CN112518400A - 一种消隙装置和自由度平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种消隙装置和利用该消隙装置的自由度平台，消隙装置包括消隙轴、左右消隙轴悬挂机构、设置在消隙轴中间部位的消隙十字铰以及用于连接消隙装置和上平台的两个消隙安装座，通过限制消隙装置中消隙十字铰绕z轴方向的旋转，有效减小了主十字铰纵轴和横轴转动配合存在的间隙以及负载偏载过大时对平台运动偏差的影响，实现了平台整体运动精度的大幅提升，也提高了平台的结构强度和结构刚性；同时，采用本发明的消隙装置还可以适当降低主十字铰中纵轴、横轴以及消隙轴与各自轴承间的配合精度要求，降低自由度平台的制造成本以及装配难度。

Description

一种消隙装置和自由度平台

技术领域

本发明涉及用于自由度平台的消隙装置，尤其是涉及试验设备的大型二、三自由度平台的消隙装置。

背景技术

在航天航空、海上和海底作业、汽车、机械制造装配以及娱乐休闲、科研院所动态实验等行业运用Stewart六自由度平台进行运动姿态和速度的控制，已经越来越广泛。根据实际空间结构及使用要求，有些平台运动不需要过多的姿态，只需要配合设计制作一些二自由度，特别是二自由度平台和三自由度平台，基本是在上平台中间设置平台主支撑的主十字铰，上平台可分别绕主十字铰的纵轴横摇和横轴俯仰的二自由度运动，或二自由度的复合运动。无论是纵轴还是横轴在与铰座轴承转动配合存在一定量的间隙，在进行二自由度运动时就会出现一定的偏差，有的使用情况可以接受这个偏差，但有的使用情况不能接受这个过大的偏差。在不能接受这个偏差时，通常需要提高纵轴、横轴与铰座轴承转动配合精度，也就是大幅减少轴与轴承间的径向配合间隙。现有技术可以采用在靠近上平台长度方向的两端分别设置消隙轴的方式来减少配合间隙，但是两消隙轴配合长度的中间跨度L0较大，通常为上平台1纵向长度L1的三分之二左右，特别是当L0达到5米以上甚至10米以上时，因此要保证L0大小的同轴度，设计制造极其困难，即便是加工出来，加工成本也是极高。同时，本领域的设计人员很容易采用常规的间隙配合方式来安装消隙轴与轴承座，理论上是实现了图面设计的消隙轴可以与主十字铰的纵轴在同轴线X方向上转动。但是，即便理论上设计出了再小的配合间隙和再小的制造误差，现有工艺制造手段也难以保证L0大小跨度上两消隙轴与主十字铰纵轴的同轴度，同时由于大平台结构受运动负载大小变化引起的平台变形也随之变化，实现在同轴线X方向上的转动也就更加不可能。而且即便这样减少轴的径向间隙，由于平台外形尺寸和纵轴、横轴的长度比大几十甚至几百倍或者更大，该间隙在平台的远端被相应放大，导致平台运动偏差仍然超过允差范围。综上，配合间隙一方面会增加加工工艺难度和制造成本，另一方面由于间隙过小，轴的转动会带来卡滞不畅而且阻力加大的问题，因此难以满足实际工作中的需要。

同时还会存在上平台的负载可能较大偏载情况，偏载也会导致平台发生一定的偏摆扭动，对上平台产生一定的偏转扭矩。而由于出现偏转扭矩，也会加大上述轴配合的径向间隙导致的偏差值。

发明内容

本发明提供了一种消隙装置和自由度平台，解决了现有的自由度平台由于主十字铰纵轴和横轴转动配合时存在间隙以及负载存在较大偏载时对平台造成运动偏差的技术问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种消隙装置，包括消隙轴、左右消隙轴悬挂机构、设置在消隙轴中间部位的消隙十字铰以及用于连接所述消隙装置和自由度平台的上平台的两个消隙安装座；

所述两个消隙安装座分别设置在消隙轴沿轴线方向的左右两端，每个消隙安装座内均设有与所述消隙轴同轴设置的第一通孔a，所述消隙轴两端分别贯穿对应的第一通孔a后设置在所述消隙安装座上，且所述消隙轴在第一通孔a内沿第一通孔a的轴向进行滑动或沿第一通孔a的长度方向进行上下浮动和/或上下摆动。

