PL214586B1

PL214586B1 - Stabilization mechanism for a horizontal supporting platform

Info

Publication number: PL214586B1
Application number: PL389265A
Authority: PL
Inventors: Grzegorz Tora
Original assignee: Politechnika Krakowska
Priority date: 2009-10-13
Filing date: 2009-10-13
Publication date: 2013-08-30
Also published as: PL389265A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest aktywny mechanizm stabilizacji poziomej platformy nośnej służący do ograniczania wychyleń lub pionizacji obiektów mocowanych na platformie albo do redukcji jej drgań w czterech stopniach swobody.The subject of the invention is the active stabilization mechanism of the horizontal support platform for limiting the tilting or uprighting of objects mounted on the platform or for reducing its vibrations in four degrees of freedom.

W stanie techniki znane są aktywne mechanizmy platform nośnych posiadające napędy liniowe lub obrotowe, które odpowiednio sterowane pozwalają ustalać położenie platformy w przestrzeni.Active mechanisms of support platforms are known in the art, which have linear or rotary drives which, if properly controlled, enable the positioning of the platform in space.

Z amerykańskiego opisu patentowego nr US 7029059 (Int.Cl ^{2006 01} B62D 33/06) znany jest układ aktywnej redukcji drgań kabin ciągników rolniczych składający się z sześciu siłowników podpierających kabinę. Układ wymaga skomplikowanego sposobu sterownia ruchem kabiny w sześciu stopniach swobody, a ponadto siła ciężkości kabiny przenosi się bezpośrednio na napędy liniowe zwiększając ich obciążenie.US 7029059 (Int.Cl ^{2006 01} B62D 33/06) discloses a system for active reduction of vibrations of farm tractor cabs, consisting of six actuators supporting the cab. The system requires a complicated method of controlling the movement of the cabin in six degrees of freedom, and in addition, the gravity of the cabin transfers directly to the linear drives, increasing their load.

W polskim opisie patentowym nr 199143 (Int.Cl ^{2006 01} B25J9/00) ujawnione jest rozwiązanie mechanizmu platformowego z aktywnymi podporami dźwigniowymi, w którym ruchy przemieszczania i orientacji platformy w przestrzeni są realizowane przy równoczesnej pracy sześciu silników obrotowych zamocowanych na stałe do podstawy manipulatora. Schemat kinematyczny tego manipulatora zawiera 13 ogniw dźwigniowych, 6 przegubów obrotowych oraz 12 przegubów kulistych.The Polish patent specification No. 199143 (Int.Cl ^{2006 01} B25J9 / 00) discloses a platform mechanism solution with active lever supports, in which the movements and orientation of the platform in space are carried out with the simultaneous operation of six rotary motors permanently fixed to the manipulator base. The kinematic diagram of this manipulator includes 13 link links, 6 swivel joints and 12 ball joints.

₅₅

Znany jest również z polskiego opisu patentowego nr 160674 (Int.Cl ⁵ B66C 13/54) układ pasywnej wibroizolacji kabin sterowniczych posiadający wahliwą ramę podpartą obrotowo na ustroju nośnym maszyny oraz na elementach zawieszenia kabiny, który pracuje w płaszczyźnie pionowej w trzech stopniach swobody. Przedstawiony układ przeznaczony jest do tłumienia drgań o małej amplitudzie.Also known from the Polish patent specification No. 160674 (Int.Cl ⁵ B66C 13/54) is a system of passive vibro-isolation of control cabins, having a pivoting frame pivotally supported on the machine's load-bearing structure and on elements of the cab suspension, which works in the vertical plane in three degrees of freedom. The presented system is designed to dampen vibrations of low amplitude.

Z kolei z polskiego opisu prawa ochronnego nr 49721 (Int.Cl ⁴ B66F 11/04, B66C 13/54) znany jest aktywny mechanizm przemieszczania kabiny operatora, który pracuje w układzie płaskim i posiada dwie pary równoległych przegubowych łączników usytuowanych jeden nad drugim poprzez ramową trawersę.On the other hand, from the Polish description of the protection law No. 49721 (Int.Cl ⁴ B66F 11/04, B66C 13/54), an active mechanism for moving the operator's cabin is known, which works in a flat system and has two pairs of parallel articulated links located one above the other through the frame traverse.

Istota rozwiązania charakteryzuje się tym, że mechanizm składa się z dwóch poprzecznie ustawionych jeden nad drugim czworoboków przegubowych w kształcie trapezów równoramiennych, przy czym ruchomy łącznik stanowi wspólne ogniwo obu czworoboków.The essence of the solution is characterized by the fact that the mechanism consists of two articulated quadrilaterals in the shape of isosceles trapeziums transversely arranged one above the other, the movable link being a common link of both quadrilaterals.

