CN115126817A - 一种自平衡减振机构及运输工具 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种自平衡减振机构及运输工具。自平衡减振机构用于为运输工具提供减振安装平台，包括下平台、上平台、并联设置的4条主动减振支链和1条被动减振支链；主动减振支链均为UPS支链，且其P副均包括直线驱动器；被动减振支链构成UP支链；其中，主动减振支链和被动减振支链的U副的其中一个转轴共面并相互平行设置、其中另一个转轴具有相互平行的状态，主动减振支链的U副位于一第一矩形的顶点、S副位于一第二矩形的顶点。被动减振支链的U副位于第一矩形的中心、远离U副的一端位于第二矩形内部，使上平台具有横滚自由度、俯仰自由度和上下平动自由度。运输工具包括上述自平衡减振机构。本申请结构简单、容易控制。

Description

一种自平衡减振机构及运输工具

技术领域

本申请涉及平衡减振装置技术领域，尤其涉及一种自平衡减振机构及运输工具。

背景技术

自平衡减振机构用于对运载设备在行驶过程中的颠簸、加速、刹车等引起的惯性转动和惯性位移进行实时自动补偿，从而使自平衡减振机构上的物品、人员等处于平稳状态，减少运输过程中的风险。现有自平衡减振机构中，经常采用主动减振和阻尼减振串联的构型，从而结合主动减振的低频减振功能和阻尼减振器的高频减振功能。但是串联构型需要在主动减振机构上叠加阻尼减振结构，必然存在体积较大的问题；同时其阻尼减振结构低频刚度很低，还存在平衡角度无法准确控制的问题。

为此申请人提出了公告号为CN215705518U的一种主动减振机构和阻尼减震器并联的主动悬架系统，实现了四自由度的主被动减振功能。但是该技术方案还存在以下不足之处：为每个主动减振机构并联一个阻尼减振器时，在较高振动频率范围容易出现阻尼减振器和主动减振机构之间的相互干扰，使减振控制难度增加；主动减振自由度较多时，也难以实现较高的控制精度，算法设计较复杂、计算量大、有效的主动减振频率不容易提高。

发明内容

针对现有技术存在的以上不足之处，本申请的目的在于提供一种自由度设置更加简单、主被动减振机构之间干扰更小、容易实现更高控制精度的自平衡减振机构及基于该自平衡减振机构的运输工具。

为了实现上述目的，本申请提供了以下技术方案。

一种自平衡减振机构，用于为运输工具提供减振安装平台，包括：下平台，用于构成基准平台；上平台，用于构成所述减振安装平台；4条主动减振支链和1条被动减振支链，并联于所述下平台和所述上平台之间；所述主动减振支链均为UPS支链，且其P副均包括直线驱动器；所述被动减振支链构成UP支链，且其P副的滑动方向上设有阻尼减振结构；其中，所述主动减振支链和所述被动减振支链的U副的其中一个转轴共面并相互平行设置、其中另一个转轴具有相互平行的状态，所述主动减振支链的U副位于一第一矩形的顶点、S副位于一第二矩形的顶点，所述被动减振支链的U副位于所述第一矩形的中心、远离U副的一端位于所述第二矩形内部，使所述上平台具有以第一方向为转轴的横滚自由度、以第二方向为转轴的俯仰自由度和上下平动自由度。

在一些实施方式中，所述被动减振支链包括依次连接的第一虎克铰和套筒减振器，所述套筒减振器构成所述阻尼减振结构；所述套筒减振器包括导套和导柱，所述导套和所述导柱之间设有周向限位结构，所述周向限位结构限制所述导柱和所述导套之间的周向旋转，使所述套筒减震器还构成所述被动减振支链的P副。

在一些实施方式中，所述被动减振支链包括第一虎克铰、连接平台、导套、导柱和阻尼器，所述阻尼器构成所述阻尼减振结构；所述导套和所述导柱构成所述被动减振支链的P副，所述第一虎克铰的一端固定至所述连接平台的一个端面，所述导套和所述导柱构成的P副、所述阻尼器并联设置于所述连接平台的另一个端面。

在一些实施方式中，所述导套的一端固定至所述连接平台，所述阻尼器的数量为多个，沿所述导套的周向围绕所述导套均匀设置。

在一些实施方式中，所述导套沿轴向设置有若干导槽，若干所述导槽沿周向均匀分布；所述导柱沿周向设置有若干限位部，所述限位部与所述导槽匹配设置，构成所述导柱和所述导套之间的周向限位结构；所述阻尼器为套筒减震器，数量为4个，其中2个所述阻尼器沿所述第一方向设置于所述导套的两侧、另外2个所述阻尼器沿所述第二方向设置于所述导套的两侧。

