CN117001610B - 一种六自由度运动平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种六自由度运动平台，属于多自由度运动平台技术领域，包括旋转底座、旋转台、运动机构和平台，旋转台转动设置在旋转底座上，运动机构设置在旋转台上，平台与运动机构活动连接；旋转台的底部设置有凸环，凸环内设置有空腔，空腔内设置有滚珠和弹簧；旋转底座上设置有与凸环相互配合的轨道，轨道的两侧设置有辊轮，轨道的底部设置有与滚珠配合的滚珠滑道；本发明通过由垂向气缸、角度气缸和伸缩气缸组成的运动机构可以执行平台在空间六个自由度的运动，通过将常见的单气缸分解设置成多个气缸组成的运动结构可以提高动作执行时的平缓性和连贯性，使动作的完成更加顺畅和丝滑，该设计可以大大提高该运动平台的作业效率和效果。

Description

一种六自由度运动平台

技术领域

本发明涉及多自由度运动平台技术领域，具体是一种六自由度运动平台。

背景技术

物体在空间具有六个自由度，即沿x、y、z三个直角坐标轴方向的移动自由度和绕这三个坐标轴的转动自由度。六自由度运动平台是借助多个作动筒的伸缩运动，完成上平台在空间六个自由度（X，Y，Z，α，β，γ）的运动，从而可以模拟出各种空间运动姿态。可广泛应用到各种训练模拟器如飞行模拟器、舰艇模拟器、海军直升机起降模拟平台、坦克模拟器、汽车驾驶模拟器、火车驾驶模拟器、地震模拟器以及动感电影、娱乐设备等领域，甚至可用到空间宇宙飞船的对接，空中加油机的加油对接中。在加工业可制成六轴联动机床、灵巧机器人等。

但是现有的六自由度运动平台结构简单，行程单一，执行动作命令时的运动不平缓，而且无法对运动平台进行整体旋转。因此，针对以上现状，迫切需要开发一种六自由度运动平台，以克服当前实际应用中的不足。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决现有的六自由度运动平台结构简单，行程单一，执行动作命令时的运动不平缓，而且无法对运动平台进行整体旋转等问题，提供一种六自由度运动平台。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种六自由度运动平台，包括旋转底座、旋转台、运动机构和平台，所述旋转台转动设置在所述旋转底座上，所述运动机构设置在所述旋转台上，所述平台与所述运动机构活动连接；所述旋转台的底部设置有凸环，所述凸环内设置有空腔，所述空腔内设置有滚珠和弹簧；所述旋转底座上设置有与所述凸环相互配合的轨道，所述轨道的两侧设置有辊轮，所述轨道的底部设置有与所述滚珠配合的滚珠滑道；所述运动机构由垂向气缸、角度气缸和伸缩气缸组成，所述垂向气缸通过安装座转动设置在所述旋转台上。

作为本发明再进一步的方案：所述垂向气缸的两侧与转动齿圈固定连接，所述旋转台上还转动设置有与所述转动齿圈相互啮合的转向齿轮，所述转向齿轮与外部电机连接。

作为本发明再进一步的方案：所述垂向气缸的顶部设置有滑台，所述滑台滑动设置在所述垂向气缸的内侧，所述垂向气缸的内侧设置有滑动槽，所述滑台的内侧设置有T型滑块，所述T型滑块在所述滑动槽内滑动。

作为本发明再进一步的方案：所述滑台上固定设置有垂向气缸转动座，所述伸缩气缸转动设置在所述垂向气缸转动座上，所述角度气缸的两侧分别与所述垂向气缸和伸缩气缸连接。

作为本发明再进一步的方案：所述伸缩气缸的底部设置有固定座，所述固定座上固定设置有转台，所述角度气缸的顶部设置有角度气缸转动座，所述角度气缸转动座与所述转台转动连接，所述角度气缸的底部固定安装在所述垂向气缸的侧面。

作为本发明再进一步的方案：所述伸缩气缸的顶部设置有伸缩气缸转动座，所述平台的底部设置有多个万向座，所述万向座底部设置有平台转动座，所述伸缩气缸转动座与所述平台转动座转动连接。