进一步，所述第一通孔a内还设有腰形套，腰形套通过螺钉与消隙安装座固定连接；所述腰形套的外周与所述第一通孔a相配合，所述腰形套的内孔为带两个侧导向面D的腰形孔，所述消隙轴两端分别设有两个侧导向面F，所述消隙轴的端部贯穿所述腰形孔，且通过所述侧导向面F在对应腰形套的侧导向面D内上下浮动和/或上下摆动。

进一步，所述左右消隙轴悬挂机构均包括吊环和用于悬挂所述吊环的碟形弹簧组，所述吊环包括固定连接且上下设置的直柱端和环状端，所述环状端内设有关节轴承；所述吊环分别设置在所述消隙轴的两端，且通过对应的关节轴承与所述消隙轴连接；所述吊环的直柱端贯穿所述第二通孔b，且直柱端外侧套设所述碟形弹簧组，所述碟形弹簧组与所述环状端分别设置在所述第二通孔b的上下两侧。

进一步，所述消隙十字铰内部设有第三通孔c，所述第三通孔c为台阶孔，所述第三通孔c两端为用于安装导向套的安装孔，所述第三通孔c中间部分小于所述安装孔且第三通孔c与消隙轴间留有径向间隙，所述安装孔均固定设有导向套，且所述导向套连同所述消隙十字铰在所述消隙轴上绕纵向X轴方向转动。

进一步，所述消隙十字铰下方且与纵向X轴垂直的第四通孔d内安装有滑动轴承，所述消隙十字铰下挂用于限制所述消隙十字铰绕Z轴旋转的滑动防扭臂，所述滑动防扭臂的上端孔内设有与所述滑动轴承相配合的第一上防扭轴。

进一步，所述滑动防扭臂包括防扭臂体、防扭导轨、滑动摇摆机构以及与所述滑动轴承相配合的第一上防扭轴，所述防扭臂体顶部通过所述第一上防扭轴和所述滑动轴承连接所述消隙十字铰；

所述防扭导轨沿所述防扭臂体的长度方向安装在所述防扭臂体下表面或者所述防扭导轨与所述防扭臂体为一体成型结构；所述滑动摇摆机构包括从上至下依次连接的防扭滑块、防扭座、防扭支座和防扭安装座，所述防扭滑块设置在所述防扭导轨上沿导轨长度方向滑动，且所述防扭滑块与所述防扭座通过第一下防扭轴与所述防扭支座铰接在一起，所述防扭安装座的底部固定在下安装面上；

所述第一下防扭轴装在防扭支座上，且所述第一下防扭轴的轴线固定在防扭支座上不动，同时所述第一下防扭轴的轴线与所述第一上防扭轴的轴线保持平行，所述防扭臂体绕所述第一上防扭轴摆动，并受所述第一下防扭轴和所述防扭滑块滑动位置限制。

进一步，所述消隙十字铰下方且与纵向X轴垂直的第四通孔d内安装有滑动轴承，所述消隙十字铰下挂用于限制所述消隙十字铰绕Z轴旋转的第一折叠防扭臂，所述第一折叠防扭臂的上端孔内设有与所述滑动轴承相配合的第二上防扭轴。

在一个优选实施方式中，所述第一折叠防扭臂包括上防扭上铰座、上防扭体、上防扭下铰座、下防扭体、第一下铰座以及第二上防扭轴、第一中防扭轴和第二下防扭轴，所述上防扭上铰座、上防扭体和上防扭下铰座紧固连接形成刚性连接体，且所述上防扭下铰座和下防扭体通过第一中防扭轴铰接，所述下防扭体和第一下铰座通过第二下防扭轴铰接，所述第一下铰座的底部固定下安装面上；

所述第二下防扭轴的轴线固定在第一下铰座上不动，且所述第一中防扭轴和所述第二下防扭轴的轴线与所述第二上防扭轴的轴线平行。

进一步，所述消隙十字铰下方且与纵向X轴垂直的第四通孔d内安装有滑动轴承，所述消隙十字铰下挂用于限制所述消隙十字铰绕Z轴旋转的第二折叠防扭臂，所述第二折叠防扭臂包括上防扭臂、下防扭臂、第二下铰座以及第三上防扭轴、第二中防扭轴和第三下防扭轴，所述第三上防扭轴设置在第二折叠防扭臂的上端孔内且所述第三上防扭轴与所述滑动轴承相配合，所述上防扭臂通过所述第三上防扭轴以及所述滑动轴承连接所述消隙十字铰；

