CN114460574B - 基于2-rrpu+2-rpu/u两自由度并联机构的稳定跟踪平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于2‑RRPU+2‑RPU/U两自由度并联机构的稳定跟踪平台，其包括雷达、俯仰单元、回转单元和并联调姿单元，雷达设于俯仰单元的雷达底座上，且俯仰单元设于回转单元上，回转单元设于并联调姿单元上，且并联调姿单元包括上平台、主动RRPU支链、从动RPU支链、中间U支链、主动RPU支链、从动RRPU支链和下底座，中间U支链设于下底座的中心处，且主动RRPU支链、从动RPU支链、从动RRPU支链及主动RPU支链对称均布设于下底座的圆周方向。本发明采用串联机构与并联机构混联结构，提高了稳定跟踪平台的承载能力、精度和响应速度，具有质量轻、刚度大、精度高等优点。

Description

基于2-RRPU+2-RPU/U两自由度并联机构的稳定跟踪平台

技术领域

本发明属于机器人技术领域，特别涉及一种基于2-RRPU+2-RPU/U两自由度并联机构的稳定跟踪平台。

背景技术

稳定跟踪平台存在大承载、高精度、快响应的技术难题，目前大型舰载雷达使用的稳定平台多为由多组框架串联组成，为实现大承载的目的存在外形尺寸较大，降低了船舰夹板有效利用率的问题。

并联机构相比于串联机构具有惯性小、承载大、刚度大、动力性能好等优点，广泛应用于加工制造、医学、各种运动模拟器等各个领域。但是很多实际应用场景，不需要采用六自由度，而且少自由度并联机构具有结构简单、成本低、易于控制等优点，尤其是两自由度并联机构，其在实际生产中应用越来越广泛。因此，为解决现有稳定跟踪平台的不足，本发明采用串并混联机构的思路设计一种新型的稳定跟踪平台，用于提高稳定跟踪平台的稳定性及承载能力。

发明内容

针对以上情况，本发明提供了一种基于2-RRPU+2-RPU/U两自由度并联机构的稳定跟踪平台，以解决现有技术存在的问题，提高稳定跟踪平台的承载能力、精度和响应速度。

本发明采用的技术方案是一种基于2-RRPU+2-RPU/U两自由度并联机构的稳定跟踪平台，其包括雷达、俯仰单元、回转单元和并联调姿单元，所述雷达设于所述俯仰单元的雷达底座上，且所述俯仰单元设于所述回转单元上，所述回转单元设于所述并联调姿单元上，且所述并联调姿单元包括上平台、主动RRPU支链、从动RPU支链、中间U支链、主动RPU支链、从动RRPU支链和下底座，所述主动RRPU支链包括第一万向铰、第一活塞杆、第一缸体、第一电机、第一转动副、第二转动副和第一连杆，所述第一活塞杆的第一端通过所述第一万向铰与所述上平台连接，且所述第一活塞杆的第二端滑动设于所述第一缸体的第一端中，所述第一缸体的第二端通过所述第一转动副与所述第一连杆的第一端连接，且所述第一连杆的第二端通过所述第二转动副与所述下底座连接，所述第一电机设于所述第一缸体上且能驱动所述第一活塞杆在所述第一缸体中移动，所述从动RPU支链包括第二万向铰、第二活塞杆、第一弹簧、第二连杆和第二转动副，所述第二活塞杆的第一端通过所述第二万向铰与所述上平台连接，且所述第二活塞杆的第二端滑动设于所述第二连杆的第一端，所述第一弹簧设于所述第二连杆的外侧，且所述第二活塞杆的第二端与所述第一弹簧固定连接，所述第二连杆的第二端通过所述第二转动副与所述下底座连接，所述中间U支链包括支柱万向铰和支柱杆，所述支柱杆的第一端通过所述支柱万向铰与所述上平台连接，且所述支柱杆的第二端与所述下底座连接，所述主动RPU支链包括第三万向铰、第三活塞杆、第三缸体、第二电机、第三连杆和第四转动副，所述第三活塞杆的第一端通过所述第三万向铰与所述上平台连接，且所述第三活塞杆的第二端滑动设于所述第三缸体的第一端中，所述第三缸体的第二端与所述第三连杆的第一端连接，且所述第三连杆的第二端通过所述第四转动副与所述下底座连接，所述第二电机设于所述第三缸体上且能驱动所述第三活塞杆在所述第三缸体中移动，所述从动RRPU支链包括第四万向铰、第四活塞杆、第二弹簧、第四连杆、第五转动副、第五连杆和第六转动副，所述第四活塞杆的第一端通过所述第四万向铰与所述上平台连接，且所述第四活塞杆的第二端滑动设于所述第四连杆的第一端，所述第二弹簧设于所述第四连杆的外侧，且所述第四活塞杆的第二端与所述第二弹簧固定连接，所述第四连杆的第二端通过所述第五转动副与所述第五连杆的第一端连接，且所述第五连杆的第二端通过所述第六转动副与所述下底座连接。

