CN204525441U - 一种基于并联机构的三自由度摇摆台 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于并联机构的三自由度摇摆台，摇摆台基于并联机构，包括定平台、动平台、以及连接这两个平台的驱动分支机构和静力平衡装置；驱动分支机构为三个，其结构相同、均匀对称布置在定平台与动平台间，通过联动实现动平台的横摇、纵摇和升降运动；静力平衡装置设置在三个驱动分支机构的中心，同时连接定平台与动平台的中心，用于平衡动平台和负载部分重力。该摇摆台具有承载能力强、工作空间大等特点，尤其适合于结构尺寸和重量都很大的超大负载的运动模拟试验。

Description

一种基于并联机构的三自由度摇摆台

技术领域

本实用新型属于运动模拟设备技术领域，尤其涉及一种基于并联机构的大负载三自由度摇摆台。

背景技术

并联机构的研究可追溯到20世纪40年代，近几十年来，随着对其研究的不断深入，并联机构越来越广泛的应用于飞行模拟、车辆道路模拟、航空航海设备摇摆模拟、机器人、并联机床、空间对接技术等领域，其中最著名的就是Stewart六自由度运动平台。但是，在很多情况下，模拟并不需要六自由度运动，比如模拟舰船在海上摇摆运动时，往往只需要三到四个自由度便可以满足要求，此时采用六自由度运动平台便存在一定的浪费。自由度为2～5之间的运动机构，称为少自由度机构。相对于六自由度并联运动机构，少自由度机构由于部分自由度被约束，所以其驱动元件也相应减少，但是其部分自由度的约束，需要设计专门的机构来实现。目前，对于少自由度机构的研究还不是很深入，它具有若干自由度，但存在的这几个自由度也有可能不是原来纯自由体时的绝对完全的自由度，而是具有一定限制的相对的自由度，即不完全自由度。另外，对于一些超大负载场合，需要机构具有很大的承载能力。因此，少自由度并联机构不同的结构，决定了其工作空间、承载能力和约束能力等重要技术指标。

实用新型内容

本实用新型要解决的问题是一种基于并联机构的三自由度摇摆台用于运动模拟，该摇摆台具有承载能力强、工作空间大等特点，尤其适合于结构尺寸和重量都很大的超大负载的运动模拟试验。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种基于并联机构的三自由度摇摆台，所述摇摆台基于并联机构，包括定平台、动平台、以及连接这两个平台的驱动分支机构和静力平衡装置；

所述驱动分支机构为三个，其结构相同、均匀对称布置在定平台与动平台间，通过联动实现动平台的横摇、纵摇和升降运动；

所述静力平衡装置设置在三个驱动分支机构的中心，同时连接定平台与动平台的中心，用于平衡动平台和负载部分重力。

进一步，所述驱动分支机构为PRRRRS构型的平面五连杆机构；所述平面五连杆机构包括一直线作动器构成的第一移动副；所述直线作动器的固定端通过第一转动副与定平台连接,所述直线作动器的活动端通过第二转动副与一上折页中部连接,所述上折页上端通过第一球面副与动平台连接,下端通过第三转动副与一下折页上端连接,所述下折页下端通过第四转动副固定于定平台上。

优选的，所述直线作动器为液压缸。

进一步，为了降低功率消耗，减小驱动作动器的出力，设置的所述静力平衡装置包括静力平衡液压缸和蓄能器；所述静力平衡液压缸的缸筒和活塞杆之间形成第二移动副，所述缸筒通过第二球面副固定在定平台上，活塞杆通过第三球面副与动平台连接；所述静力平衡液压缸的下腔与所述蓄能器相连，通过蓄能器的压力驱动静力平衡液压缸的活塞产生的力来平衡动平台和负载的部分重力。

静力平衡液压缸在摇摆台工作过程中进行随动运动，并未参与摇摆台的运动控制。

本实用新型具有的优点和积极效果是：(1)结构相同的三个并联的驱动分支结构简单可靠；(2)本实用新型摇摆平台工作空间大，不易产生奇异位形；(3)可实现横摇、纵摇两个转动自由度运动和一个直线升降自由度的运动；(4)三个受限制自由度的约束，通过上折页和下折页结构实现，既可提高其承载能力，又可降低功率消耗，同时保证了设备的安全性；(5)静力平衡装置进一步提高了其承载能力，降低了功率消耗。