作为本发明再进一步的方案：所述旋转底座的底部与从动轮活动连接，所述从动轮通过皮带与主动轮配合连接，所述主动轮转动设置在所述旋转底座的底部；所述从动轮与转轴固定连接，所述转轴与设置在所述旋转台中心位置的转轴腔配合连接。

作为本发明再进一步的方案：所述主动轮与旋转电机连接，所述辊轮和转向齿轮均与外部驱动设备连接。

作为本发明再进一步的方案：所述运动机构设置有六组，所述运动机构均匀分布在所述旋转台上。

作为本发明再进一步的方案：所述旋转底座、旋转台和运动机构的中部均为镂空结构。

作为本发明再进一步的方案：所述平台的周围设置有安全围栏。

作为本发明再进一步的方案：所述安装座贯穿所述旋转台。

作为本发明再进一步的方案：所述万向座与外部电机连接。

作为本发明再进一步的方案：所述滚珠在所述弹簧的作用下伸出所述凸环。

作为本发明再进一步的方案：通过双动力结构驱动所述旋转台2在所述旋转底座1上旋转。

本发明通过改进在此提供一种六自由度运动平台，与现有技术相比，具有如下改进及优点：

其一：本发明通过由垂向气缸、角度气缸和伸缩气缸组成的运动机构可以执行平台在空间六个自由度的运动，从而进一步可以模拟出各种空间运动姿态。通过将常见的单气缸分解设置成多个气缸组成的运动结构可以提高动作执行时的平缓性和连贯性，使动作的完成更加顺畅和丝滑，该设计可以大大提高该六自由度运动平台的作业效率和效果，并进一步减少了时间成本和试验体验。

其二：本发明通过行旋转底座可以使旋转台进行360度自由旋转，并且通过凸环和滚珠的设计可以大大减小摩擦力，使旋转台在转动的过程中更加丝滑。除此之外，通过旋转电机和驱动辊轮运动的外部驱动设备的相互配合，可以使旋转底座通过双动力机构驱动旋转台转动，该设计大大提高了该六自由度运动平台的运动能力和旋转效果。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步解释:

图1是本发明结构的主视图；

图2是本发明的仰视爆炸图；

图3是本发明的图2中A处的结构放大图；

图4是本发明中旋转底座的俯视图；

图5是本发明中凸环的剖面图；

图6是本发明中旋转台的仰视图；

图7是本发明的图6中B处的结构放大图；

图8是本发明中垂向气缸的主视图；

图9是本发明中旋转台的侧视图；

图10是本发明的图9中C处的结构放大图。

附图标记说明：

1、旋转底座；101、主动轮；102、从动轮；103、皮带；104、轨道；105、辊轮；106、滚珠滑道；107、转轴；2、旋转台；201、凸环；202、滚珠；203、弹簧；204、空腔；205、安装座；206、转轴腔；3、运动机构；301、垂向气缸；302、角度气缸；303、伸缩气缸；304、转向齿轮；305、转动齿圈；306、滑台；307、垂向气缸转动座；308、滑动槽；309、T型滑块；310、角度气缸转动座；311、固定座；312、转台；313、伸缩气缸转动座；4、平台；401、万向座；402、平台转动座。

具体实施方式

下面将结合附图1至图10对本发明进行详细说明，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明通过改进在此提供一种六自由度运动平台，如图1-图10所示，一种六自由度运动平台，包括旋转底座1、旋转台2、运动机构3和平台4，旋转台2转动设置在旋转底座1上，运动机构3设置在旋转台2上，平台4与运动机构3活动连接；旋转台2的底部设置有凸环201，凸环201内设置有空腔204，空腔204内设置有滚珠202和弹簧203；旋转底座1上设置有与凸环201相互配合的轨道104，轨道104的两侧设置有辊轮105，轨道104的底部设置有与滚珠202配合的滚珠滑道106；运动机构3由垂向气缸301、角度气缸302和伸缩气缸303组成，垂向气缸301通过安装座205转动设置在旋转台2上。