所述上防扭臂和下防扭臂通过第二中防扭轴铰接，所述下防扭臂和第二下铰座通过第三下防扭轴铰接，所述第二下铰座的底部固定下安装面上；

所述第三下防扭轴的轴线固定在第二下铰座上不动，且所述第二中防扭轴和所述第三下防扭轴的轴线与所述第三上防扭轴的轴线平行。

本发明实施例的第二方面提供了一种自由度平台，包括上平台、主十字铰、伸缩缸以及以上任一所述的消隙装置，所述消隙装置设置在所述伸缩缸外侧，且所述消隙装置通过对应的消隙安装座连接所述自由度平台的上平台。

进一步，所述自由度平台为二自由度平台。

进一步，所述自由度平台为三自由度平台。

本发明的有益效果：本发明提供了一种消隙装置和自由度平台，在对多自由度平台，尤其是二、三自由度平台进行运动控制时，有效减小了主十字铰纵轴和横轴转动配合存在的间隙以及负载偏载过大时对平台运动偏差的影响，实现了平台整体运动精度的大幅提升，也提高了平台的结构强度和结构刚性，同时，采用本发明的消隙装置还可以适当降低主十字铰中纵轴、横轴以及消隙轴与各自轴承间的配合精度要求，降低上述自由度平台的制造成本以及装配难度。

为使发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本发明较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

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是实施例1提供的消隙装置的结构示意图；

图2是实施例1提供的消隙装置中消隙轴的结构示意图；

图3是实施例1提供的消隙装置中消隙轴的侧导向面F的示意图；

图4是实施例1提供的消隙装置中腰形套的侧导向面D的示意图；

图5是实施例2提供的消隙装置的俯仰最低一侧姿态示意图；

图6是实施例2提供的消隙装置的俯仰最高一侧姿态示意图；

图7是实施例3提供的消隙装置的俯仰最低一侧姿态示意图；

图8是实施例3提供的消隙装置的俯仰最高一侧姿态示意图；

图9是实施例4提供的消隙装置的俯仰最低一侧姿态示意图；

图10是实施例4提供的消隙装置的俯仰最高一侧姿态示意图；

图11是实施例5提供的二自由度平台的水平姿态示意图；

图12是实施例5提供的二自由度平台的水平最大俯仰示意图；

图13是实施例5提供的二自由度平台的主十字铰及XZ轴示意图；

图14是实施例5提供的二自由度平台的主十字铰及YZ轴示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、消隙装置，101、消隙轴，102、左右消隙轴悬挂机构，1021、吊环，1022、碟形弹簧组，1023、关节轴承，103、消隙十字铰，104、消隙安装座，105、腰形套，106、导向套，107、滑动轴承，108、滑动防扭臂，1081、防扭臂体，1082、防扭导轨，1083、第一上防扭轴，1084、防扭滑块，1085、防扭座，1086、防扭支座，1087、防扭安装座，1088、第一下防扭轴，109、第一折叠防扭臂，1091、第二上防扭轴，1092、上防扭上铰座，1093、上防扭体，1094、上防扭下铰座，1095、下防扭体，1096、第一下铰座，1097、第一中防扭轴，1098、第二下防扭轴，110、第二折叠防扭臂，1101、上防扭臂，1102、下防扭臂，1103、第二下铰座，1104、第三上防扭轴，1105、第二中防扭轴，1106、第三下防扭轴，2、上平台，3、主十字铰，301、主十字铰的纵轴，302、主十字铰的横轴，4、伸缩缸，5、主支撑，6、伸缩缸上十字铰，7、下安装面，8、伸缩缸下十字铰，a、第一通孔，b、第二通孔，c、第三通孔，d、第四通孔，e、凹孔，L1、平台最大长度，L0、消隙轴跨度。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明。

实施例1：

图1-图4所示的一种消隙装置1，包括消隙轴101、左右消隙轴悬挂机构102、设置在消隙轴101中间部位的消隙十字铰103以及用于连接所述消隙装置1和自由度平台上平台的两个消隙安装座104。为便于后续描述，本发明以下各实施例统一将自由度平台中上平台的主十字铰3的纵轴301方向作为X轴方向，将主十字铰3的横轴302方向为Y轴方向，将垂直于上平台的方向作为Z轴方向，如图11-12所示，其中A为消隙轴101及纵轴的共同轴线。而消隙十字铰103的铰接方向与主十字铰3的铰接方向相同，因此消隙十字铰103的纵轴方向，即消隙轴101的轴线方向为X轴方向。

如图1-图4所示，所述两个消隙安装座104分别设置在消隙轴101沿轴线方向的左右两端。所述消隙安装座104上设有与所述消隙轴101同轴设置的第一通孔a，所述第一通孔a为长圆孔，所述消隙轴101两端分别贯穿对应的第一通孔a后设置在所述消隙安装座104上，且所述消隙轴101在第一通孔a内沿第一通孔a的轴向进行滑动或沿第一通孔a的长度方向进行浮动或摆动，从而达到上下浮动和/上下摆动的效果。

