CN213226200U

CN213226200U - 20吨六自由度电动运动平台

Info

Publication number: CN213226200U
Application number: CN202022205504.0U
Authority: CN
Inventors: 胡锋利; 马战荣; 秦亚刚
Original assignee: Xixian New District Shuangyu Intelligent Technology Co ltd
Current assignee: Xixian New District Shuangyu Intelligent Technology Co ltd
Priority date: 2020-09-30
Filing date: 2020-09-30
Publication date: 2021-05-18
Anticipated expiration: 2030-09-30

Abstract

本实用新型公开了20吨六自由度电动运动平台，包括上平台、电动缸、气缸和下平台；所述上平台包含有横梁、纵杆、电动缸顶座、气缸顶座和连接杆，所述横梁设有两个且平行设置，两个横梁内侧之间通过两个连接杆连接，两个横梁内侧之间还固定有两个固定梁，位于两个横梁中间位置的固定梁中部安装有气缸顶座，另一个固定梁中部固定有一个电动缸顶座，两个横梁上还固定连接有垂直于横梁的纵杆，所述纵杆的长度大于两个横梁之间的间距；顶部通过两个横梁组成上平台的主要构架，通过安装孔方便牢固的安装外部设备，避免安装不牢固产生安全隐患，并且通过气缸安装底座的机构可以稳固的固定起主要支撑力的气缸，可以确保大负载的安全实现。

Description

20吨六自由度电动运动平台

技术领域

本实用新型涉及运动平台技术领域，具体为20吨六自由度电动运动平台。

背景技术

六自由度运动平台能够实现垂直、横向、纵向、俯仰、滚转、偏航等六个自由度的运动，在高精度姿态调整、自动装配对接、随动补偿、运动模拟、并联机器人等领域有着非常广阔的应用前景，目前的运动平台普遍能较好的完成自由运动，并且也有大负载的运动平台，虽然支撑力度到位，但是这些运动平台的支撑部件不到位，外接设备安装不牢，容易产生隐患。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供20吨六自由度电动运动平台，顶部通过两个横梁组成上平台的主要构架，通过安装孔方便牢固的安装外部设备，避免安装不牢固产生安全隐患，并且通过气缸安装底座的机构可以稳固的固定起主要支撑力的气缸，可以确保大负载的安全实现，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：20吨六自由度电动运动平台，包括上平台、电动缸、气缸和下平台；

所述上平台包含有横梁、纵杆、电动缸顶座、气缸顶座和连接杆，所述横梁设有两个且平行设置，两个横梁内侧之间通过两个连接杆连接，两个横梁内侧之间还固定有两个固定梁，位于两个横梁中间位置的固定梁中部安装有气缸顶座，另一个固定梁中部固定有一个电动缸顶座，两个横梁上还固定连接有垂直于横梁的纵杆，所述纵杆的长度大于两个横梁之间的间距，且纵杆的两端分别固定有另外两个电动缸顶座，三个电动缸顶座呈等边三角形分布，所述气缸顶座位于三个电动缸顶座所呈等边三角形的中心位置；

所述下平台包含有三个底板和三个斜杆，三个底板首尾依次通过三个斜杆连接形成一个等边三角形的上平台，三个电动缸顶座分别位于三个斜杆的中心上方位置；

每个底板上分别固定有两个电动缸安装底座，所述电动缸安装底座通过电动缸铰链活动连接电动缸的底端，每个底板上的两个电动缸顶端分别向两侧上方倾斜设置，且两个电动缸的顶端分别通过电动缸铰链与该底板上方两侧的电动缸顶座活动连接，且每个底板上还通过气缸安装底座固定有气缸铰链的底端，所述气缸铰链活动连接气缸的底端，所述气缸的顶端通过气缸铰链活动连接气缸顶座的底部；

还包括斜面固定孔和底固定孔，所述气缸安装底座的截面为直角三角形结构，所述气缸安装底座的底部开设有底固定孔，所述气缸安装底座通过底固定孔内安装的固定螺栓固定在底板上，所述气缸安装底座的斜面开设有斜面固定孔，气缸安装底座通过斜面固定孔内安装的固定螺栓固定连接气缸铰链。

进一步的，还包括安装孔，所述横梁上开设有用于安装设备的安装孔。通过安装孔非常方便的外接需要模拟的设备，并且具体位置可以根据需要开设，安装牢固稳定。

进一步的，所述横梁和斜杆均采用槽钢。有利于结构刚度的提升。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本20吨六自由度电动运动平台，具有以下好处：