在本实施例中：该六自由度运动平台主要分为四个部分：旋转底座1、旋转台2、运动机构3和平台4。该六自由度运动平台在使用时，六个垂向气缸301可以带动滑台306在垂向上自由滑动，并且可以各自独立运动。而且，通过角度气缸302可以自由独立调整每一个伸缩气缸303与垂向气缸301之间的转动角度，六个伸缩气缸303与平台4活动连接，并且六个伸缩气缸303可以自由独立伸长或者缩短。除此之外，每一个垂向气缸301的底部均与旋转台2转动连接，并通过齿轮和安装座205的相互配合，这可以保证每一个垂向气缸301自由独立地调整与旋转台2之间的相对角度。并且旋转台2转动设置在旋转底座1上，通过外部驱动设备可以对该六自由度运动平台进行整体旋转。

本发明通过由垂向气缸301、角度气缸302和伸缩气缸303组成的运动机构3可以执行平台4在空间六个自由度（X，Y，Z，α，β，γ）的运动，从而进一步可以模拟出各种空间运动姿态。通过将常见的单气缸分解设置成多个气缸组成的运动结构可以提高动作执行时的平缓性和连贯性，使动作的完成更加顺畅和丝滑，该设计可以大大提高该六自由度运动平台的作业效率和效果，并进一步减少了时间成本和试验体验。本发明通过行旋转底座1可以使旋转台2进行360度自由旋转，并且通过凸环201和滚珠202的设计可以大大减小摩擦力，使旋转台2在转动的过程中更加丝滑。除此之外，通过旋转电机和驱动辊轮105运动的外部驱动设备的相互配合，可以使旋转底座1通过双动力机构驱动旋转台2转动，该设计大大提高了该六自由度运动平台的运动能力和旋转效果，并保证其在x、y、z三个直角坐标轴方向的移动自由度和绕这三个坐标轴的转动自由度。

参阅附图6-附图8，垂向气缸301的两侧与转动齿圈305固定连接，旋转台2上还转动设置有与转动齿圈305相互啮合的转向齿轮304，转向齿轮304与外部电机连接。

在本实施例中：为了使垂向气缸301相对于旋转台2转动，并进一步调整x、y、z三个直角坐标轴方向的转动自由度，所以在垂向气缸301的两侧固定设置有转动齿圈305。转动齿圈305为半圆形结构，通过紧固元件固定安装在垂向气缸301的两侧，并且在旋转台2上还转动设置有与转动齿圈305相互啮合的转向齿轮304，转向齿轮304通过安装轴转动在旋转台2上，并且同样位于垂向气缸301的两侧。为了自动驱动垂向气缸301转动，所以使转向齿轮304与外部电机连接。

参阅附图9-附图10，垂向气缸301的顶部设置有滑台306，滑台306滑动设置在垂向气缸301的内侧，垂向气缸301的内侧设置有滑动槽308，滑台306的内侧设置有T型滑块309，T型滑块309在滑动槽308内滑动。

在本实施例中：为了提高伸缩气缸303的稳定性，并且减少安装空间，所以在垂向气缸301的顶部设置有滑台306。滑台306的顶部与垂向气缸301的伸缩杆固定连接，滑台306的侧面滑动设置在垂向气缸301的内侧。并且为了进一步提高滑动时的稳定性能，并提高滑台306的承载能力，所以在滑台306的内侧设置有T型滑块309，而且还在垂向气缸301的内侧设置有滑动槽308。当垂向气缸301伸长或者缩短时，T型滑块309可以在滑动槽308内往复滑动。

参阅附图8-附图10，滑台306上固定设置有垂向气缸转动座307，伸缩气缸303转动设置在垂向气缸转动座307上，角度气缸302的两侧分别与垂向气缸301和伸缩气缸303连接。

在本实施例中：为了保证伸缩气缸303转动设置在垂向气缸301的侧面，所以在滑台306上固定设置有垂向气缸转动座307。而且伸缩气缸303的底部设置有转动通过，伸缩气缸303通过垂向气缸转动座307转动设置在垂向气缸301的侧面。为了自由调节垂向气缸301和伸缩气缸303之间的角度，所以在垂向气缸301和伸缩气缸303之间还设置了角度气缸302，并且角度气缸302的两侧分别与垂向气缸301和伸缩气缸303连接。

参阅附图8-附图10，伸缩气缸303的底部设置有固定座311，固定座311上固定设置有转台312，角度气缸302的顶部设置有角度气缸转动座310，角度气缸转动座310与转台312转动连接，角度气缸302的底部固定安装在垂向气缸301的侧面。