进一步地，所述俯仰单元包括第一俯仰轴组件、俯仰电机、雷达底座、减速齿轮组、俯仰下框架和第二俯仰轴组件，所述雷达底座设于所述俯仰下框架上，且所述雷达底座的第一端与所述俯仰下框架的第一端通过所述第一俯仰轴组件连接，所述雷达底座的第二端与所述俯仰下框架的第二端通过所述第二俯仰轴组件连接，且所述第二俯仰轴组件的俯仰轴通过联轴器与所述减速齿轮组的输出轴连接，所述减速齿轮组的输入轴通过联轴器与所述俯仰电机的输出轴连接，且所述俯仰电机固定设于所述俯仰下框架上。

优选地，所述第一俯仰轴组件包括俯仰主轴、俯仰轴承、垫片和回转编码器，所述俯仰主轴通过所述俯仰轴承支撑于所述雷达底座和俯仰下框架上，且所述俯仰主轴的一端设有所述垫片和回转编码器。

进一步地，所述回转单元包括回转架、回转电机、回转减速器组件和回转主轴，所述回转架设于所述俯仰下框架的下方，且所述回转架设于所述回转电机、回转减速器组件及所述回转主轴的外侧，所述回转电机的输出轴通过联轴器与所述回转减速器组件的输入轴连接，且所述回转减速器组件的输出轴通过联轴器与所述回转主轴的第一端连接，且所述回转主轴的第二端穿过所述回转架的顶部与所述俯仰下框架连接。

优选地，所述支柱万向铰中的第一支柱转动副轴线分别与所述第一万向铰中的第七转动副轴线以及所述第四万向铰中的第九转动副轴线平行，且所述支柱万向铰中的第二支柱转动副轴线与所述第二万向铰中的第十一转动副轴线以及所述第三万向铰中的第十三转动副轴线平行。

优选地，所述第一转动副轴线垂直于所述第二转动副轴线，所述第三转动副轴线平行于所述第四转动副轴线，所述第五转动副轴线垂直于所述第六转动副轴线。

优选地，所述第二转动副固定于所述下底座上，且所述第二转动副轴线经过所述支柱万向铰的中点，所述第六转动副固定于所述下底座上，且所述第六转动副轴线经过所述支柱万向铰的中点。

本发明的特点和有益效果是：

1、本发明提供的一种基于2-RRPU+2-RPU/U两自由度并联机构的稳定跟踪平台，采用串联与并联机构的混联结构，其中稳定平台由2-RRPU+2-RPU/U并联机构构成，跟踪平台由2R的串联机构构成，并联机构的稳定平台具有刚度大、精度高等特点，串联机构的跟踪平台具有质量轻、响应快、控制简便等特点，不仅解决了稳定跟踪平台的功能要求，而且可以实现较高的技术性能。

2、本发明提供的一种基于2-RRPU+2-RPU/U两自由度并联机构的稳定跟踪平台，其中稳定平台采用的并联调姿单元中，由于中间U支链约束着除两转动自由度以外的自由度，所以不含驱动的中间U支链承载主要的载荷，RRPU与RPU驱动支链负责驱动两转动自由度，因此，该机构设计具备驱动与承载分离的特点，在实现较大承载量前提下，也保证了机构的体型小巧。

