CN215433665U - 一种多自由度运动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种多自由度运动装置，包括承载平台、连杆和直线运动组件，直线运动组件包括基座、导轨、滑块和动力机构，直线运动组件设置有六个，每两个直线运动组件对称设置构成一组，三组直线运动组件沿着圆周方向均匀分布，滑块与一根连杆的一端铰接，所有连杆的另一端分别与承载平台连接，滑块与基座之间设置弹性蓄能机构，弹性蓄能机构包括弹性件和拉力传感器，弹性件的一端与滑块连接，另一端通过拉力传感器与基座连接，拉力传感器的数据发送至主控器，在拉力传感器的数据小于预设值时主控器控制制动组件对滑块制动。本实用新型在弹性件发生断裂时能对滑块制动，避免对动力机构造成冲击，有效保护动力机构，降低维护成本，提高安全性。

Description

一种多自由度运动装置

技术领域

本实用新型涉及空间运动机构技术领域，尤其涉及一种多自由度运动装置。

背景技术

在三维空间中的运动包括六个自由度，以直角坐标系为例，包括沿x、y、z轴的直线运动自由度和绕x、y、z轴的转动自由度。例如虚拟现实设备、飞行模拟器等就常用到多自由度运动装置，需要在三维空间内进行多自由的定位、运动，为用户呈现三维虚拟场景。目前虚拟现实设备常用的多自由度运动装置通常都是采用伸缩杆与万向节进行配合来实现多自由度运动，模拟各种空间运动姿态，伸缩杆通常采用液压缸、气压缸等组件，需要配套的液压机构、气压机构等，结构复杂、占用体积大，维护不便、成本高，运动控制精度较低，难以实现用户与虚拟场景之间的良好互动，与现实感存在一定差距，使用体验不佳。还有采用刚性的连杆与斜滑动机构组合构成的多自由度运动装置，斜滑动机构为倾斜于基准平面的直线运动组件，所述斜滑动机构设置有六个，且每两个斜滑动机构对称设置构成一组，三组斜滑动机构围成环状并在圆周方向上均匀分布，直线运动组件的滑块分别通过下万向节与一根连杆的一端铰接，所有连杆的另一端分别通过上万向节与平台连接，并且滑块还连接有弹性绷带以储蓄滑块向下滑动时的势能，从而降低直线运动组件的动力机构在抬升滑块高度时所需的能耗，但是在长时间使用后弹性绷带容易出现断裂的状况，滑块突然失去弹性绷带的支撑时，平台以及平台上载物的重量会导致滑块向下滑动，对动力机构会产生较大的冲击从而导致动力机构受损，维护、更换成本高，动力机构受损后甚至会出现滑块陡降的状况，存在安全隐患。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术进行改进，提供一种多自由度运动装置，解决目前技术中的多自由度运动装置在弹性绷带断裂时会对动力机构产生冲击，容易导致动力机构受损的问题。

为解决以上技术问题，本实用新型的技术方案是：

一种多自由度运动装置，包括承载平台、连杆和直线运动组件，所述直线运动组件包括基座、导轨、滑块和动力机构，所述基座固定于基准平面上，所述导轨设置在基座上并且倾斜于基准平面，滑块由动力机构驱动沿着导轨运动，所述直线运动组件设置有六个，且每两个直线运动组件对称设置构成一组，三组直线运动组件沿着圆周方向均匀分布，滑块通过万向节与一根连杆的一端铰接，所有连杆的另一端分别都通过万向节与承载平台连接，所述滑块与基座之间设置有用于储蓄滑块沿导轨向下滑动时的势能的弹性蓄能机构，所述弹性蓄能机构包括弹性件和拉力传感器，弹性件的一端与滑块连接，另一端通过拉力传感器与基座连接，还包括制动组件和主控器，拉力传感器的数据发送至主控器，在拉力传感器的数据小于预设值时，主控器控制制动组件对滑块制动。本实用新型所述的多自由度运动装置在弹性蓄能机构上设置与弹性件串接的拉力传感器，当弹性件发生断裂时，拉力传感器的数据会发生陡变，主控器接收拉力传感器的数据，当拉力传感器的数据小于预设值时则可判断弹性件发生断裂，制动组件对滑块制动，避免平台以及平台上载物的重量导致滑块突然下滑而对动力机构造成冲击，避免动力机构受损，有效保护动力机构，降低维护成本，提高运行安全性。