在本实施例中：为了保证角度气缸302的顺利安装，所以在伸缩气缸303的底部设置有固定座311，伸缩气缸303的顶部转动设置在固定座311上。为了保证角度气缸302可以相对于伸缩气缸303自由转动，所以在固定座311上固定设置有转台312，角度气缸302的顶部设置有角度气缸转动座310，并且角度气缸转动座310与转台312转动连接。为了保证顺利作业，所以角度气缸302的底部固定安装在垂向气缸301的侧面，角度气缸302与垂向气缸301之间的角度保持固定。

参阅附图6-附图7，伸缩气缸303的顶部设置有伸缩气缸转动座313，平台4的底部设置有多个万向座401，万向座401底部设置有平台转动座402，伸缩气缸转动座313与平台转动座402转动连接。

在本实施例中：为了保证伸缩气缸303可相对于平台4的自由转动，所以在伸缩气缸303的顶部设置有伸缩气缸转动座313，并且伸缩气缸转动座313与平台转动座402转动连接。其中万向座401与外部电机连接，在电机的驱动下可以自由转动。

参阅附图1-附图2，旋转底座1的底部与从动轮102活动连接，从动轮102通过皮带103与主动轮101配合连接，主动轮101转动设置在旋转底座1的底部；从动轮102与转轴107固定连接，转轴107与设置在旋转台2中心位置的转轴腔206配合连接。

在本实施例中：为了自动驱动旋转台2相对于旋转底座1转动，所以在旋转底座1的底部设置了齿轮配合结构。并且旋转底座1的底部与从动轮102活动连接，从动轮102通过皮带103与主动轮101配合连接，而且主动轮101转动设置在旋转底座1的底部，这可以保证主动轮101通过皮带103带动从动轮102自由转动。除此之外，从动轮102与转轴107固定连接，并且转轴107与设置在旋转台2中心位置的转轴腔206配合连接。当从动轮102转动时，也会通过转轴107和转轴腔206的相互配合带动旋转台2转动。

参阅附图2-附图4，主动轮101与旋转电机连接，辊轮105和转向齿轮304均与外部驱动设备连接。

在本实施例中：为了驱动主动轮101自动转动，所以使主动轮101与旋转电机连接。为了进一步提高转动效率和转动效果，所以使辊轮105与外部驱动设备连接，当凸环201在轨道104中转动时，轨道104两侧的多个辊轮105会通过转动来进一步协助凸环201的转动。这通过旋转电机和驱动辊轮105运动的外部驱动设备的相互配合，可以使旋转底座1通过双动力机构驱动旋转台2转动。

参阅附图1-附图10，运动机构3设置有六组，运动机构3均匀分布在旋转台2上。

在本实施例中：为了提高该六自由度运动平台的稳定性和顺利执行在空间六个自由度（X，Y，Z，α，β，γ）的运动，所以在旋转台2上设计有六组运动机构3，并且运动机构3均匀分布在旋转台2上，相邻两组运动机构3之间的角度为30度。

参阅附图1和附图2，旋转底座1、旋转台2和运动机构3的中部均为镂空结构。

在本实施例中：为了减轻该设备的总重量，使动作执行的过程更加稳定和流程，在保证刚度和强度满足设计要求的情况下，可以通过镂空设计来最大程度减轻重量。

实施例1：该六自由度运动平台在使用时，旋转台2转动设置在旋转底座1上，通过外部驱动设备可以对该六自由度运动平台进行整体旋转。其中凸环201在轨道104中转动时，轨道104两侧的多个辊轮105会通过转动来进一步协助凸环201的转动，并且滚珠202在滚珠滑道106滑动时可以大大减少滑动时的摩擦力。进一步地，六个垂向气缸301可以带动滑台306在垂向上自由滑动，并且可以各自独立运动。而且，通过角度气缸302可以自由独立调整每一个伸缩气缸303与垂向气缸301之间的转动角度，六个伸缩气缸303与平台4活动连接，并且六个伸缩气缸303可以自由独立伸长或者缩短。除此之外，每一个垂向气缸301的底部均与旋转台2转动连接，并通过齿轮和安装座205的相互配合，这可以保证每一个垂向气缸301自由独立地调整与旋转台2之间的相对角度。