整体活动自由度高，可以带动20吨重物活动，负载大，顶部通过两个横梁组成上平台的主要构架，通过安装孔方便牢固的安装外部设备，避免安装不牢固产生安全隐患，并且通过气缸安装底座的机构可以稳固的固定起主要支撑力的气缸，可以确保大负载的安全实现。

附图说明

图1为本实用新型正面结构示意图；

图2为本实用新型侧视结构示意图；

图3为本实用新型俯视结构示意图；

图4为本实用新型气缸安装底座侧向剖面结构示意图；

图5为本实用新型工作控制系统结构示意图。

图中：1底板、2斜杆、3电动缸安装底座、4电动缸铰链、5电动缸、6横梁、7气缸、8气缸铰链、9安装孔、10纵杆、11电动缸顶座、12气缸顶座、13连接杆、14气缸安装底座、15斜面固定孔、16底固定孔。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-5，本实施例提供一种技术方案：20吨六自由度电动运动平台，包括上平台、电动缸5、气缸7和下平台；

上平台包含有横梁6、纵杆10、电动缸顶座11、气缸顶座12和连接杆13，横梁6设有两个且平行设置，两个横梁6内侧之间通过两个连接杆13连接，两个横梁6内侧之间还固定有两个固定梁，位于两个横梁6中间位置的固定梁中部安装有气缸顶座12，另一个固定梁中部固定有一个电动缸顶座11，两个横梁6上还固定连接有垂直于横梁6的纵杆10，纵杆10的长度大于两个横梁6之间的间距，且纵杆10的两端分别固定有另外两个电动缸顶座11，三个电动缸顶座11呈等边三角形分布，气缸顶座12位于三个电动缸顶座11所呈等边三角形的中心位置；

下平台包含有三个底板1和三个斜杆2，三个底板1首尾依次通过三个斜杆2连接形成一个等边三角形的上平台，三个电动缸顶座11分别位于三个斜杆2的中心上方位置；

每个底板1上分别固定有两个电动缸安装底座3，电动缸安装底座3通过电动缸铰链4活动连接电动缸5的底端，每个底板1上的两个电动缸5顶端分别向两侧上方倾斜设置，且两个电动缸5的顶端分别通过电动缸铰链4与该底板1上方两侧的电动缸顶座11活动连接，且每个底板1上还通过气缸安装底座14固定有气缸铰链8的底端，气缸铰链8活动连接气缸7的底端，气缸7的顶端通过气缸铰链8活动连接气缸顶座12的底部；

通过气缸7和电动缸5的支撑，下平台和上平台之间的间距：

间距最低位：3379毫米

间距中位高：4026毫米

间距最高位: 4629毫米

通过三个呈一个角度气缸7的可以起到大负载的支撑力度，六个电动缸5工作控制上平台的角度位置，整体活动自由度高，可以带动20吨重物活动，负载大，顶部通过两个横梁组成上平台的主要构架，通过安装孔方便牢固的安装外部设备，避免安装不牢固产生安全隐患，并且通过气缸安装底座的机构可以稳固的固定起主要支撑力的气缸，可以确保大负载的安全实现。

还包括斜面固定孔15和底固定孔16，气缸安装底座14的截面为直角三角形结构，气缸安装底座14的底部开设有底固定孔16，气缸安装底座14通过底固定孔16内安装的固定螺栓固定在底板1上，气缸安装底座14的斜面开设有斜面固定孔15，气缸安装底座14通过斜面固定孔15内安装的固定螺栓固定连接气缸铰链8。

还包括安装孔9，横梁6上开设有用于安装设备的安装孔9。通过安装孔9非常方便的外接需要模拟的设备，并且具体位置可以根据需要开设，安装牢固稳定。

横梁6和斜杆2均采用槽钢。有利于结构刚度的提升。

控制工作站和监测工作站放置在测控间内，为操作员提供人机交互界面，如六自由度姿态参数谱输入界面、参数设置界面、系统自检界面等，用于远程平台控制。监测工作站实时监控和记录模拟系统的运行姿态、运行时间、运行次数和故障信息等，方便操作人员及时作出应急处理。

