特点。少自由度并联机构的机构自由度少于6，其被广泛运用于运动模拟器、微操作机器人、姿态控制器、力传感器等一系列领域。现有的并联机构是由多个运动链的一端同时与一个具有多自由度的操作终端相连而构成的。

在实际应用中，多余的自由度会增加机构结构的复杂性，从而提高了机构加工与维护的成本和操作的难度。三自由度并联机构由于驱动关节少，性价比高，近几年成为研究的重点。目前，已提出的并联机构有一百多种，但实用型三转动自由度并联机构依然不多。三转动自由度并联机构一般用于工业机器人、定位用姿态试验台、数控台、机器人关节等。

姿态试验台要求试验台具有多个自由度来模拟试验件在不同工况下的状态。现有的三转动自由度并联机构多为球面机构，所有运动副的轴线交于空间一点，机构上所有点的运动都是围绕该点；球面机构具有结构复杂、要求精度高、制造装配困难和成本高等缺陷，且一般难以满足大负载与高刚度的要求。

因此，针对上述缺陷，需要一种结构简单、安装方便、活动范围大且成本低的三转动自由度并联机机构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有三转动自由度的姿态试验台，其具有结构简单、易于操作等特点。

为实现前述目的的具有三转动自由度的姿态试验台，包括：

动平台，用于支撑被试验装置；

固定底座，在所述动平台的下方通过万向节与所述动平台连接；

两个可变底座，其高度设置成可调节，在所述动平台的下方分别通过万向节与所述动平台可拆卸地连接；

定平台，设置在所述动平台上方，包括两个定导轨；

两条主动支链，各主动支链包括支链导轨、绳索、绳索调节装置，所述支链导轨设置成由所述两个定导轨可滑动支撑，所述绳索连接在所述支链导轨和所述动平台之间，所述绳索调节装置用于通过所述绳索拉拽所述动平台，以调节所述动平台的高度；

其中，当所述主动支链进行运动，以调节所述动平台的姿态时，所述可变底座与所述动平台处于脱扣状态。

在一个或多个实施方式中，所述绳索调节装置包括设置在所述支链导轨上的滚轮以及移动装置，所述移动装置设置成可沿所述支链导轨移动，所述移动装置与所述绳索连接，所述绳索绕在所述滚轮上，以使所述绳索由所述移动装置带动进行移动时，受所述滚轮导向。

在一个或多个实施方式中，所述绳索调节装置是卷绳器。

在一个或多个实施方式中，所述主动支链是行车。

在一个或多个实施方式中，所述两定导轨设置成水平并彼此平行。

在一个或多个实施方式中，所述支链导轨设置成垂直于两所述定导轨。

在一个或多个实施方式中，所述两个可变底座支撑着所述动平台时，所述绳索与所述动平台处于脱离状态。

在一个或多个实施方式中，所述可变底座包括多个垫块和多个垫片，根据高度的不同选择不同数量的垫块和垫片的组合进行所述可变底座的高度调节。

在一个或多个实施方式中，所述绳索在所述支链导轨和所述动平台之间的延伸部分设置成保持垂直。

在一个或多个实施方式中，所述万向节为球副或者胡克铰。

本发明的增益效果在于：本姿态试验台通过设置主动支链对动平台的姿态调节，并利用高度可调的可变底座对调节后的姿态试验台进行支撑，提供了一种结构简单且操作便捷的姿态调节实验台，能够快速对被支撑的实验件进行快速地三自由度调节，节省了调节成本的同时，提高了调节的效率。

附图说明

本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1示出了具有三转动自由度的姿态试验台一个实施方式下的立体示意图；

图2为可变底座一个实施方式的立体示意图。

具体实施方式

下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本发明的保护范围进行限制。例如在说明书中随后记载的第一特征在第二特征上方或者上面形成，可以包括第一和第二特征通过直接联系的方式形成的实施方式，也可包括在第一和第二特征之间形成附加特征的实施方式，从而第一和第二特征之间可以不直接联系。另外，这些公开内容中可能会在不同的例子中重复附图标记和/或字母。该重复是为了简要和清楚，其本身不表示要讨论的各实施方式和/或结构间的关系。进一步地，当第一元件是用与第二元件相连或结合的方式描述的，该说明包括第一和第二元件直接相连或彼此结合的实施方式，也包括采用一个或多个其他介入元件加入使第一和第二元件间接地相连或彼此结合。

需要注意的是，在使用到的情况下，如下描述中的上、下、左、右、前、后、顶、底、正、反、顺时针和逆时针仅仅是出于方便的目的所使用的，而并不暗示任何具体的固定方向。事实上，它们被用于反映对象的各个部分之间的相对位置和/或方向。