本实施例中，为了使消隙轴101滑动更顺畅、减小消隙轴101与消隙安装座104之间的滑动磨损、便于更换磨损部件，所述第一通孔a内还可以设置腰形套105，腰形套105通过螺钉与消隙安装座104固定连接。所述腰形套105的外周与所述第一通孔a相配合，所述腰形套105的内孔为带两个侧导向面D的腰形孔，如图4所示，所述消隙轴101两端分别设有两个侧导向面F，如图2和图3所示，所述侧导向面D的高度范围大于所述侧导向面F的高度范围，所述消隙轴101的端部贯穿所述腰形孔，且通过所述侧导向面F在对应腰形套105的侧导向面D内上下浮动和/或上下摆动，从而达到沿所述腰形套105的轴向进行滑动或沿所述腰形孔的长度方向进行上下浮动以及上下摆动的效果，减小平台运动时主十字铰的纵轴和横轴的径向间隙对平台运动偏差的影响，如图1中G表示的方向即为消隙装置1的上下浮动方向，H表示的方向即为消隙装置1的摆动方向。

如图1所示，本实施例中所述消隙安装座104上对应所述消隙轴101的两端部位置处分别设有第二通孔b，第二通孔b为腰形孔，所述第二通孔b的长度方向与所述消隙轴101的轴向共面。所述左右消隙轴悬挂机构102包括两个吊环1021和用于悬挂所述吊环1021的碟形弹簧组1022，所述吊环包括固定连接且上下设置的直柱端和环状端，所述环状端内设有关节轴承1023。所述吊环1021分别设置在所述消隙轴101的两端部，且通过对应的关节轴承1023与所述消隙轴101的端部连接。所述吊环1021的直柱端贯穿所述第二通孔b，且直柱端外侧套设所述碟形弹簧组1022，所述碟形弹簧组1022与所述环状端分别设置在所述第二通孔b的上下两侧，即吊环1021通过碟形弹簧组1022挂接在第二通孔b的下方，随着碟形弹簧组1022的伸缩，吊环1021可以进行上下位移，从而带动消隙轴101的端部进行上下浮动以及摆动。同时，当消隙轴101进行上下浮动以及摆动时，碟形弹簧组1022进行伸缩以提供缓冲。这样，消隙轴101通过上述消隙轴101两端的侧导向面F，在腰形套105的侧导向面D中滑动，同时在悬挂吊环1021的碟形弹簧组1022的作用下，能够克服消隙轴下方的负载实现消隙轴的上下自由浮动。而在运动平台的上平台横摇状态下，安装在消隙轴上的消隙十字铰103也可以通过消隙轴101自由浮动实现绕上平台的X轴转动。

如图1所示，本实施例中所述消隙安装座104上还设有凹孔e，所述凹孔e为圆腰形孔。所述凹孔e与所述碟形弹簧组1022的位置相对应，且所述凹孔e的长度方向与所述消隙轴101的轴向共面。当所述碟形弹簧组1022上浮时，所述碟形弹簧组1022的顶部与所述凹孔e相配合，以增大碟形弹簧组1022的运动空间。当然，在其他实施例中，所述左右消隙轴悬挂机构102也可以采用其他的连接方式，均在本发明的保护范围以内。

本实施例中，所述消隙十字铰103内部设有第三通孔c，所述第三通孔c为台阶孔，所述第三通孔c两端为用于安装导向套的安装孔，所述第三通孔c中间部分小于所述安装孔且第三通孔c与消隙轴101间留有径向间隙。所述安装孔均固定设有导向套106，如图1所示，所述消隙轴101沿纵向x轴方向贯穿所述导向套106，在运动平台的上平台横摇状态下，所述导向套106连同所述消隙十字铰103在所述消隙轴101上绕所述上平台的X轴转动，此时导向套106可减小消隙轴101滑动时的摩擦力，起到良好的导向作用，使消隙轴101滑动时更加顺畅。

实施例2：

如图5-图6所示的另一种消隙装置，在实施例1的基础上还增设了滑动轴承107和与所述滑动轴承107相配合的滑动防扭臂108，通过限制滑动防扭臂108对Z轴的转动，即可限制消隙十字铰103绕Z轴的旋转，从而进一步消除所述自由度平台上主十字铰纵轴和横轴的径向间隙对平台运动偏差的影响。