进一步的，所述制动组件包括齿条、制动件和驱动机构，所述齿条设置在基座上并沿着导轨方向，所述驱动机构设置在滑块上，所述制动件与驱动机构连接并由驱动机构带动在与齿条啮合的制动状态和与齿条分开的分离状态间切换。结构简单，在弹性件完好、多自由度运动装置正常工作时，制动件一直处于分离状态，确保滑块能自由的活动，从而能灵活的模拟各种空间运动姿态，保障良好的体验，仅当弹性件断裂时，驱动机构带动制动件切换至与齿条啮合的制动状态，此时滑块无法再沿着导轨活动，从而避免对动力机构产生冲击，有效保护动力机构，避免滑块陡降，消除安全隐患。

进一步的，所述驱动机构包括线圈绕组、筒体、芯体和复位弹簧，所述芯体设置在筒体内并沿筒体往复滑动，所述制动件与芯体连接，所述筒体内设置复位弹簧以驱使芯体带动制动件处于与齿条啮合的制动状态，所述的线圈绕组设置在筒体上并在通电时对芯体产生电磁吸力以驱使制动件切换至与齿条分开的分离状态，结构简单，能可靠、方便的实现。

进一步的，还包括与主控器连接的报警器，在拉力传感器的数据小于预设值时主控器控制报警器工作，发出警报提醒人员及时维护更换，避免故障扩大造成更危险的状况。

进一步的，所述弹性件为弹性绷带，结构简单，能可靠的利用其弹力来储蓄滑块沿导轨下滑时的势能，使用成本低，装卸方便，维护更换高效、快捷。

进一步的，所述基座上设置有导向辊，所述弹性绷带绕在导向辊上成S形，延长弹性绷带本身的长度，从而增大储蓄滑块势能的移动距离，避免滑块的移动距离过长导致弹性绷带断裂，确保弹性绷带能可靠的储能，保障弹性蓄能机构的使用寿命。

进一步的，所述导向辊在基座上位置可调，通过调节导向辊的位置来调节弹性绷带的张力，能够匹配不同的动力机构，降低动力机构在抬升滑块高度时所需的能耗。

与现有技术相比，本实用新型优点在于：

本实用新型所述的多自由度运动装置在弹性件发生断裂时能对滑块进行制动，从而避免突然失去弹性件的支撑而对动力机构造成冲击，避免动力机构受损，有效保护动力机构，降低维护成本，提高运行安全性。