Korzystna postacią ruchomego łącznika jest czworokątna ramka z parami przegubów obrotowych na każdym boku lub krzyżak z parami przegubów obrotowych prostopadłych do ramion krzyżaka.A preferred form of the movable linkage is a quadrangular frame with pairs of pivots on each side or a crosspiece with pairs of pivots perpendicular to the arms of the crosspiece.

Korzystne odmiany napędowe mechanizmu mogą mieć jeden napęd liniowy lub obrotowy przyłączony do każdego czworoboku. Z kolei korzystnym jest rozwiązanie, gdy do platformy nośnej są przyłączone przegubami kulistymi dwa napędy liniowe usytuowane poprzecznie w płaszczyznach działania czworoboków przegubowych.The preferred drive variants of the mechanism may have one linear or rotary drive attached to each quadrilateral. On the other hand, it is advantageous if two linear drives are connected to the carrying platform by means of ball joints, situated transversely in the operating planes of the articulated quadrilaterals.

Zaletą mechanizmu jest to, że może on służyć do ograniczania wychyleń lub pionizacji obiektów osadzanych na platformie nośnej oraz do redukcji jej drgań w czterech stopniach swobody tj. przed drganiami liniowymi wzdłużnymi i poprzecznymi wzdłuż osi x, y oraz skrętnymi wokół osi x, y.The advantage of the mechanism is that it can be used to limit the deflection or verticality of objects embedded on the support platform and to reduce its vibrations in four degrees of freedom, i.e. against linear longitudinal and transverse vibrations along the x, y axis and torsional vibrations around the x, y axis.

Na podstawie pomiaru ruchu podstawy można obliczyć, w czasie rzeczywistym, pożądane chwilowe prędkości w napędach mechanizmu powodujące redukcję o niskiej częstotliwości i dużej amplitudzie drgań platformy. Ruchy przemieszczania i orientacji platformy są realizowane przy równoczesnej pracy dwóch napędów obrotowych umieszczonych w przegubach obrotowych każdego czworoboku lub dwóch napędów liniowych przyłączonych do platformy nośnej, które usytuowane są poprzecznie w płaszczyznach działania czworoboków przegubowych. Mechanizm składa się z sześciu ruchomych ogniw połączonych ze sobą przegubami obrotowymi. Tak skonstruowany mechanizm posiada zawsze 2 stopnie ruchliwości. Dla odpowiedniej długości ogniw, przy zastosowaniu 2 napędów obrotowych lub liniowych, można wpływać na ruch platformy w 4 stopniach swobody.Based on the measurement of the base movement, it is possible to calculate, in real time, the desired instantaneous speeds in the mechanism drives resulting in a low-frequency and high-amplitude reduction of platform vibrations. The movement and orientation of the platform are carried out by the simultaneous operation of two rotary drives located in the pivot joints of each quadrilateral or two linear drives connected to the support platform, which are located transversely in the operating planes of the articulated quadrilaterals. The mechanism consists of six movable links connected with each other by rotary joints. A mechanism constructed in this way always has 2 degrees of mobility. For the appropriate length of links, when using 2 rotary or linear drives, it is possible to influence the movement of the platform in 4 degrees of freedom.

Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania przedstawiono na rysunku, na którym:The subject of the invention in the exemplary embodiments is shown in the drawing, where:

fig. 1 przedstawia schemat mechanizmu płytowego, fig. 2 schemat płytowego mechanizmu z fotelem nasadzonym na płytę nośną, a fig. 3 strukturę prętowego mechanizmu z obiektem podwieszonym do płyty nośnej.Fig. 1 shows a diagram of a plate mechanism, Fig. 2 shows a diagram of a plate mechanism with a seat put on a support plate, and Fig. 3 shows a structure of a rod-type mechanism with an object suspended from the support plate.

Przedmiot wynalazku przedstawiony na fig. 1 składa się z dwóch poprzecznie ustawionych jeden nad drugim czworoboków przegubowych 1,2,3,4 i 4,5,6,7 każdy w kształcie trapezu równoramiennego.The subject matter of the invention shown in Fig. 1 consists of two articulated quadrilaterals 1, 2, 3, 4 and 4, 5, 6, 7 arranged transversely one above the other, each in the shape of an isosceles trapezoid.