具体来说，所述消隙十字铰103设有与纵轴方向，即X轴方向垂直的第四通孔d，所述第四通孔d内设有滑动轴承107，如图4-图6所示，所述滑动防扭臂108包括防扭臂体1081、防扭导轨1082、滑动摇摆机构以及与所述滑动轴承107相配合的第一上防扭轴1083，所述防扭臂体1081的顶部通过所述第一上防扭轴1083和所述滑动轴承107连接所述消隙十字铰103。

所述防扭导轨1082沿所述防扭臂体1081的长度方向安装在所述防扭臂体1081下表面或者所述防扭导轨1082与所述防扭臂体1081为一体成型结构。所述滑动摇摆机构包括从上至下依次连接的防扭滑块1084、防扭座1085、防扭支座1086和防扭安装座1087，所述防扭滑块1084设置在所述防扭导轨1082上沿导轨长度方向滑动，且所述防扭滑块1084与所述防扭座1085通过第一下防扭轴1088与所述防扭支座1086铰接在一起，所述防扭安装座1087的底部固定在下安装面7上，比如安装在自由度平台的下平台或者地基上，使得防扭滑块1084在与防扭导轨1082相互配合的过程中，防扭滑块1084可绕第一下防扭轴1088的轴向进行旋转，以实时调整防扭滑块1084的角度，而防扭安装座1087可以升高防扭支座1086的高度，为防扭导轨1082提供更大的升降空间。

优选实施例中，所述防扭导轨1082包括两组平行的滑轨，每条滑轨上均设置有两个防扭滑块1084，两个防扭滑块1084沿滑轨的长度方向依次设置且相互固定连接，防扭滑块1084上设有滑槽，滑轨2嵌入所述滑槽内与防扭滑块1084相配合，从而在上平台进行运动时，防扭滑块1084在滑槽内滑动。

上述实施例中，所述第一下防扭轴1088装在防扭支座1086上，且所述第一下防扭轴1088的轴线固定在防扭支座1086上不动，同时所述第一下防扭轴1088的轴线与所述第一上防扭轴1083的轴线保持平行，所述防扭臂体1081绕所述第一上防扭轴1083摆动，并受所述第一下防扭轴1088和所述防扭滑块1084滑动位置限制。通过固定第一下防扭轴1088的轴线，限制了防扭滑块1084在防扭臂体1081上相对Z轴偏摆，只允许防扭滑块1084在防扭臂体1081的导轨1082上移动，从而也限制了防扭臂体1081上方第一上防扭轴1083绕Z轴偏摆，实现了限制消隙装置中的消隙十字铰103相对Z轴转动的目的。

上述优选实施例提供了一种带滑块的滑动防扭臂，从而实现了消隙十字铰的自由浮动，能够消除多自由度平台，特别是二自由度平台、三自由度平台主支撑上主十字铰的纵轴和横轴的配合间隙，顺利实现平台整体运动精度大幅提升的目的，也能够提升平台的机构强度和机构刚性，具有消隙性能可靠的显著优点。而通过滑动防扭臂及消隙装置来承载部分偏载力，能够有效降低偏载对平台运动偏差的影响。同时也可以适当降低主十字铰中的纵轴、横轴以及消隙轴与各自轴承的配合精度要求，降低制造成本以及装配调整难度。

实施例3：

如图7-图8所示的另一种消隙装置，在实施例1的基础上还增设了滑动轴承107和与所述滑动轴承107相配合的第一折叠防扭臂109，通过限制第一折叠防扭臂109对Z轴的转动，即可限制消隙十字铰103绕Z轴的旋转，从而进一步消除所述自由度平台上主十字铰纵轴和横轴的径向间隙对平台运动偏差的影响。

具体来说，所述消隙十字铰103设有与纵向x轴方向垂直的第四通孔d，所述第四通孔d内设有滑动轴承107，如图7-图8所示，所述第一折叠防扭臂109为可折叠的二力杆连杆机构，包括上防扭上铰座1092、上防扭体1093、上防扭下铰座1094、下防扭体1095、第一下铰座1096以及第二上防扭轴1091、第一中防扭轴1097和第二下防扭轴1098，所述第二上防扭轴1091设置在第一折叠防扭臂109的上端孔内且所述第二上防扭轴1091与所述滑动轴承107相配合，所述上防扭体1093通过所述第二上防扭轴1091以及所述滑动轴承107连接所述消隙十字铰103。