在一些实施方式中，所述主动减振支链包括依次连接的第二虎克铰、所述直线驱动器和第一球铰，所述第二虎克铰的一端固定至所述下平台，所述第一球铰的一端固定至所述上平台。

在一些实施方式中，所述第一矩形的长度方向构成所述第一方向、宽度方向构成所述第二方向；所述第一矩形的长度和宽度分别大于所述第二矩形的长度和宽度。

在一些实施方式中，所述上平台设置有滑动台面、滑轨和锁止机构，所述滑轨固定设置，所述滑动台面沿所述第一方向滑动设置于所述滑轨上，所述锁止机构用于将所述滑动台面锁止于所述滑轨上。

在一些实施方式中，所述第一虎克铰的一端固定至所述下平台，所述导柱的上端固定至所述上平台，且位于所述第一矩形的中心和所述第二矩形的中心的连线上；所述阻尼器的一端固定至所述连接平台且另一端固定至所述上平台，或，所述阻尼器的一端固定至所述连接平台且另一端为悬置端，在所述被动减振支链的P副的行程范围内，所述悬置端具有接触所述上平台的被动减振状态和离开所述上平台的悬置状态。

本申请还提供了一种运输工具，包括舱体和前述的任一种自平衡减振机构，所述下平台固定至所述舱体，所述第一方向沿所述运输工具的纵向或横向设置。

本申请的各个实施例具有以下技术效果中的至少一种：

1.通过将自平衡减振机构的自由度设为三个，并相互解耦，使机构易于控制，同时仍能为大多数工况提供足够的主被动减振功能；

2.通过设置相对独立的被动减振支链，并远离主动减振支链设置，使主动减振支链不易受到干扰，容易提高主动减振支链的控制精度；

3.通过带有周向限位结构的套筒减振器同时构成被动减振支链的P副和阻尼减振结构，可使机构结构紧凑；

4.通过将被动减振支链的P副和阻尼减振结构分开设置，可以利用现有的套筒阻尼减震器，设计较简单，同时可以设置多个阻尼减振器，提高减振效果；

5.通过设置第一矩形和第二矩形的尺寸，使初始状态下相邻主动减振支链均构成下宽上窄的梯形结构，使机构的结构稳定性更高，在上平台载重的情况下也更容易实现稳定控制；

6.通过将被动减振支链的阻尼器设置成可悬置，使机构可在纯主动减振、纯被动减振和主被动减振工作模式之间切换。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对本发明的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是自平衡减振机构的一个实施例的立体图；

图2是图1实施例的侧视图；

图3是图1实施例的正视图；

图4是图1实施例的主动减振支链的示意图；

图5是图1实施例的被动减振支链的示意图；

图6是图1实施例的横滚自由度示意图；

图7是图1实施例的俯仰自由度示意图；

图8是图1实施例的上下平动自由度示意图；

图9是图1实施例的滑动台面工作状态示意图；

附图标号说明：

1.上平台，2.下平台，3.主动减振支链，4.被动减振支链，5.滑动台面，31.第二虎克铰，32.直线驱动器，33.第一球铰，41.第一虎克铰，42.导套，43.阻尼器，44.导柱，45.连接平台。

具体实施方式

为了更清楚地说明本申请的实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本申请的具体实施方式。下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本申请相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例一。本申请的自平衡减振机构用于为运输工具提供减振安装平台，以对减振安装平台上的物品或者人员提供主被动减振功能，从而提高运输过程中的安全性和舒适性。如图1所示，本实施例包括上平台1、下平台2、4条主动减振支链3和1条被动减振支链4。下平台2用于构成整个机构的基准平台；上平台1用于构成物品或人员的减振安装平台。其中主动支链3和被动支链4并联于下平台2和上平台1之间。