Podstawa 1 pierwszego czworoboku stanowi nieruchome ogniwo bazowe mechanizmu mocowane zwykle na konstrukcji nośnej maszyn i urządzeń technicznych. Podstawa 1 połączona jest przegubamiThe base 1 of the first quadrilateral is the fixed base link of the mechanism, usually fixed to the supporting structure of machinery and technical devices. The base 1 is connected by joints

PL 214 586 B1 obrotowymi A i D z wahaczami 2 i 3 stanowiącymi ruchome ogniwa boczne pierwszego czworoboku. Wahacze 2 i 3 połączone są przegubami obrotowymi B i C z łącznikiem 4 stanowiącym wspólne ogniwo obu czworoboków tj. górną podstawę pierwszego i dolną podstawę drugiego czworoboku. Ruchomy łącznik 4 stanowi prostokątną ramkę z parami przegubów obrotowych B, C oraz E, H rozmieszczonych wzdłużnie na każdym boku. Łącznik 4 przegubami obrotowymi E i H połączony jest z wahaczami 5 i 6 stanowiącymi ruchome ogniwa boczne drugiego czworoboku, które z kolei przegubami obrotowymi F i G połączone są z platformą nośną 7 stanowiącą ruchome ogniwo górnej podstawy drugiego czworoboku, na którym mocowany jest poziomowany obiekt np. fotel, kamera itp.With the rockers 2 and 3, they constitute the movable side links of the first quadrilateral. The rockers 2 and 3 are connected by pivot joints B and C with the link 4 constituting a common link of both quadrilaterals, i.e. the upper base of the first and the lower base of the second quadrilateral. The movable link 4 is a rectangular frame with pairs of pivot points B, C and E, H longitudinally arranged on each side. The link 4 is connected with the swivel joints E and H to the rockers 5 and 6 constituting the movable side links of the second quadrilateral, which in turn, by means of pivot joints F and G, are connected with the support platform 7 constituting the movable link of the upper base of the second quadrilateral, on which the leveled object, e.g. . armchair, camera etc.

Mechanizm poruszany jest przez dwa siłowniki N1 i N2 usytuowane w dwóch poprzecznych płaszczyznach działania czworoboków przegubowych. Siłownik N1 podłączony jest do podstawy 1 przegubem kulistym J i do platformy nośnej 7 przegubem kulistym I. Siłownik N2 podłączony jest do podstawy 1 przegubem kulistym L i do platformy nośnej 7 przegubem kulistym K.The mechanism is actuated by two actuators N1 and N2 situated in two transverse planes of action of the articulated quadrilaterals. The N1 actuator is connected to the base 1 with a ball joint J and to the support platform 7 with a ball joint I. The N2 actuator is connected to the base 1 with a ball joint L and to the support platform 7 with a ball joint K.