所述上防扭上铰座1092、上防扭体1093和上防扭下铰座1094紧固连接形成刚性连接体，且所述上防扭下铰座1094和下防扭体1095通过第一中防扭轴1097铰接，所述下防扭体1095和第一下铰座1096通过第二下防扭轴1098铰接，所述第一下铰座1096的底部固定下安装面7上，比如安装在自由度平台的下平台或者地基上。所述第二下防扭轴1098的轴线固定在第一下铰座1096上不动，且所述第一中防扭轴1097和所述第二下防扭轴1098的轴线与所述第二上防扭轴1091的轴线平行。这样，也可以通过限制第一折叠防扭臂对Z轴的转动，限制消隙十字铰绕Z轴的旋转，从而进一步消除所述自由度平台上主十字铰的纵轴和横轴的径向间隙对平台运动偏差的影响。

实施例4：

如图9-图10所示的另一种消隙装置，在实施例3的基础上对第一折叠防扭臂109的机构进行了调整，具体来说，所述第二折叠防扭臂110为可折叠的二力杆连杆机构，包括上防扭臂1101、下防扭臂1102、第二下铰座1103以及第三上防扭轴1104、第二中防扭轴1105和第三下防扭轴1106，所述第三上防扭轴1104设置在第二折叠防扭臂110的端孔内且所述第三上防扭轴1104与所述滑动轴承107相配合，所述上防扭臂1101通过所述第三上防扭轴1104以及所述滑动轴承107连接所述消隙十字铰103。

所述上防扭臂1101和下防扭臂1102通过第二中防扭轴1105铰接，所述下防扭臂1102和第二下铰座1103通过第三下防扭轴1106铰接，所述第二下铰座1103的底部固定下安装面7上，比如安装在自由度平台的下平台或者地基上。所述第三下防扭轴1106的轴线固定在第二下铰座1103上不动，且所述第二中防扭轴1105和所述第三下防扭轴1106的轴线与所述第三上防扭轴1104的轴线平行。

与实施例3相比，本优选实施例将防扭上铰座1092、上防扭体1093以及上防扭下铰座1094组合成整体的机构件，即采用一体化部件作为一个二力连杆，使用更加简单。上述实施例通过固定第三下防扭轴1106的轴线，限制了连杆机构相对Z轴偏摆，只允许第二折叠防扭臂的连杆机构在XZ平面运动，从而也限制在第二折叠防扭臂上方的第三上防扭轴1104绕Z轴偏摆，从而限制了消隙装置中的消隙十字铰相对Z轴转动，达到消隙的目的。

实施例5：

上述消隙装置可以应用在多自由度平台，尤其是包含主十字铰的二、三自由度平台上，起到消隙的作用。如图11-图14所示，为包含以上任一所述消隙装置的二自由度平台。所述二自由度平台至少包括上平台2、主十字铰3、伸缩缸4以及至少一个消隙装置1，所述消隙装置1设置在所述伸缩缸4外侧，且所述消隙装置1通过对应的消隙安装座104连接所述自由度平台的上平台2。优选实施例中，所述二自由度平台包括主十字铰3、主支撑5以及左右各2组伸缩缸4，所述主支撑5垂直设置在下安装面7，比如二自由度平台的下平台或者刚性的地基上，且所述主支撑5的顶端通过主十字铰3与所述上平台2铰接。所述主十字铰3中设有在同一高度上垂直相交的纵轴301和横轴302，所述主十字铰3的纵轴301与横轴302均平行所述上平台2，所述上平台2在水平状态下沿所述纵轴301的轴线为X轴，沿所述横轴302的轴线为Y轴，且所述上平台3通过伸缩缸4的伸缩动作沿X轴和Y轴做二自由度的转动。

四组所述伸缩缸4在所述主支撑5的外侧均匀分布，且每个伸缩缸4的伸缩端通过对应的伸缩缸上十字铰6连接上平台2，通过对应的伸缩缸下十字铰8连接所述下安装面7。同时，所述主十字铰3、伸缩缸上十字铰6、伸缩缸下十字铰8的铰接方向相同，使得上平台2在伸缩缸4与主支撑5的配合下做二自由度运动。本实施例中的伸缩缸4可以为电动缸、气动缸、液压缸中的任意一种或多种之间组合。考虑到本实施例中自由度平台的精度控制要求，本实施例的伸缩缸4采用电动缸。

优选实施例中，四组伸缩缸4在上平台2的安装点以及下安装面7上的安装点分别呈矩形，且这两个矩形的边一一对应共面设置，主支撑5在上平台2的安装点以及下安装面7上的安装点分别位于这两个矩形的中心点上。