3、本发明提供的一种基于2-RRPU+2-RPU/U两自由度并联机构的稳定跟踪平台，稳定平台中RRPU与RPU支链均采用少自由度支链，一方面少自由度支链可以与中间U支链实现对动平台的冗余约束，进一步提升了平台的承载能力，另一方面，少自由度支链的使用减少了支链的运动关节，可以降低驱动支链的累计误差，提升稳定平台的位置精度。

附图说明

图1是本发明基于2-RRPU+2-RPU/U两自由度并联机构的稳定跟踪平台的整体结构示意图；

图2是本发明的俯仰单元与回转单元结构示意图；

图3是本发明俯仰单元中第一俯仰轴组件的结构示意图；

图4是本发明的俯仰单元与回转单元内部结构示意图；

图5是本发明的并联调姿单元结构示意图；

图6是本发明的主动RRPU支链结构示意图；

图7是本发明的从动RPU支链结构示意图；

图8是本发明的中间U支链结构示意图；

图9是本发明的主动RPU支链结构示意图；

图10是本发明的从动RRPU支链结构示意图；

图11是本发明的并联调姿单元机构简图。

主要附图标记：

雷达1；俯仰单元2；第一俯仰轴组件21；俯仰主轴211；俯仰轴承212；垫片213；回转编码器214；俯仰电机22；雷达底座23；减速齿轮组24；俯仰下框架25；第二俯仰轴组件26；回转单元3；回转架31；回转电机32；回转减速器组件33；回转主轴34；并联调姿单元4；上平台41；主动RRPU支链42；第一万向铰421；第七转动副421Ra；第八转动副421Rb；第一活塞杆422；第一缸体423；第一电机424；第一转动副425；第二转动副426；第一连杆427；从动RPU支链43；第二万向铰431；第十一转动副431Rb；第十二转动副431Ra；第二活塞杆432；第一弹簧433；第二连杆434；第二转动副435；中间U支链44；支柱万向铰441；第一支柱转动副441Ra；第二支柱转动副441Rb；支柱杆442；主动RPU支链45；第三万向铰451；第十三转动副451Rb；第十四转动副451Ra；第三活塞杆452；第三缸体453；第二电机454；第三连杆455；第四转动副456；从动RRPU支链46；第四万向铰461；第九转动副461Ra；第十转动副461Rb；第四活塞杆462；第二弹簧463；第四连杆464；第五转动副465；第五连杆466；第六转动副467；下底座47。

具体实施方式

为详尽本发明之技术内容、结构特征、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。

本发明提供一种基于2-RRPU+2-RPU/U两自由度并联机构的稳定跟踪平台，如图1所示，其包括雷达1、俯仰单元2、回转单元3和并联调姿单元4，雷达1设于俯仰单元2的雷达底座23。

如图2所示，俯仰单元2设于回转单元3上，且俯仰单元2包括第一俯仰轴组件21、俯仰电机22、雷达底座23、减速齿轮组24、俯仰下框架25和第二俯仰轴组件26，雷达底座23设于俯仰下框架25上，且雷达底座23的第一端与俯仰下框架25的第一端通过第一俯仰轴组件21连接，雷达底座23的第二端与俯仰下框架25的第二端通过第二俯仰轴组件26连接，且第二俯仰轴组件26的俯仰轴通过联轴器与减速齿轮组24的输出轴连接，减速齿轮组24的输入轴通过联轴器与俯仰电机22的输出轴连接，且俯仰电机22固定设于俯仰下框架25上。

如图3所示，第一俯仰轴组件21包括俯仰主轴211、俯仰轴承212、垫片213和回转编码器214，俯仰主轴211通过俯仰轴承212支撑于雷达底座23和俯仰下框架25上，且俯仰主轴211的一端设有垫片213和回转编码器214，通过回转编码器214能检测俯仰单元2的俯仰角度。