Przedstawiony na fig. 1 i fig. 2 mechanizm posiada sześć ruchomych ogniw płytowych 2,3,4,5,6,7 połączonych ze sobą przegubami obrotowymi, które, zwłaszcza dla cięższych konstrukcji, mogą być zrealizowane w postaci szeregu współosiowych przegubów A1A2, B1B2, C1C2, D1D2, E1E2, F1F2, G1G2, H1H2. Dla odpowiednich wymiarów ogniw mechanizm stabilizacji poziomej platformy nośnej 7 umożliwia redukcję zamocowanego na nim obiektu wzdłuż osi x i y oraz wokół osi x i y. Przykładowe zawieszenia fotela S na tym mechanizmie, pokazane na fig. 2, pozwala redukować drgania, zwłaszcza niskoczęstotliwościowe o dużej amplitudzie, wywołane przez przejazd maszyny po nierównym terenie. W mechanizmie o przedstawionej strukturze, w zależności od konstrukcji zawieszenia ramy maszyny i wysokości posadowienia fotela, można tak dobrać wymiary ogniw 2,3,4,5,6 i 7, że dwa siłownikami N1 i N2 będą skutecznie tłumić drgania fotela S w czterech stopniach swobody tj. liniowe wzdłuż osi x i y oraz skrętne wokół osi x i y. Ruch obrotowy ramy maszyny wokół osi pionowej, wynikający ze skrętu, będzie przenoszony na fotel S przez zamocowany na niej mechanizm. Istotne drgania w kierunku pionowym mogą być redukowane za pomocą dodatkowego układu umieszczonego na platformie 7 pod fotelem S. Ponieważ platforma 7 jest podwieszona na płytach 2, 3, 4, 5 i 6, to siłowniki N1 i N2 w niewielkim stopniu są obciążone siłą ciężkości fotela S. Z kolei mechanizm stabilizacji poziomej lekkich obiektów podwieszanych P, np. kamera fotograficzna, przedstawiono na fig. 3. Struktura tego mechanizmu składa się z sześciu ruchomych ogniw prętowych 2,3,4,5,6 i 7 połączonych ze sobą przegubami obrotowymi A do H. W konstrukcji tej ruchomy łącznik 4 stanowi krzyżak z parami przegubów obrotowych B, C oraz E, H rozmieszczonych prostopadle do ramion krzyżaka. Stabilizowany obiekt P przytwierdzony jest do platformy nośnej 7 wykonanej również w formie krzyżaka. Ponieważ mechanizm wykazuje dwa stopnie ruchliwości, jest poruszany przez dwa silniki obrotowe M1 i M2, gdzie silnik M1 przyłączany jest do dowolnego przegubu w pierwszym czworoboku 1,2,3,4, a silnik M2 przyłączany jest do dowolnego przegubu w drugim czworoboku 4,5,6,7. W przykładzie na fig. 3 silnik M1 podłączony jest w przegubie A w płaszczyźnie działania pierwszego czworoboku 1,2,3,4, a silnik M2 podłączony jest w przegubie E w płaszczyźnie działania drugiego czworoboku 4,5,6,7.The mechanism shown in Fig. 1 and Fig. 2 has six movable plate links 2, 3, 4, 5, 6, 7 connected to each other by pivot joints, which, especially for heavier structures, can be realized in the form of a series of coaxial joints A1A2, B1B2. , C1C2, D1D2, E1E2, F1F2, G1G2, H1H2. For the appropriate dimensions of the links, the horizontal stabilization mechanism of the supporting platform 7 enables the reduction of the object attached to it along the x and y axis and around the x and y axes. The exemplary suspension of the seat S on this mechanism, shown in Fig. 2, allows to reduce vibrations, especially low-frequency with large amplitude, caused by by driving the machine over uneven ground. In the mechanism with the presented structure, depending on the structure of the machine frame suspension and the seat height of the seat, the dimensions of links 2, 3, 4, 5, 6 and 7 can be selected in such a way that two actuators N1 and N2 will effectively dampen vibrations of the S seat in four levels freedom, ie linear along the x and y axes and torsional around the x and y axes. Rotary movement of the machine frame around the vertical axis, resulting from turning, will be transferred to the seat S by a mechanism mounted on it. Significant vibrations in the vertical direction can be reduced by means of an additional system located on the platform 7 under the seat S. As the platform 7 is suspended on the plates 2, 3, 4, 5 and 6, the N1 and N2 actuators are slightly loaded with the weight of the chair S. In turn, the horizontal stabilization mechanism of light suspended objects P, e.g. a photo camera, is shown in Fig. 3. The structure of this mechanism consists of six movable rod links 2, 3, 4, 5, 6 and 7 connected with each other by rotary joints A to H. In this construction, the movable link 4 is a cross with pairs of pivot joints B, C and E, H arranged perpendicular to the legs of the cross. The stabilized object P is attached to the supporting platform 7, also in the form of a cross. As the mechanism has two degrees of mobility, it is driven by two rotary motors M1 and M2, where the motor M1 is attached to any joint in the first quadrilateral 1,2,3,4 and the motor M2 is attached to any joint in the second quadrilateral 4,5 , 6.7. In the example of Fig. 3, the motor M1 is connected at joint A in the plane of operation of the first quadrilateral 1, 2, 3, 4, and the motor M2 is connected at joint E in the plane of operation of the second quadrilateral 4,5,6,7.

Claims

1.Mechanism of horizontal stabilization of the carrying platform, positioned by rotary or linear drive motors, containing movable links connected with each other by rotary joints, characterized by the fact that it consists of two articulated quadrilaterals (1,2,3,4) and (4, 5,6,7) in the shape of isosceles trapezoids, the movable link (4) with pairs of pivot joints (B, C and E, H) being a common link of both quadrilaterals.

2. Mechanism according to claim 4. A method as claimed in claim 1, characterized in that the movable link (4) is a quadrangular frame with pairs of pivot joints (B, C and E, H) on each side.

3. The mechanism according to p. A device according to claim 1, characterized in that the movable link (4) is a cross with pairs of pivot joints (B, C and E, H) perpendicular to the legs of the cross.

4. The mechanism according to p. The method of claim 1, characterized in that to each quadrilateral (1, 2, 3, 4) and (4, 5, 6, 7) one linear (N) or rotary (M) drive is connected.

Mechanism according to p. The method of claim 1, characterized in that two linear drives (N1 and N2) located transversely in the planes of operation of the articulated quadrilaterals (1,2,3,4) are connected to the support platform (7) with spherical joints (I, J, L, K) and (4,5,6,7).