如图1示出了具有三转动自由度的姿态试验台一个实施方式下的立体示意图，姿态试验台包括动平台1、固定底座2、可变底座3、定平台4以及主动支链5。其中，动平台1允许被试验装置放置于其上方，用于支撑被试验装置。固定底座2设置于动平台1的下方，其下端可以是如图所示，经由螺栓、螺母等紧固件压紧固定于地面上，固定底座2的上端设置有万向节21a，并通过万向节21a与动平台1连接。

可变底座3配置为如图所示的两个，且两个可变底座3的高度和/或位置设置成可调节，两个可变底座3分别设置在动平台1的下方，并分别通过万向节21b与动平台1可拆卸地连接。

其中，万向节21a、21b可允许与其连接动平台1以连接处为基点，绕其作相对转动。具体地，以万向节21a为例，万向节21a可包括与固定底座2固定的下球体210a以及套设在下球体210a外周的上球形壳体211a，上球形壳体211a可转动地套设在下球体210a上，并且上球形壳体211a的开口大小设置为不可自下球体210a上取下，上球形壳体211a通过连接部212a与动平台1连接，从而动平台1可以相对下球体210a进行三自由度转动。相似地，万向节21b也可以与万向节21a具有相同的结构。

定平台4包括两个定导轨41，并设置于动平台1的上方。主动支链5为如图所示地设置为两条，每条主动支链5分别包括支链导轨51、绳索52以及绳索调节装置53。其中，支链导轨51设置成由两个定导轨41可滑动支撑，绳索52连接在支链导轨51以及动平台1之间，绳索调节装置53用于通过绳索52拉拽动平台1，从而调节动平台被拉拽位置的高度。

当主动支链5中的支链导轨51沿定导轨41滑动或是绳索调节装置53对绳索52进行调节时，对应地，绳索52的水平位置或是垂直方向的长度会发生改变，以调节动平台1的姿态。在调节过程中，两个可变底座3与动平台1是处于脱扣状态，即动平台1是由固定底座2上的万向节21a支撑一侧、绳索52拉起另一侧。可变底座3及其上的万向节21b不对动平台1产生支撑作用，以使得主动支链5对动平台1具有更大的姿态调节空间，即当主动支链5上的绳索52拉动动平台1时，动平台1与万向节21a连接的一侧能够以万向节21a为基点进行三自由度转动，另一侧由绳索52拉动调节被拉动位置的水平或是高度方向的位置，以进行姿态调整。同时可以将可变底座3自动平台1上取下，并调节可变底座3的高度。当动平台1的姿态调整完毕后，通过调节两个可变底座3的高度对调节后的动平台进行支撑。

本姿态试验台通过设置主动支链5对动平台的姿态调节，并利用高度可调的可变底座3对调节后的姿态试验台进行支撑，提供了一种结构简单且操作便捷的姿态调节实验台，能够快速对被支撑的实验件进行快速地三自由度调节，节省了调节成本的同时，提高了调节的效率。

虽然本姿态试验台的一个实施例如上所述，但是在本姿态试验台的其他实施例中，姿态试验台中的各个组件相对于上述实施例在许多方面都可以具有更多的细节，并且这些细节的至少一部分可以具有多样的变化。下面以一些实施例对这细节和些变化中的至少一部分进行说明。

请继续参见图1，在姿态试验台的一个实施方式中，绳索调节装置53包括设置在支链导轨51上的移动装置531以及滚轮532。移动装置531设置成可沿支链导轨51移动，具体地，移动装置531可以是沿支链导轨51可滑动的滑块，其与支链导轨51滑轨配合相接。绳索52绕在滚轮532上并与移动装置531连接，使得当移动装置531沿支链导轨51移动时，绳索52能够被其带动移动，以实现对绳索52的水平位置的改变。同时绳索52的移动方向由滚轮532导向。在一个实施方式中，移动装置531是由电机驱动以使其沿支链导轨51移动。

在一个实施方式中，绳索调节装置53是卷绳器，能够对绳索52进行卷起或防松，并调节绳索52在垂直方向的长度。

在一个实施方式中，主动支链5是行车，行车以两个定导轨41为轨道并沿定导轨41的方向可移动，机构内的运动链可以使用行车代替并且底座可以使用可调节位置与高度的支撑物代替，大大降低了场地限制与操作难度。在一个实施方式中，支链导轨51的两通过滑块与定导轨41滑轨配合连接，并在电机的驱动下沿定导轨41的方向可移动。