运动控制器放置于测控柜中，测控柜也位于测控间内，通过以太网与控制工作站和监测工作站连接。运动控制器将控制工作站发送来的六自由度参数谱解算为每个电动缸的位移指令，发送给伺服驱动器，最终驱动六个电动缸的丝杠按位移指令伸缩变化，使上平台产生六自由度复合的运动姿态，形成六自由度运动载荷作用到直升机上，形成试验条件。

模拟平台采用半沉式布置方式，地坑底部距离跑道平面4.8米；地坑四周设计防水围墙，墙高不超过2米（具体高度由设备使用方确定，需保证暴雨天气地坑不进水），平台处于中位（作动器处于中位）时，平台总高度5.55米（平台上表面距离地坑底面）；平台处于最低状态（作动器完全收缩）时，平台总高度4.8米，此时平台上表面与跑道平面平齐。

作动器分系统

选用菲仕54KW交流伺服电机，作为电动缸的驱动电机。

电动缸采用直线式结构。

伺服驱动器参数设计

伺服驱动器选用德国Beckhoff高性能伺服驱动器，I/O口可以检测电动缸的位置、终点开关状态，控制电机刹车制动器的开合。驱动器正常状态下按照给定速度控制电机运动，内部程序可检测单个电动缸的状态，出现故障时能够确定是否向电机正常输出驱动电流或进行电机刹车制动，并将故障信息通过通讯上报控制系统，以便采取进一步措施。

BeckhoffAX5000系列伺服驱动器产品开创了驱动性能的新标准。这种全新系列的伺服驱动器除了支持单通道和多通道技术之外，更在性能和经济性方面得到了飞跃。AX5000系列驱动器内集成了高速控制技术，使得电流控制周期最快可达31.25μs，因此，它可支持高速及高动态性定位任务。此款驱动器采用EtherCAT作为高性能通讯系统，为基于PC 的控制技术提供了一个理想的平台，同时，它还支持与其它现场总线系统的连接。双通道伺服驱动器提供了更高的封装密度和更经济的单通道成本。这种伺服驱动器结构紧凑，安装方便、安全。

性能特点：

1）快速控制技术

2）电流控制环：最快 31.25 μs

3）速度控制环：最快 125 μs

4）位置控制环：最快 125 μs

5）高速EtherCAT系统通讯

6）单通道或双通道伺服驱动器

7）非常适用于多轴应用场合

8）双通道伺服驱动器可以自由匹配两个不同的电机

9）直流母线和制动能量管理

10）各种伺服电机接口

11）多反馈接口

12）电机类型选择灵活

13）支持大范围电机电流测量

14）高速捕获输入

15） 100…480 V AC 宽电压设计

16）内置电源滤波器

17）集成了安全功能（可选）

18）重启锁

19） TwinSAFE：用于运动控制的智能安全功能

20）结构紧凑，便于控制柜安装（深 300 mm）

21） AX-Bridge – 用于电源、直流母线和控制电压的快速连接系统

22）灵活多变的冷却方案（无风扇、强制冷却、冷却片）

为了保证编码器反馈信号准确，伺服驱动器需与电机距离保持在5米内。因此将驱动器放置于配电柜中，置于试验台正下方设备间中。

辅助支撑系统由气缸、储气罐、阀组、管路系统等组成：3支气缸用于平衡上平台及试验自重，储气罐用来向气缸补充气压，保证在运动过程中由于平台位姿变化而引起气缸压力波动的幅度满足使用要求。

辅助支撑系统设备清单

选用电动固定螺杆式空气压缩机，额定压力1.3MPa，排气量2.3m³/min。系统采用0-100%的排气量无级调节。当用气量减小时，排气量跟着减小，电机的电流也同时降低；当不用气时，空压机空车运转，空车过久自动停机。当用气量增加时，恢复运转，节能效果优异。

超常的冷却系统设计，特别适用于亚洲高温、高湿环境。优良的隔振技术和降噪措施，使开山牌螺杆空压机的安装无须专用的基础，只要留出最小的通风和维护空间，就能安置好压缩机。

螺杆转子型线的设计特点：

——完全实现“曲面对曲面”啮合，从而有助于形成流体动力润滑膜，降低通过接触带的横向泄漏，提高压缩机效率；以及改善转子的加工、检验性能。

——采用“大转子、大轴承、低转速”的设计思路，转速比其他品牌低30～50%，可以降低噪声和振动，降低排气温度，提高转子刚性，延长使用寿命，减小对杂质和油碳化物敏感性。