如图4所示，主动减振支链3均为UPS支链，且其P副均包括直线驱动器32；如图5所示，被动减振支链4构成UP支链，且其P副的滑动方向上设有阻尼减振结构。其中，如图1-3所示，主动减振支链3和被动减振支链4的共5个U副的其中一个转轴共面并相互平行设置、5个U副的另一个转轴具有相互平行的状态，且主动减振支链3的U副位于一第一矩形的顶点、S副位于一第二矩形的顶点；被动减振支链4的U副位于该第一矩形的中心、被动支链4远离U副的一端位于第二矩形内部。如图6所示，上述设置使上平台1具有以第一方向为转轴的横滚自由度，第一方向即图6中垂直于画面的方向，也是本实施例的呈矩形的下平台2的纵向；如图7所示，上平台1还具有以第二方向为转轴的俯仰自由度，第二方向为图7中垂直于画面的方向，第二方向垂直于第一方向，也是本实施例的下平台2的横向。如图8所示，上平台1还具有上下平动自由度。

其中第一矩形即4条主动减振支链3下端构成的矩形，第二矩形即4条主动减振支链3上端构成的矩形。当被动减振支链4的U副位于第一矩形的中心，且5条支链的U副的一个转轴平行设置时，使上平台1始终具有解耦的横滚自由度，可从图6中直观地理解。5个U副的另一个转轴至少在某一状态下也相互平行，例如本实施例在图1-3的本实施例的初始状态，上平台1未装载重量，4个主动减振支链3使上平台1和下平台2平行且对中。此时的5个U副的另一个转轴均沿第二方向相互平行。但如图6所示，当各个主动减振支链3处于不同运行状态时，5个U副的另一个转轴不一定相互平行。

在图1-3所示的本实施例的初始状态，第一矩形和第二矩形的长边和短边相互平行。由于被动减振支链4的U副位于第一矩形的中心点，且其一个转轴和主动减振支链3的U副的一个转轴平行设置，因此上平台1还具有解耦的俯仰自由度，可从图7直观地理解。同时通过4个主动减振支链3的协同工作，以及被动减振支链4的P副的设置，也很容易控制上平台1的上下平动自由度，实现上平台1在3个自由度上的主动减振，且控制简单、计算量小，易于实现较高频率的精确控制。

由于上平台1和下平台2的运动是相对的，因此作为本实施例的变化方式，也可将图1-3中的4个主动减振支链3和1个被动减振支链4上下倒过来布置，即将第一矩形设置于上平台1，将第二矩形设置于下平台2，可实现类似的功能，可根据具体需要选用。

为了简洁起见，本申请中用字母来代表主动减振支链3、被动件减振支链4的设置以及具体采用的运动副，其中U副指的是具有两个旋转自由度的转动副，例如虎克铰；S副指的是具有3个自由度的转动副，例如球铰；P副指的是具有1个平动自由度的滑动副。

实施例二。在实施例一的基础上，本实施例提供被动减振支链4的一种具体设置方式。参考图5，本实施例的被动减振支链4包括依次连接的第一虎克铰41和套筒减振器，套筒减振器构成被动减振支链4的阻尼减振结构；套筒减振器包括导套42和导柱44，导套42和导柱44之间设有周向限位结构，该周向限位结构限制导柱44和导套42之间的周向旋转，使套筒减震器还构成被动减振支链4的P副。也就是说，被动减振支链4由第一虎克铰41和一个带有周向限位结构的套筒减震器构成，因此其尺寸紧凑，适于设置较小尺寸的自平衡减振机构。

实施例三。在实施例一的基础上，本实施例提供被动减振支链4的另一种具体设置方式。如图5所示，本实施例的被动减振支链4包括第一虎克铰41、连接平台45、导套42、导柱44和阻尼器43，阻尼器43构成被动减振支链4的阻尼减振结构。导套42和导柱44构成被动减振支链4的P副，第一虎克铰41的一端固定至连接平台45的下端面，导套42和导柱44构成的P副和阻尼器43并联设置于连接平台45的上端面。

导套42的一端固定至连接平台45，阻尼器43的数量为多个，沿导套42的周向围绕导套42均匀设置。导套42沿轴向延伸设置有若干导槽，这些导槽沿周向均匀分布；导柱44沿周向设置有若干限位部，这些限位部与导套42的导槽匹配设置，构成导柱44和导套42之间的周向限位结构，从而限制导柱44在周向的旋转自由度。本实施例的第一虎克铰41的下端连接至下平台2，导柱44的上端连接至上平台1。

本实施例的阻尼器43为套筒减震器，包括弹簧和液压阻尼器，数量为4个，其中2个阻尼器43沿第一方向设置于导套42的前后两侧、另外2个阻尼器43沿第二方向设置于导套42的左右两侧。本实施例的设置可使多个阻尼器43均匀承担被动减振功能，并在主动减振支链3未上电时也能可靠支撑上平台1，并在主动减振支链3设为随动状态时使整个机构转化为纯被动减振状态。