在一个实施方式中，两个定导轨41之间设置成水平并彼此平行，以提供支链导轨51的滑动轨道，并使得支链导轨51沿导轨41的方向水平位移。在一个实施方式中，两个定导轨41之间的距离以及每个定导轨41的长度根据现场环境可变化，以使得动平台1的姿态调节具有更大的角度选择面。

在一个实施方式中，支链导轨51设置成垂直于两定导轨41。

在一个实施方式中，当动平台1的姿态调整完毕后，通过两个可变底座3对调节后的动平台进行支撑，此时动平台1仅由可变底座3支撑，即绳索52不再对动平台1产生拉拽作用，绳索52可自动平台1上拆下，以使得被支撑的实验件具有更大的操作空间。

图2为可变底座3一个实施方式的立体示意图，可变底座3包括多个垫块30以及多个垫片31，通过将不同数量的垫块30以及垫片31相组合，以进行对可变底座3的高度调节，进而满足动平台1姿态调整过程中，不同姿态对于高度的不同选择。其中，垫块30以及垫片31之间可以由如螺栓等紧固件固定连接，同时，万向节21b通过如螺栓等紧固件与垫块30或垫片31固定连接。在一个实施方式中，垫块30以及垫片31可以是由具有相同固定调节功能的支撑物构成。在一个实施方式中，垫块30外壁上开设有孔落槽，以减轻垫块30的重量，方便搬运。

在姿态试验台的一个实施方式中，绳索52与动平台1相接的一端还具有钩部54，在动平台1上具有与钩部配合的吊耳10，绳索52与动平台1通过将钩部54钩在吊耳10上相接。绳索52通过绳索调节装置53的作用下，在支链导轨51以及动平台之间的延伸部分设置为保持垂直，以减少动平台1上吊耳10的负载。

在姿态试验台的一个实施方式中，万向节21a、21b是球副或者胡克铰等两构件能绕一球心作三个独立的相对转动的装置，以实现对不同姿态下的动平台进行支撑。

在姿态试验台的一个实施方式中，固定底座2可以是一种具有固定功能以及具备一定刚度的支撑件。

在姿态试验台的一个实施方式中，固定底座2上的万向节21a也与动平台1为可拆卸连接，从而在拆解姿态试验台时能够更加便捷。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (10)

1.具有三转动自由度的姿态试验台，其特征在于，包括：

动平台，用于支撑被试验装置；

固定底座，在所述动平台的下方通过万向节与所述动平台连接；

两个可变底座，其高度设置成可调节，在所述动平台的下方分别通过万向节与所述动平台可拆卸地连接；

定平台，设置在所述动平台上方，包括两个定导轨；

两条主动支链，各主动支链包括支链导轨、绳索、绳索调节装置，所述支链导轨设置成由所述两个定导轨可滑动支撑，所述绳索连接在所述支链导轨和所述动平台之间，所述绳索调节装置用于通过所述绳索拉拽所述动平台，以调节所述动平台的高度；

其中，当所述主动支链进行运动，以调节所述动平台的姿态时，所述可变底座与所述动平台处于脱扣状态。

2.如权利要求1所述的姿态试验台，其特征在于，所述绳索调节装置包括设置在所述支链导轨上的滚轮以及移动装置，所述移动装置设置成可沿所述支链导轨移动，所述移动装置与所述绳索连接，所述绳索绕在所述滚轮上，以使所述绳索由所述移动装置带动进行移动时，受所述滚轮导向。

3.如权利要求1所述的姿态试验台，其特征在于，所述绳索调节装置是卷绳器。

4.如权利要求1所述的姿态试验台，其特征在于，所述主动支链是行车。

5.如权利要求1所述的姿态试验台，其特征在于，两所述定导轨设置成水平并彼此平行。

6.如权利要求1所述的姿态试验台，其特征在于，所述支链导轨设置成垂直于两所述定导轨。

7.如权利要求1所述的姿态试验台，其特征在于，所述两个可变底座支撑着所述动平台时，所述绳索与所述动平台处于脱离状态。

8.如权利要求1所述的姿态试验台，其特征在于，所述可变底座包括多个垫块和多个垫片，根据高度的不同选择不同数量的垫块和垫片的组合进行所述可变底座的高度调节。

9.如权利要求1所述的姿态试验台，其特征在于，所述绳索在所述支链导轨和所述动平台之间的延伸部分设置成保持垂直。

10.如权利要求1所述的姿态试验台，其特征在于，所述万向节为球副或者胡克铰。

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