——不带齿轮箱直联。

——全面符合甚至超越GB19153－2003《容积式空气压缩机能效限定值》国家标准的要求。

LG系列电动固定螺杆式空气压缩机技术参数

采用4支储气罐，每个储气罐容积500L，额定压力1.0MPa。

采用3支气缸，用于平衡上平台重力。气缸内径400mm，额定压力0.8MPa，最高设计压力1.5MPa，单个气缸设计承载能力10吨。

控制分系统功能概述

控制分系统通过检测模拟系统现场各种状态信号，控制作动器分系统位移运动，驱动机械系统提供横摇、纵摇、升降三种运动来模拟各种海况，满足在船舶行进状态下直升机的模拟试验。

自由度平台位姿解算原理

本方案中，直升机平台为一个模拟系统。其基本原理是：

用户给定一组平台姿态参数

；

控制器将这组平台姿态参数通过逆解转换为六个电缸丝杠位移变化量；

控制器将电缸丝杠位移变化量作为指令值发送给电机驱动器，驱动器控制电机及电缸伸缩，达到指令值。完成姿态的一次变化。

通过控制六个电动缸位移变化，使平台按照给定姿态参数及一定频率运动到对应姿态，实现上述运动的模拟。

以上是按照一组姿态参数单步实现平台姿态变化的过程。实际试验中，用户将输入多组平台姿态参数，排列成参数谱，试验开始后，平台根据谱中排列内容依次实现多组试验姿态参数变化，达到海况的模拟。

值得注意的是，本实施例中所公开的电动缸5由控制器控制工作采用现有技术，辅助支撑系统于气缸7的连接采用现有技术，本实用新型其他未详尽之处均为本领域的普通技术人员所公知的常规技术。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.20吨六自由度电动运动平台，其特征在于：包括上平台、电动缸（5）、气缸（7）和下平台；

所述上平台包含有横梁（6）、纵杆（10）、电动缸顶座（11）、气缸顶座（12）和连接杆（13），所述横梁（6）设有两个且平行设置，两个横梁（6）内侧之间通过两个连接杆（13）连接，两个横梁（6）内侧之间还固定有两个固定梁，位于两个横梁（6）中间位置的固定梁中部安装有气缸顶座（12），另一个固定梁中部固定有一个电动缸顶座（11），两个横梁（6）上还固定连接有垂直于横梁（6）的纵杆（10），所述纵杆（10）的长度大于两个横梁（6）之间的间距，且纵杆（10）的两端分别固定有另外两个电动缸顶座（11），三个电动缸顶座（11）呈等边三角形分布，所述气缸顶座（12）位于三个电动缸顶座（11）所呈等边三角形的中心位置；

所述下平台包含有三个底板（1）和三个斜杆（2），三个底板（1）首尾依次通过三个斜杆（2）连接形成一个等边三角形的上平台，三个电动缸顶座（11）分别位于三个斜杆（2）的中心上方位置；

每个底板（1）上分别固定有两个电动缸安装底座（3），所述电动缸安装底座（3）通过电动缸铰链（4）活动连接电动缸（5）的底端，每个底板（1）上的两个电动缸（5）顶端分别向两侧上方倾斜设置，且两个电动缸（5）的顶端分别通过电动缸铰链（4）与该底板（1）上方两侧的电动缸顶座（11）活动连接，且每个底板（1）上还通过气缸安装底座（14）固定有气缸铰链（8）的底端，所述气缸铰链（8）活动连接气缸（7）的底端，所述气缸（7）的顶端通过气缸铰链（8）活动连接气缸顶座（12）的底部；

还包括斜面固定孔（15）和底固定孔（16），所述气缸安装底座（14）的截面为直角三角形结构，所述气缸安装底座（14）的底部开设有底固定孔（16），所述气缸安装底座（14）通过底固定孔（16）内安装的固定螺栓固定在底板（1）上，所述气缸安装底座（14）的斜面开设有斜面固定孔（15），气缸安装底座（14）通过斜面固定孔（15）内安装的固定螺栓固定连接气缸铰链（8）。

2.根据权利要求1所述的20吨六自由度电动运动平台，其特征在于：还包括安装孔（9），所述横梁（6）上开设有用于安装设备的安装孔（9）。

3.根据权利要求1所述的20吨六自由度电动运动平台，其特征在于：所述横梁（6）和斜杆（2）均采用槽钢。