作为本实施例的变化方式，阻尼器43也可仅设置1-3个，或者设置更多个；由于各个阻尼器43的运动学关系相同，即它们在实际工作时的压缩量始终相同，因此其位置也可适当灵活调整。导套42、导柱44的位置关系也可对调，整个被动减振支链4也可随主动减振支链3倒置。

实施例四。上述实施例的基础上，本实施例提供主动减振支链3的一种具体实现方式。如图4所示，本实施例的主动减振支链3包括依次连接的第二虎克铰31、直线驱动器32和第一球铰33，第二虎克铰31的下端固定至下平台2，第一球铰33的上端固定至上平台1。此时所有主动减振支链3和被动减振支链4的U副即第一虎克铰41和第二虎克铰31的一端均固定于下平台2。直线驱动器32为电动缸，且电动缸的缸体一侧连接第二虎克铰31、推杆一侧连接第一球铰33，以减轻整个自平衡减振机构的簧上质量。

实施例五。在实施例四的基础上，本实施例的第一矩形的长度方向构成第一方向、宽度方向构成第二方向；且第一矩形的长度和宽度分别大于第二矩形的长度和宽度。参见实施例一中的说明，本实施例的第一矩形指的是4个第二虎克铰31构成的矩形，第二矩形指的是4个第一球副33构成的矩形。上述设置使初始状态下任意两条主动减振支链3均构成下宽上窄的梯形结构，使机构的结构稳定性更高，在上平台1载重的情况下也更容易实现稳定控制。

实施例六。在以上各实施例的基础上，如图1和图9所示，本实施例的上平台1上设置有滑动台面5、滑轨和锁止机构，滑轨固定设置，滑动台面沿第一方向滑动设置于滑轨上，锁止机构用于将滑动台面锁止于滑轨上。滑动台面5、滑轨、锁止机构的具体结构均为现有技术，在此不再详述。在实际应用于运输工具时，可在装载操作时将滑动台面5伸出至运输工具的舱体外，以便于装载人员或物品，并在装载完毕后将滑动台面收回并锁止至上平台1。在卸载操作时也可类似地控制滑动台面5的移动。装卸载时还可通过直线驱动器32调整上平台1的俯仰角度，使滑动台面5易于移动，或可将滑动台面5伸出搭设至不同高度的转运工具上，实现无缝对接，以便将人员或物品安全转运。

实施例七。在以上实施例的基础上，本实施例提供被动减振支链4的一种特殊设置方式。如图5和图8所示，第一虎克铰41的下端固定至下平台2，导柱44的上端固定至上平台1，且位于第一矩形的中心和第二矩形的中心的连线上；此时的自平衡减振机构在初始状态呈前后左右对称的状态，可作为优选设置方式。

在前述的各实施例中，阻尼器43的下端均固定至连接平台45且上端固定至上平台1，即阻尼器43的两端始终处于连接状态。但是本实施例的阻尼器43的下端固定至连接平台45，但上端为悬置端，在被动减振支链4的P副的行程范围内，即图5中的导套42和导柱44的滑动行程范围内，阻尼器43的悬置端具有接触上平台1的被动减振状态和离开上平台1的悬置状态。此时各主动减振支链3的直线驱动器32的行程也相应地设置，通过调整直线驱动器32的行程，可使上平台1升高，使阻尼器43的上端和上平台1脱开，此时整个自平衡减振机构转化为一个纯主动减振的机构，适用于运输工具运行平稳，高频振动分量很少的应用场合，例如船舶平稳行驶的工况。当需要切入阻尼器43时，可降低上平台1，利用上平台1及其所载重量将上平台1压合至阻尼器43上，使阻尼器43的弹簧具有一定的压缩量，从而在振动过程中使阻尼器43的上端保持压合至上平台1。该工作状态适用于运输工具运行时经常出现高频小振幅振动的应用场景。通过控制直线驱动器32，可实现上述两种工作状态的随时切换。

实施例八。本实施例为一种运输工具，包括舱体和前述任一实施例的自平衡减振机构。下平台2固定至舱体，自平衡减振机构的第一方向沿运输工具的纵向或横向设置。纵向指正常行驶时的前进方向，第一方向沿前进方向，或者垂直前进方向设置，使自平衡减振机构可以对行驶过程中出现的横滚、俯仰和上下振动进行主被动减振。运输工具可为汽车、轨道车辆、船舶、飞机等。