如图4所示，回转单元3设于并联调姿单元4上，回转单元3包括回转架31、回转电机32、回转减速器组件33和回转主轴34，回转架31设于俯仰下框架25的下方，且回转架31设于回转电机32、回转减速器组件33及回转主轴34的外侧，回转电机32的输出轴通过联轴器与回转减速器组件33的输入轴连接，且回转减速器组件33的输出轴通过联轴器与回转主轴34的第一端连接，且回转主轴34的第二端穿过回转架31的顶部与俯仰下框架25连接。

如图5所示，并联调姿单元4包括上平台41、主动RRPU支链42、从动RPU支链43、中间U支链44、主动RPU支链45、从动RRPU支链46和下底座47。

如图6所示，主动RRPU支链42包括第一万向铰421、第一活塞杆422、第一缸体423、第一电机424、第一转动副425、第二转动副426和第一连杆427，第一活塞杆422的第一端通过第一万向铰421与上平台41连接，且第一活塞杆422的第二端滑动设于第一缸体423的第一端中，第一缸体423的第二端通过第一转动副425与第一连杆427的第一端连接，且第一连杆427的第二端通过第二转动副426与下底座47连接，第一电机424设于第一缸体423上且能驱动第一活塞杆422在第一缸体423中移动。

如图7所示，从动RPU支链43包括第二万向铰431、第二活塞杆432、第一弹簧433、第二连杆434和第二转动副435，第二活塞杆432的第一端通过第二万向铰431与上平台41连接，且第二活塞杆432的第二端滑动设于第二连杆434的第一端，第一弹簧433设于第二连杆434的外侧，且第二活塞杆432的第二端与第一弹簧433固定连接，第二连杆434的第二端通过第二转动副435与下底座47连接。

如图8所示，中间U支链44包括支柱万向铰441和支柱杆442，支柱杆442的第一端通过支柱万向铰441与上平台41连接，且支柱杆442的第二端与下底座47连接。

如图9所示，主动RPU支链45包括第三万向铰451、第三活塞杆452、第三缸体453、第二电机454、第三连杆455和第四转动副456，第三活塞杆452的第一端通过第三万向铰451与上平台41连接，且第三活塞杆452的第二端滑动设于第三缸体453的第一端中，第三缸体453的第二端与第三连杆455的第一端连接，且第三连杆455的第二端通过第四转动副456与下底座47连接，第二电机454设于第三缸体453上且能驱动第三活塞杆452在第三缸体453中移动。

如图10所示，从动RRPU支链46包括第四万向铰461、第四活塞杆462、第二弹簧463、第四连杆464、第五转动副465、第五连杆466和第六转动副467，第四活塞杆462的第一端通过第四万向铰461与上平台41连接，且第四活塞杆462的第二端滑动设于第四连杆464的第一端，第二弹簧463设于第四连杆464的外侧，且第四活塞杆462的第二端与第二弹簧463固定连接，第四连杆464的第二端通过第五转动副465与第五连杆466的第一端连接，且第五连杆466的第二端通过第六转动副467与下底座47连接。

如图11所示，支柱万向铰441中的第一支柱转动副441Ra轴线分别与第一万向铰421中的第七转动副421Ra轴线以及第四万向铰461中的第九转动副461Ra轴线平行，且第七转动副421Ra轴线与第八转动副421Rb轴线垂直，第九转动副461Ra轴线与第十转动副461Rb轴线垂直。支柱万向铰441中的第二支柱转动副441Rb轴线与第二万向铰431中的第十一转动副431Rb轴线以及第三万向铰451中的第十三转动副451Rb轴线平行，且第十一转动副431Rb轴线与第十二转动副431Ra轴线垂直,第十三转动副451Rb轴线与第十四转动副451Ra垂直。

优选地，第一转动副425轴线垂直于第二转动副426轴线，第三转动副435轴线平行于第四转动副456轴线，第五转动副465轴线垂直于第六转动副467轴线。

优选地，第二转动副426固定于下底座47上，且第二转动副426轴线经过支柱万向铰441的中点，第六转动副467固定于下底座47上，且第六转动副467轴线经过支柱万向铰441的中点。

