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CN106695759B - 一种具有对称混联分支的三自由度并联稳定平台 - Google Patents

一种具有对称混联分支的三自由度并联稳定平台 Download PDF

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Abstract

一种具有对称混联分支的三自由度并联稳定平台机构，包括下平台、上平台，下平台与上平台之间设有约束分支和三个结构完全相同的驱动分支，驱动分支包括两个并联的电动缸、两个第一万向铰、两个球铰、滑块、两个自由长度和刚度均相等的压缩弹簧和导轨，电动缸尾部通过第一万向铰与下平台铰接，电动缸上端部通过球铰与滑块铰接，上述两个压缩弹簧分别安装于导轨左端与滑块左端之间、导轨右端与滑块右端之间，导轨与上平台固连，两个电动缸并联后再与滑块、导轨串联组成串并混联结构驱动分支；约束分支包括第二万向铰、第二移动关节，所述第二万向铰连接上平台，第二移动关节连接下平台。具有承载能力强，动态响应速度快，控制简单的特点。

Description

一种具有对称混联分支的三自由度并联稳定平台
技术领域
本发明涉及一种具有对称混联分支的三自由度并联稳定平台机构。
背景技术
舰船在海上运行过程中，受海浪影响会产生横摇、纵摇、艏摇、横荡、纵荡、垂荡等六个自由度的扰动，其中横摇、纵摇、垂荡这三种扰动对舰载设备和人员影响最大。隔离海浪引起的扰动，为舰载设备和人员提供稳定的工作环境，一方面可以采用六自由度稳定平台对所有扰动进行隔离，另一方面可以采用少自由度稳定平台隔离对设备和人员影响最为严重的部分扰动。与六自由度稳定平台相比，少自由度稳定平台结构简单，设计制造和控制的成本相对较低，此外舰载设备和人员对较小扰动有一定的适应性，所以采用具有两转一移三自由度的稳定平台隔离舰船的横摇、纵摇、垂荡是较为合理的。相比串联机构，并联机构承载能力强，刚度大，可用于稳定平台。与六自由度并联机构相比，驱动元件的减少使得少自由度并联机构的承载能力和动态性能会受到影响，限制了其在大型设备稳定方面的应用。因此提高少自由度并联机构的承载能力成为拓展少自由度并联机构应用范围的一个关键问题。
中国发明专利申请2010101373708.6公开了一种六缸驱动三轴转动平台，该平台为并联结构，包括上平台、下平台、驱动分支和中间约束分支，具有空间三维转动自由度。由结构示意图可知该平台的驱动分支分布形式与传统Stewart平台类似，这导致了该平台在初始位姿是奇异的，且在驱动分支对称分布情况下，平台均会存在奇异位型。中国发明专利申请201510155500.7公开了一种三自由度的并联机构，包括定平台、动平台和连接定、动两个平台的第一分支链、第二分支链、第三分支链和第四分支链，其中第一分支链和第三分支链为RRU结构，第二分支链和第四分支链为RRS结构。第一分支链与第三分支链沿水平的第一方向相对布置，第二分支链与第四分支链沿与第一方向垂直的第二方向布置。该平台为非对称结构，且同样存在位型奇异的问题。中国发明专利申请201510555613.6公开了一种驱动冗余式三自由度稳定平台，该平台为并联结构，包括定平台、动平台和连接定、动平台第一分支链、第二分支链、第三分支链、第四分支链和第五分支链，其中第一分支链、第二分支链和第五分支链分布于第一平面，第三分支链、第四分支链分布与第二平面。该稳定平台采用驱动冗余的方法消除平台的奇异位型及铰链间隙。但是这种驱动形式需要力位混合的控制方式，控制系统复杂，控制难度大，且存在内力过大破环零部件的风险。
发明内容
本发明其目的就在于提供一种具有对称混联分支的三自由度并联稳定平台机构，采用六个电动缸驱动上平台实现两转一移三自由度运动，且驱动是非冗余的，具有承载能力强，动态响应速度快，控制简单，不存在主动过约束的特点，可满足舰载大型设备的稳定需求。
实现上述目的而采取的技术方案，包括下平台、上平台，所述下平台与上平台之间设有约束分支和三个结构完全相同的驱动分支，所述驱动分支包括两个并联的电动缸、两个第一万向铰、两个球铰、滑块、两个自由长度和刚度均相等的压缩弹簧、和导轨，所述电动缸尾部通过第一万向铰与下平台铰接，电动缸上端部通过球铰与滑块铰接，上述两个压缩弹簧分别安装于导轨左端与滑块左端之间、导轨右端与滑块右端之间，所述导轨与上平台固连，两个电动缸并联后再与滑块、导轨串联组成串并混联结构驱动分支；所述约束分支包括第二万向铰、第二移动关节，所述第二万向铰连接上平台，第二移动关节连接下平台。
与现有技术相比本发明具有以下优点。
 1、采用六个电动缸驱动上平台实现两转一移三自由度运动，提高了稳定平台的承载能力和动态相应，而且驱动方式是非冗余的，控制简单方便；
2、电动缸运动出现误差时，滑块带动压缩弹簧移动，可以释放系统内部应力，起到容错和安全保护的作用；
3、球铰中心点所在圆直径不小于第一万向铰中心点所在圆直径保证下平台随舰船发生倾斜时负载产生的倾覆力矩较小，可以进一步提高稳定平台的承载能力；
4、三个驱动分支均匀布置，同一驱动分支中的第一万向铰、第一球铰中心点连线构成矩形，可以尽量减小同一驱动分支中两个电动缸的夹角，使得电动缸的输入利用率提高，且使稳定平台具有良好的各向同性。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步详述。
图1为本发明的结构示意主视图；
图2为本发明的结构示意仰视图；
图3为本发明的实施例2结构示意图。
实施方式
本装置包括下平台1、上平台2，如图1、图2所示，所述下平台1与上平台2之间设有约束分支和三个结构完全相同的驱动分支，所述驱动分支包括两个并联的电动缸7、两个第一万向铰8、两个球铰6、滑块5、两个自由长度和刚度均相等的压缩弹簧4、和导轨3，所述电动缸7尾部通过第一万向铰8与下平台1铰接，电动缸7上端部通过球铰6与滑块5铰接，上述两个压缩弹簧4分别安装于导轨3左端与滑块5左端之间、导轨3右端与滑块5右端之间，所述导轨3与上平台2固连，两个电动缸7并联后再与滑块5、导轨3串联组成串并混联结构驱动分支；所述约束分支包括第二万向铰10、第二移动关节9，所述第二万向铰10连接上平台2，第二移动关节9连接下平台1。
所述下平台1与上平台2之间设有三个驱动分支，三个驱动分支在下平台2周围均匀分布，所述球铰6中心点所在圆直径不小于第一万向铰8中心点所在圆直径，所述三个导轨3中心线两两相交，三个交点连线构成等边三角形。
上平台2处于初始位置时所述同一驱动分支中相邻第一万向铰、球铰中心点连线构成矩形。
 所述第二万向铰10中心与上平台2中心连线垂直于上平台2表面，所述第二万向铰10中心与下平台1中心连线垂直于下平台1表面，所述第二移动关节9的移动轴线垂直于下平台1表面。
实施例1
如图1、图2 所示，电动缸7尾部通过第一万向铰8与下平台1铰接，该电动缸上端部通过球铰6与滑块5铰接；两个压缩弹簧4分别安装于导轨3左端与滑块左端之间、导轨右端与滑块右端之间；上述导轨与上平台2固连。两个电动缸并联，再与滑块、导轨串联，组成串并混联 (2UPS)Pe结构驱动分支。三个驱动分支在下平台周围均匀分布，球铰中心点所在圆直径大于第一万向铰中心点所在圆直径。上平台处于初始位置时上述同一驱动分支中相邻第一万向铰、球铰中心点连线构成矩形。约束分支的第二万向铰10连接上平台，第二移动关节9连接下平台。上述第二万向铰中心与上平台中心连线垂直于上平台表面；上述第二万向铰中心与下平台中心连线垂直于下平台表面；所述第二移动关的移动轴线垂直于下平台表面。
实施例2
如图3所示，本实施例的结构与实施例1结构基本相同，不同之处在于球铰6中心点所在圆直径等于第一万向铰8中心点所在圆直径。