上述仅为本申请的较佳实施例及所运用的技术原理，在不脱离本申请构思的情况下，还可以进行各种明显的变化、重新调整和替代。本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点和功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神的情况下进行各种修饰或改变。在不冲突的情况下，以上实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (10)

1.一种自平衡减振机构，用于为运输工具提供减振安装平台，其特征在于，包括：

下平台，用于构成基准平台；

上平台，用于构成所述减振安装平台；

4条主动减振支链和1条被动减振支链，并联于所述下平台和所述上平台之间；所述主动减振支链均为UPS支链，且其P副均包括直线驱动器；所述被动减振支链构成UP支链，且其P副的滑动方向上设有阻尼减振结构；

其中，所述主动减振支链和所述被动减振支链的U副的其中一个转轴共面并相互平行设置、其中另一个转轴具有相互平行的状态，所述主动减振支链的U副位于一第一矩形的顶点、S副位于一第二矩形的顶点，所述被动减振支链的U副位于所述第一矩形的中心、远离U副的一端位于所述第二矩形内部，使所述上平台具有以第一方向为转轴的横滚自由度、以第二方向为转轴的俯仰自由度和上下平动自由度。

2.根据权利要求1所述的自平衡减振机构，其特征在于，

所述被动减振支链包括依次连接的第一虎克铰和套筒减振器，所述套筒减振器构成所述阻尼减振结构；

所述套筒减振器包括导套和导柱，所述导套和所述导柱之间设有周向限位结构，所述周向限位结构限制所述导柱和所述导套之间的周向旋转，使所述套筒减震器还构成所述被动减振支链的P副。

3.根据权利要求1所述的自平衡减振机构，其特征在于，

所述被动减振支链包括第一虎克铰、连接平台、导套、导柱和阻尼器，所述阻尼器构成所述阻尼减振结构；

所述导套和所述导柱构成所述被动减振支链的P副，所述第一虎克铰的一端固定至所述连接平台的一个端面，所述导套和所述导柱构成的P副、所述阻尼器并联设置于所述连接平台的另一个端面。

4.根据权利要求3所述的自平衡减振机构，其特征在于，

所述导套的一端固定至所述连接平台，所述阻尼器的数量为多个，沿所述导套的周向围绕所述导套均匀设置。

5.根据权利要求4所述的自平衡减振机构，其特征在于，

所述导套沿轴向设置有若干导槽，若干所述导槽沿周向均匀分布；所述导柱沿周向设置有若干限位部，所述限位部与所述导槽匹配设置，构成所述导柱和所述导套之间的周向限位结构；

所述阻尼器为套筒减震器，数量为4个，其中2个所述阻尼器沿所述第一方向设置于所述导套的两侧、另外2个所述阻尼器沿所述第二方向设置于所述导套的两侧。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的自平衡减振机构，其特征在于，

所述主动减振支链包括依次连接的第二虎克铰、所述直线驱动器和第一球铰，所述第二虎克铰的一端固定至所述下平台，所述第一球铰的一端固定至所述上平台。

7.根据权利要求6所述的自平衡减振机构，其特征在于，

所述第一矩形的长度方向构成所述第一方向、宽度方向构成所述第二方向；

所述第一矩形的长度和宽度分别大于所述第二矩形的长度和宽度。

8.根据权利要求6所述的自平衡减振机构，其特征在于，

所述上平台设置有滑动台面、滑轨和锁止机构，所述滑轨固定设置，所述滑动台面沿所述第一方向滑动设置于所述滑轨上，所述锁止机构用于将所述滑动台面锁止于所述滑轨上。

9.根据权利要求3至5中任一项所述的自平衡减振机构，其特征在于，

所述第一虎克铰的一端固定至所述下平台，所述导柱的上端固定至所述上平台，且位于所述第一矩形的中心和所述第二矩形的中心的连线上；

所述阻尼器的一端固定至所述连接平台且另一端固定至所述上平台，或，所述阻尼器的一端固定至所述连接平台且另一端为悬置端，在所述被动减振支链的P副的行程范围内，所述悬置端具有接触所述上平台的被动减振状态和离开所述上平台的悬置状态。

10.一种运输工具，其特征在于，

包括舱体和权利要求1至9中任一项所述的自平衡减振机构，所述下平台固定至所述舱体，所述第一方向沿所述运输工具的纵向或横向设置。

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