附图说明

图1为多自由度运动装置的立体结构示意图；

图2为多自由度运动装置的俯视结构示意图；

图3为直线运动组件的结构示意图；

图4为驱动机构的结构示意图。

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。

本实用新型实施例公开的一种多自由度运动装置，动作可靠性高，在弹性件失效时能及时警报或制动，有效避免动力机构受损，降低维护成本，提高运行安全性。

如图1和图2所示，一种多自由度运动装置，主要包括承载平台1、连杆2和直线运动组件3，所述直线运动组件3包括基座31、导轨32、滑块33和动力机构34，所述基座31固定于基准平面上，所述导轨32设置在基座31上并且倾斜于基准平面，滑块33由动力机构34驱动沿着导轨32运动，动力机构34具体可采用电机，电机通过同步带与滑块连接以带动滑块沿着导轨活动，所述直线运动组件3设置有六个，且每两个直线运动组件3对称设置构成一组，三组直线运动组件3沿着圆周方向均匀分布，也就是相邻的两个直线运动组件3的导轨32的最高点相邻或者是最低点相邻，并且六个直线运动组件3的导轨32在基准平面上投影呈正六边形分布，避免运动过程中出现死角、卡滞，连杆2为刚性杆，滑块33通过万向节分别与一根连杆2的一端铰接，六根连杆2的另一端分别都通过万向节都与承载平台1连接，所述滑块33与基座31之间设置有用于储蓄滑块33沿导轨32向下滑动时的势能的弹性蓄能机构，所述弹性蓄能机构包括弹性件41和拉力传感器42，弹性件41的一端与滑块33连接，另一端通过拉力传感器42与基座31连接，还设置有制动组件和主控器5，拉力传感器42的数据发送至主控器5，在拉力传感器42的数据小于预设值时，主控器5控制制动组件对滑块33制动。

在本实施例中，所述弹性件41为弹性绷带，在滑块33沿导轨32向下运动时，滑块33拉长弹性绷带使其发生弹性形变，弹性绷带从而有效的储蓄势能，弹性绷带对滑块33产生向上提升的作用力，从而降低动力机构带动滑块沿导轨向上运动时所需的功耗，所述基座31上设置有导向辊43，所述弹性绷带绕在导向辊43上成S形，并且所述导向辊43在基座31上位置可调，通过调节导向辊的位置来调节弹性绷带的张力，能够匹配不同的动力机构，从而调节动力机构带动滑块33上下活动所需的动力。

拉力传感器42的实时数值随着滑块33的位置发生变化，当滑块33沿着导轨32向下滑动时，弹性绷带的拉伸量更长，从而弹性绷带对滑块33的拉力更大，进而拉力传感器42的实时数值更大；而当滑块33沿着导轨32向上滑动时，弹性绷带的拉伸量变短，弹性绷带对滑块33的拉力变小，进而拉力传感器42的实时数值变小，当滑块33移动到导轨32最上位时，拉力传感器42的实时数值达到最小，设定的预设值小于该最小实时数值，当拉力传感器42的实时数值小于预设值时则代表弹性绷带发生了断裂，则主控器5启动制动组件对滑块33制动，避免滑块突然失去弹性绷带的支撑而对动力机构造成冲击，避免动力机构受损。

在本实施例中，所述制动组件包括齿条6、制动件7和驱动机构8，所述齿条6 设置在基座31上并沿着导轨32方向，所述驱动机构8设置在滑块33上，所述制动件7与驱动机构8连接并由驱动机构8带动在与齿条6啮合的制动状态和与齿条6 分开的分离状态间切换，所述制动件7具有与齿条6配合的齿部，在弹性件完好、多自由度运动装置正常工作时，制动件一直处于分离状态，只有当弹性件断裂导致拉力传感器42的实时数值小于预设值时，驱动机构才带动制动件切换至与齿条啮合的制动状态，此时滑块无法再沿着导轨活动，从而避免对动力机构产生冲击，有效保护动力机构，并且消除安全隐患。

具体的，所述驱动机构8由线圈绕组81、筒体82、芯体83和复位弹簧84构成，所述芯体83设置在筒体82内并沿筒体82往复滑动，所述制动件7与芯体83连接，所述筒体82内设置复位弹簧84以驱使芯体83带动制动件7处于与齿条6啮合的制动状态，所述的线圈绕组81套设在筒体82外围上，并且所述的线圈绕组81在通电时对芯体83产生电磁吸力以驱使芯体83带动制动件7切换至与齿条6分开的分离状态。

当弹性件完好、多自由度运动装置正常工作时，所述的线圈绕组81处于通电状态，从而制动件7处于与齿条6分开的分离状态，进而滑块33可在动力机构34的带动下自由的沿着导轨32活动；而当弹性件发生断裂后，主控器5控制线圈绕组 81断电，同时动力机构34也断电，芯体83在复位弹簧84的驱使下带动制动件7 切换到与齿条6啮合的制动状态，从而滑块33保持在当前位置，无法再沿着导轨 32活动，进而避免动力机构34受到冲击，有效实现保护动力机构34。