实施例2：本发明通过行旋转底座1可以使旋转台2进行360度自由旋转，并且通过凸环201和滚珠202的设计可以大大减小摩擦力，使旋转台2在转动的过程中更加丝滑。除此之外，通过旋转电机和驱动辊轮105运动的外部驱动设备的相互配合，可以使旋转底座1通过双动力机构驱动旋转台2转动，该设计大大提高了该六自由度运动平台的运动能力和旋转效果，并保证其在x、y、z三个直角坐标轴方向的移动自由度和绕这三个坐标轴的转动自由度。本发明通过由垂向气缸301、角度气缸302和伸缩气缸303组成的运动机构3可以执行平台4在空间六个自由度（X，Y，Z，α，β，γ）的运动，从而进一步可以模拟出各种空间运动姿态。通过将常见的单气缸分解设置成多个气缸组成的运动结构可以提高动作执行时的平缓性和连贯性，使动作的完成更加顺畅和丝滑，该设计可以大大提高该六自由度运动平台的作业效率和效果，并进一步减少了时间成本和试验体验。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和创造特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种六自由度运动平台，其特征在于：包括旋转底座（1）、旋转台（2）、运动机构（3）和平台（4），所述旋转台（2）转动设置在所述旋转底座（1）上，所述运动机构（3）设置在所述旋转台（2）上，所述平台（4）与所述运动机构（3）活动连接；所述旋转台（2）的底部设置有凸环（201），所述凸环（201）内设置有空腔（204），所述空腔（204）内设置有滚珠（202）和弹簧（203）；所述旋转底座（1）上设置有与所述凸环（201）相互配合的轨道（104），所述轨道（104）的两侧设置有辊轮（105），所述轨道（104）的底部设置有与所述滚珠（202）配合的滚珠滑道（106）；所述运动机构（3）由垂向气缸（301）、角度气缸（302）和伸缩气缸（303）组成，所述垂向气缸（301）通过安装座（205）转动设置在所述旋转台（2）上；所述垂向气缸（301）的两侧与转动齿圈（305）固定连接，所述旋转台（2）上还转动设置有与所述转动齿圈（305）相互啮合的转向齿轮（304）；所述垂向气缸（301）的顶部设置有滑台（306），所述滑台（306）滑动设置在所述垂向气缸（301）的内侧，所述垂向气缸（301）的内侧设置有滑动槽（308），所述滑台（306）的内侧设置有T型滑块（309），所述T型滑块（309）在所述滑动槽（308）内滑动；所述滑台（306）上固定设置有垂向气缸转动座（307），所述伸缩气缸（303）转动设置在所述垂向气缸转动座（307）上，所述角度气缸（302）的两侧分别与所述垂向气缸（301）和伸缩气缸（303）连接；所述伸缩气缸（303）的底部设置有固定座（311），所述固定座（311）上固定设置有转台（312），所述角度气缸（302）的顶部设置有角度气缸转动座（310），所述角度气缸转动座（310）与所述转台（312）转动连接，所述角度气缸（302）的底部固定安装在所述垂向气缸（301）的侧面；所述伸缩气缸（303）的顶部设置有伸缩气缸转动座（313），所述平台（4）的底部设置有多个万向座（401），所述万向座（401）底部设置有平台转动座（402），所述伸缩气缸转动座（313）与所述平台转动座（402）转动连接。

2.根据权利要求1所述的一种六自由度运动平台，其特征在于：所述旋转底座（1）的底部与从动轮（102）活动连接，所述从动轮（102）通过皮带（103）与主动轮（101）配合连接，所述主动轮（101）转动设置在所述旋转底座（1）的底部；所述从动轮（102）与转轴（107）固定连接，所述转轴（107）与设置在所述旋转台（2）中心位置的转轴腔（206）配合连接。

3.根据权利要求2所述的一种六自由度运动平台，其特征在于：所述主动轮（101）与旋转电机连接，所述辊轮（105）和转向齿轮（304）均与外部驱动设备连接。

4.根据权利要求1-2任一项所述的一种六自由度运动平台，其特征在于：所述运动机构（3）设置有六组，所述运动机构（3）均匀分布在所述旋转台（2）上。

5.根据权利要求1-2任一项所述的一种六自由度运动平台，其特征在于：所述旋转底座（1）、旋转台（2）的中部均为镂空结构。