本发明的具体操作步骤如下：

如图1～11所示，本发明的一种基于2-RRPU+2-RPU/U两自由度并联机构的稳定跟踪平台，其包括雷达1、俯仰单元2、回转单元3和并联调姿单元4，雷达1设于俯仰单元2的雷达底座23上，俯仰单元2设于回转单元3上，且回转单元3设于并联调姿单元4上，并联调姿单元4的上平台41和下底座47之间设有主动RRPU支链42、从动RPU支链43、中间U支链44、主动RPU支链45以及从动RRPU支链46。

在跟踪平台稳定运动过程中，首先启动主动RRPU支链42中的第一电机424带动第一缸体423沿第一活塞杆422上下运动，第一活塞杆422带动第一万向铰421转动，第一缸体423带动第一转动副425转动，第一转动副425带动第一连杆427运动，且第一连杆427带动第二转动副426转动。其次启动主动RPU支链45中的第二电机454带动第三缸体453沿第三活塞杆452上下运动，第三活塞杆452带动第三万向铰451转动，且第三缸体453与第三连杆455固连，进而第三连杆455带动第四转动副456转动，此时并联调姿单元4的上平台41第一万向铰421和第三万向铰451的带动下转动。进而上平台41带动第二万向铰431转动，第二万向铰431带动第二活塞杆432沿第二连杆434上下移动，第二活塞杆432带动第一弹簧433收缩和伸长，第二连杆434带动第二转动副435转动，同时上平台41带动中间U支链44中的支柱万向铰441转动，此外上平台41带动第四万向铰461转动，第四万向铰461带动第四活塞杆462沿第四连杆464上下移动，第四活塞杆462带动第二弹簧463收缩和伸长，第四连杆464带动第五转动副465转动，第五转动副465通过第五连杆466带动第六转动副467转动，继而实现上平台41的调姿。其次俯仰电机22通过减速齿轮组24带动第二俯仰轴组件26转动，从而实现雷达底座23相对俯仰下框架25的转动，从而实现雷达1的俯仰运动。回转电机32通过带动回转减速器组件33实现回转主轴34的转动，从而实现雷达1的回转运动。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于2-RRPU+2-RPU/U两自由度并联机构的稳定跟踪平台，其特征在于，其包括雷达、俯仰单元、回转单元和并联调姿单元，

所述雷达设于所述俯仰单元的雷达底座上，且所述俯仰单元设于所述回转单元上，所述回转单元设于所述并联调姿单元上，且所述并联调姿单元包括上平台、主动RRPU支链、从动RPU支链、中间U支链、主动RPU支链、从动RRPU支链和下底座，所述中间U支链设于所述下底座的中心处，且所述主动RRPU支链、从动RPU支链、从动RRPU支链及主动RPU支链对称均布设于所述下底座的圆周方向，所述主动RRPU支链包括第一万向铰、第一活塞杆、第一缸体、第一电机、第一转动副、第二转动副和第一连杆，所述第一活塞杆的第一端通过所述第一万向铰与所述上平台连接，且所述第一活塞杆的第二端滑动设于所述第一缸体的第一端中，所述第一缸体的第二端通过所述第一转动副与所述第一连杆的第一端连接，且所述第一连杆的第二端通过所述第二转动副与所述下底座连接，所述第一电机设于所述第一缸体上且能驱动所述第一活塞杆在所述第一缸体中移动，所述从动RPU支链包括第二万向铰、第二活塞杆、第一弹簧、第二连杆和第二转动副，所述第二活塞杆的第一端通过所述第二万向铰与所述上平台连接，且所述第二活塞杆的第二端滑动设于所述第二连杆的第一端，所述第一弹簧设于所述第二连杆的外侧，且所述第二活塞杆的第二端与所述第一弹簧固定连接，所述第二连杆的第二端通过所述第二转动副与所述下底座连接，所述中间U支链包括支柱万向铰和支柱杆，所述支柱杆的第一端通过所述支柱万向铰与所述上平台连接，且所述支柱杆的第二端与所述下底座连接，所述主动RPU支链包括第三万向铰、第三活塞杆、第三缸体、第二电机、第三连杆和第四转动副，所述第三活塞杆的第一端通过所述第三万向铰与所述上平台连接，且所述第三活塞杆的第二端滑动设于所述第三缸体的第一端中，所述第三缸体的第二端与所述第三连杆的第一端连接，且所述第三连杆的第二端通过所述第四转动副与所述下底座连接，所述第二电机设于所述第三缸体上且能驱动所述第三活塞杆在所述第三缸体中移动，所述从动RRPU支链包括第四万向铰、第四活塞杆、第二弹簧、第四连杆、第五转动副、第五连杆和第六转动副，所述第四活塞杆的第一端通过所述第四万向铰与所述上平台连接，且所述第四活塞杆的第二端滑动设于所述第四连杆的第一端，所述第二弹簧设于所述第四连杆的外侧，且所述第四活塞杆的第二端与所述第二弹簧固定连接，所述第四连杆的第二端通过所述第五转动副与所述第五连杆的第一端连接，且所述第五连杆的第二端通过所述第六转动副与所述下底座连接。