优选实施例中，所述消隙装置1设置在左边伸缩缸的外侧和/或右边伸缩缸的外侧，消隙装置1根据实际需要采用折叠防扭臂和/或滑动防扭臂，从而使消隙装置1的消隙轴101在上平台2的高度方向Z轴和纵向X轴所组成的平面内做上下浮动运动和/或上下摆动运动，实现消隙装置1与主十字铰3的纵轴301在同轴线X上转动；而通过限制消隙十字铰103绕Z轴的旋转，实现消除主十字铰3的纵轴301和横轴302的径向间隙对平台运动偏差的影响。以上所述消隙装置已经在二自由度平台中得到实际应用，该二自由度平台的消隙轴跨度L0为12米，且负载为35吨，根据实际应用数据可知，采用本发明浮动消隙技术方案的二自由度平台，运动平稳可靠，完全达到了本发明的预期效果。

在其他实施例中，所述消隙装置1还可以用在三自由度平台等多自由度平台，安装结构和二自由度平台类似，在此不再进行详细说明。

本发明并不仅仅限于说明书和实施方式中所描述，因此对于熟悉领域的人员而言可容易地实现另外的优点和修改，故在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念的精神和范围的情况下，本发明并不限于特定的细节、代表性的设备和这里示出与描述的图示示例。

Claims (10)

1.一种消隙装置，其特征在于，包括消隙轴(101)、左右消隙轴悬挂机构(102)、设置在消隙轴(101)中间部位的消隙十字铰(103)以及用于连接所述消隙装置和自由度平台上平台的两个消隙安装座(104)；

所述两个消隙安装座(104)分别设置在消隙轴(101)沿轴线方向的左右两端，每个消隙安装座(104)内均设有与所述消隙轴(101)同轴设置的第一通孔(a)，所述消隙轴(101)两端分别贯穿对应的第一通孔(a)后设置在所述消隙安装座(104)上，且所述消隙轴(101)在第一通孔(a)内沿第一通孔(a)的轴向进行滑动或沿第一通孔(a)的长度方向进行上下浮动和/或上下摆动。

2.根据权利要求1所述的消隙装置，其特征在于，所述第一通孔(a)内还设有腰形套(105)，所述腰形套(105)通过螺钉与消隙安装座(104)固定连接；所述腰形套(105)的外周与所述第一通孔(a)相配合，所述腰形套(105)的内孔为带两个侧导向面(D)的腰形孔，所述消隙轴(101)两端分别设有两个侧导向面(F)，所述消隙轴(101)的端部贯穿所述腰形孔，且通过所述侧导向面(F)在对应腰形套(105)的侧导向面(D)内上下浮动和/或上下摆动。

3.根据权利要求1所述的消隙装置，其特征在于，所述左右消隙轴悬挂机构(102)均包括吊环(1021)和用于悬挂所述吊环(1021)的碟形弹簧组(1022)，所述吊环(1021)包括固定连接且上下设置的直柱端和环状端，所述环状端内设有关节轴承(1023)；所述吊环(1021)分别设置在所述消隙轴(101)的两端，且通过对应的关节轴承(1023)与所述消隙轴(101)连接；所述吊环(1021)的直柱端贯穿设置在消隙安装座(104)中的第二通孔(b)，且直柱端外侧套设所述碟形弹簧组(1022)，所述碟形弹簧组(1022)与所述环状端分别设置在所述第二通孔(b)的上下两侧。

4.根据权利要求1所述的消隙装置，其特征在于，所述消隙十字铰(103)内部设有第三通孔(c)，所述第三通孔(c)为台阶孔，所述第三通孔(c)两端为用于安装导向套的安装孔，所述第三通孔(c)中间部分小于所述安装孔且第三通孔(c)与消隙轴(101)间留有径向间隙，所述安装孔均固定设有导向套(106)，且所述导向套(106)连同所述消隙十字铰(103)在所述消隙轴(101)上绕纵向X轴方向转动。

5.根据权利要求1-4任一所述的消隙装置，其特征在于，所述消隙十字铰(103)下方且与纵向X轴垂直的第四通孔(d)内安装有滑动轴承(107)，所述消隙十字铰(103)下挂用于限制所述消隙十字铰(103)绕Z轴旋转的滑动防扭臂(108)，所述滑动防扭臂(108)的上端孔内设有与所述滑动轴承(107)相配合的第一上防扭轴(1083)。