多自由度运动装置还设置有与主控器5连接的报警器9，在拉力传感器42的数据小于预设值时主控器5控制报警器9工作，在每个直线运动组件3中，滑块33 与基座31之间可以平行设置若干根弹性绷带，每根弹性绷带分别通过一个拉力传感器42与基座31连接，从而拉力传感器42会有若干个，可设置预设个数，当实时数据小于预设值的拉力传感器42的个数小于预设个数时，仅报警器9工作，而制动组件不工作，也就是仅提醒人员有弹性绷带断裂，可在多自由度运动装置未工作的适当时间进行维护更换；而当实时数据小于预设值的拉力传感器42的个数大于等于预设个数时，则主控器5控制制动组件工作对滑块33制动，并且报警器9工作，即对滑块制动的同时进行报警，此时说明弹性绷带断裂的数量较多，需要立刻进行维护更换，有效避免安全事故的发生。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种多自由度运动装置，其特征在于，包括承载平台(1)、连杆(2)和直线运动组件(3)，所述直线运动组件包括基座(31)、导轨(32)、滑块(33)和动力机构(34)，所述基座(31)固定于基准平面上，所述导轨(32)设置在基座(31)上并且倾斜于基准平面，滑块(33)由动力机构(34)驱动沿着导轨(32)运动，所述直线运动组件设置有六个，且每两个直线运动组件对称设置构成一组，三组直线运动组件沿着圆周方向均匀分布，滑块(33)通过万向节与一根连杆(2)的一端铰接，所有连杆(2)的另一端分别都通过万向节与承载平台(1)连接，所述滑块(33)与基座(31)之间设置有用于储蓄滑块(33)沿导轨(32)向下滑动时的势能的弹性蓄能机构，所述弹性蓄能机构包括弹性件(41)和拉力传感器(42)，弹性件(41)的一端与滑块(33)连接，另一端通过拉力传感器(42)与基座(31)连接，还包括制动组件和主控器(5)，拉力传感器(42)的数据发送至主控器(5)，在拉力传感器(42)的数据小于预设值时，主控器(5)控制制动组件对滑块(33)制动。

2.根据权利要求1所述的多自由度运动装置，其特征在于，所述制动组件包括齿条(6)、制动件(7)和驱动机构(8)，所述齿条(6)设置在基座(31)上并沿着导轨(32)方向，所述驱动机构(8)设置在滑块(33)上，所述制动件(7)与驱动机构(8)连接并由驱动机构(8)带动在与齿条(6)啮合的制动状态和与齿条(6)分开的分离状态间切换。

3.根据权利要求2所述的多自由度运动装置，其特征在于，所述驱动机构(8)包括线圈绕组(81)、筒体(82)、芯体(83)和复位弹簧(84)，所述芯体(83)设置在筒体(82)内并沿筒体(82)往复滑动，所述制动件(7)与芯体(83)连接，所述筒体(82)内设置复位弹簧(84)以驱使芯体(83)带动制动件(7)处于与齿条(6)啮合的制动状态，所述的线圈绕组(81)设置在筒体(82)上并在通电时对芯体(83)产生电磁吸力以驱使制动件(7)切换至与齿条(6)分开的分离状态。

4.根据权利要求1所述的多自由度运动装置，其特征在于，还包括与主控器(5)连接的报警器(9)，在拉力传感器(42)的数据小于预设值时主控器(5)控制报警器(9)工作。

5.根据权利要求1所述的多自由度运动装置，其特征在于，所述弹性件(41)为弹性绷带。

6.根据权利要求5所述的多自由度运动装置，其特征在于，所述基座(31)上设置有导向辊(43)，所述弹性绷带绕在导向辊(43)上成S形。

7.根据权利要求6所述的多自由度运动装置，其特征在于，所述导向辊(43)在基座(31)上位置可调。

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