2.根据权利要求1所述的基于2-RRPU+2-RPU/U两自由度并联机构的稳定跟踪平台，其特征在于，所述俯仰单元包括第一俯仰轴组件、俯仰电机、雷达底座、减速齿轮组、俯仰下框架和第二俯仰轴组件，所述雷达底座设于所述俯仰下框架上，且所述雷达底座的第一端与所述俯仰下框架的第一端通过所述第一俯仰轴组件连接，所述雷达底座的第二端与所述俯仰下框架的第二端通过所述第二俯仰轴组件连接，且所述第二俯仰轴组件的俯仰轴通过联轴器与所述减速齿轮组的输出轴连接，所述减速齿轮组的输入轴通过联轴器与所述俯仰电机的输出轴连接，且所述俯仰电机固定设于所述俯仰下框架上。

3.根据权利要求2所述的基于2-RRPU+2-RPU/U两自由度并联机构的稳定跟踪平台，其特征在于，所述第一俯仰轴组件包括俯仰主轴、俯仰轴承、垫片和回转编码器，所述俯仰主轴通过所述俯仰轴承支撑于所述雷达底座和俯仰下框架上，且所述俯仰主轴的一端设有所述垫片和回转编码器。

4.根据权利要求1所述的基于2-RRPU+2-RPU/U两自由度并联机构的稳定跟踪平台，其特征在于，所述回转单元包括回转架、回转电机、回转减速器组件和回转主轴，所述回转架设于所述俯仰下框架的下方，且所述回转架设于所述回转电机、回转减速器组件及所述回转主轴的外侧，所述回转电机的输出轴通过联轴器与所述回转减速器组件的输入轴连接，且所述回转减速器组件的输出轴通过联轴器与所述回转主轴的第一端连接，且所述回转主轴的第二端穿过所述回转架的顶部与所述俯仰下框架连接。

5.根据权利要求1所述的基于2-RRPU+2-RPU/U两自由度并联机构的稳定跟踪平台，其特征在于，所述支柱万向铰中的第一支柱转动副轴线分别与所述第一万向铰中的第七转动副轴线以及所述第四万向铰中的第九转动副轴线平行，且所述支柱万向铰中的第二支柱转动副轴线与所述第二万向铰中的第十一转动副轴线以及所述第三万向铰中的第十三转动副轴线平行。

6.根据权利要求1所述的基于2-RRPU+2-RPU/U两自由度并联机构的稳定跟踪平台，其特征在于，所述第一转动副轴线垂直于所述第二转动副轴线，第三转动副轴线平行于所述第四转动副轴线，所述第五转动副轴线垂直于所述第六转动副轴线。

7.根据权利要求1所述的基于2-RRPU+2-RPU/U两自由度并联机构的稳定跟踪平台，其特征在于，所述第二转动副固定于所述下底座上，且所述第二转动副轴线经过所述支柱万向铰的中点，所述第六转动副固定于所述下底座上，且所述第六转动副轴线经过所述支柱万向铰的中点。