6.根据权利要求5所述的消隙装置，其特征在于，所述滑动防扭臂(108)包括防扭臂体(1081)、防扭导轨(1082)、滑动摇摆机构以及与所述滑动轴承(107)相配合的第一上防扭轴(1083)，所述防扭臂体(1081)顶部通过所述第一上防扭轴(1083)和所述滑动轴承(107)连接所述消隙十字铰(103)；

所述防扭导轨(1082)沿所述防扭臂体(1081)的长度方向安装在所述防扭臂体(1081)下表面或者所述防扭导轨(1082)与所述防扭臂体(1081)为一体成型结构；所述滑动摇摆机构包括从上至下依次连接的防扭滑块(1084)、防扭座(1085)、防扭支座(1086)和防扭安装座(1087)，所述防扭滑块(1084)设置在所述防扭导轨(1082)上沿导轨长度方向滑动，且所述防扭滑块(1084)与所述防扭座(1085)通过第一下防扭轴(1088)与所述防扭支座(1086)铰接在一起，所述防扭安装座(1087)的底部固定在下安装面(7)上；

所述第一下防扭轴(1088)装在防扭支座(1086)上，且所述第一下防扭轴(1088)的轴线固定在防扭支座(1086)上不动，同时所述第一下防扭轴(1088)的轴线与所述第一上防扭轴(1083)的轴线保持平行，所述防扭臂体(1081)绕所述第一上防扭轴(1083)摆动，并受所述第一下防扭轴(1088)和所述防扭滑块(1084)滑动位置限制。

7.根据权利要求1-4任一所述的消隙装置，其特征在于，所述消隙十字铰(103)下方且与纵向X轴垂直的第四通孔(d)内安装有滑动轴承(107)，所述消隙十字铰(103)下挂用于限制所述消隙十字铰(103)绕Z轴旋转的第一折叠防扭臂(109)，所述第一折叠防扭臂(109)的上端孔内设有与所述滑动轴承(107)相配合的第二上防扭轴(1091)。

8.根据权利要求7所述的消隙装置，其特征在于，所述第一折叠防扭臂(109)包括上防扭上铰座(1092)、上防扭体(1093)、上防扭下铰座(1094)、下防扭体(1095)、第一下铰座(1096)以及第二上防扭轴(1091)、第一中防扭轴(1097)和第二下防扭轴(1098)，所述上防扭上铰座(1092)、上防扭体(1093和上防扭下铰座(1094)紧固连接形成刚性连接体，且所述上防扭下铰座(1094)和下防扭体(1095)通过第一中防扭轴(1097)铰接，所述下防扭体(1095)和第一下铰座(1096)通过第二下防扭轴(1098)铰接，所述第一下铰座(1096)的底部固定下安装面(7)上；

所述第二下防扭轴(1098)的轴线固定在第一下铰座(1096)上不动，且所述第一中防扭轴(1097)和所述第二下防扭轴(1098)的轴线与所述第二上防扭轴(1091)的轴线平行。

9.根据权利要求1-4任一所述的消隙装置，其特征在于，所述消隙十字铰(103)下方且与纵向X轴垂直的第四通孔(d)内安装有滑动轴承(107)，所述消隙十字铰(103)下挂用于限制所述消隙十字铰(103)绕Z轴旋转的第二折叠防扭臂(110)，所述第二折叠防扭臂(110)包括上防扭臂(1101)、下防扭臂(1102)、第二下铰座(1103)以及第三上防扭轴(1104)、第二中防扭轴(1105)和第三下防扭轴(1106)，所述第三上防扭轴(1104)设置在第二折叠防扭臂(110)的上端孔内且所述第三上防扭轴(1104)与所述滑动轴承(107)相配合，所述上防扭臂(1101)通过所述第三上防扭轴(1104)以及所述滑动轴承(107)连接所述消隙十字铰(103)；

所述上防扭臂(1101)和下防扭臂(1102)通过第二中防扭轴(1105)铰接，所述下防扭臂(1102)和第二下铰座(1103)通过第三下防扭轴(1106)铰接，所述第二下铰座(1103)的底部固定下安装面(7)上；

所述第三下防扭轴(1106)的轴线固定在第二下铰座(1103)上不动，且所述第二中防扭轴(1105)和所述第三下防扭轴(1106)的轴线与所述第三上防扭轴(1104)的轴线平行。

10.一种自由度平台，其特征在于，包括上平台(2)、主十字铰(3)、伸缩缸(4)以及至少一个权利要求1-9任一所述的消隙装置(1)，所述消隙装置(1)设置在所述伸缩缸(4)外侧，且所述消隙装置(1)通过对应的消隙安装座(104)连接所述自由度平台的上平台(2)。

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