Claims (1)

1.一种具有对称混联分支的三自由度并联稳定平台机构，包括下平台(1)、上平台（2），其特征在于，所述下平台(1)与上平台（2）之间设有约束分支和三个结构完全相同的驱动分支，所述驱动分支包括两个并联的电动缸（7）、两个第一万向铰（8）、两个球铰（6）、滑块（5）、两个自由长度和刚度均相等的压缩弹簧（4）、和导轨（3），所述电动缸（7）尾部通过第一万向铰（8）与下平台（1）铰接，电动缸（7）上端部通过球铰（6）与滑块（5）铰接，上述两个压缩弹簧（4）分别安装于导轨（3）左端与滑块（5）左端之间、导轨（3）右端与滑块（5）右端之间，所述导轨（3）与上平台（2）固连，两个电动缸（7）并联后再与滑块（5）、导轨（3）串联组成串并混联结构驱动分支；所述约束分支包括第二万向铰（10）、第二移动关节（9），所述第二万向铰（10）连接上平台（2），第二移动关节（9）连接下平台（1）；所述下平台(1)与上平台（2）之间设有三个驱动分支，三个驱动分支在下平台（1）周围均匀分布，所述球铰（6）中心点所在圆直径不小于第一万向铰（8）中心点所在圆直径，所述三个导轨（3）中心线两两相交，三个交点连线构成等边三角形；上平台（2）处于初始位置时所述同一驱动分支中相邻第一万向铰、球铰中心点连线构成矩形；所述第二万向铰（10）中心与上平台（2）中心连线垂直于上平台（2）表面，所述第二万向铰（10）中心与下平台（1）中心连线垂直于下平台（1）表面，所述第二移动关节（9）的移动轴线垂直于下平台（1）表面。
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