附图说明

图1是本实用新型摇摆台的结构示意图

图2是本实用新型摇摆台绕X轴横摇的运动示意图

图3是本实用新型摇摆台绕Y轴纵摇的运动示意图

图4是本实用新型摇摆台绕Z轴横摇的运动示意图

图中：

1、定平台；2、下折页；3、缸筒；4、活塞杆；5、上折页；6、动平台；7、静力平衡液压缸；8、蓄能器；P、第一移动副；R1、第一转动副；R2、第二转动副；R3、第三转动副；R4、第四转动副；S、第一球面副。

具体实施方式

如图1所示，一种基于并联机构的三自由度摇摆台，摇摆台基于并联机构，包括定平台1、动平台6、以及连接这两个平台的驱动分支机构和静力平衡装置。

驱动分支机构为三个，其结构相同、均匀对称布置在定平台1与动平台6间，通过联动实现动平台6的横摇、纵摇和升降运动。

静力平衡装置设置在三个驱动分支机构的中心，同时连接定平台1与动平台6的中心，用于平衡动平台6和负载部分重力。

驱动分支机构为PRRRRS构型的平面五连杆机构；平面五连杆机构包括一直线作动器构成的第一移动副P；直线作动器为液压缸，液压缸的缸筒3通过第一转动副R1与定平台1连接,液压缸的活塞杆4通过第二转动副R2与一上折页5中部连接,上折页5上端通过第一球面副S与动平台6连接,下端通过第三转动副R3与一下折页2上端连接,下折页2下端通过第四转动副R4固定于定平台1上。

静力平衡装置包括静力平衡液压缸7和蓄能器8；静力平衡液压缸7的缸筒和活塞杆之间形成第二移动副，缸筒通过第二球面副固定在定平台1上，活塞杆通过第三球面副与动平台6连接；静力平衡液压缸7的下腔与所述蓄能器8相连，通过蓄能器8的压力驱动静力平衡液压缸7的活塞产生的力来平衡动平台和负载的部分重力。蓄能器8有三个，平均分布在静力平衡液压缸7的周围。静力平衡液压缸7在摇摆台工作过程中进行随动运动，并未参与摇摆台的运动控制。

图2为三自由度摇摆台绕X轴横摇运动示意图。横摇时，中间的驱动分支机构不动，两侧驱动分支机构进行差动运动(一个伸出，一个缩回)。

图3为三自由度摇摆台绕Y轴纵摇运动示意图。纵摇时，两侧的驱动分支机构同步运动，并与中间的驱动分支机构进行差动运动。

图4为三自由度摇摆台沿Z轴升降运动示意图。升降时，三个驱动分支机构同时进行同步运动。

以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (4)

1.一种基于并联机构的三自由度摇摆台，所述摇摆台基于并联机构，其特征在于：包括定平台、动平台、以及连接这两个平台的驱动分支机构和静力平衡装置；

所述驱动分支机构为三个，其结构相同、均匀对称布置在定平台与动平台间，通过联动实现动平台的横摇、纵摇和升降运动；

所述静力平衡装置设置在三个驱动分支机构的中心，同时连接定平台与动平台的中心，用于平衡动平台和负载部分重力。

2.根据权利要求1所述的三自由度摇摆台，其特征在于：所述驱动分支机构为平面五连杆机构；所述平面五连杆机构包括一直线作动器构成的第一移动副；所述直线作动器的固定端通过第一转动副与定平台连接,所述直线作动器的活动端通过第二转动副与一上折页中部连接,所述上折页上端通过第一球面副与动平台连接,下端通过第三转动副与一下折页上端连接,所述下折页下端通过第四转动副固定于定平台上。

3.根据权利要求2所述的三自由度摇摆台，其特征在于：所述直线作动器为液压缸。

4.根据权利要求1所述的三自由度摇摆台，其特征在于：所述静力平衡装置包括静力平衡液压缸和蓄能器；所述静力平衡液压缸的缸筒和活塞杆之间形成第二移动副，所述缸筒通过第二球面副固定在定平台上，活塞杆通过第三球面副与动平台连接；所述静力平衡液压缸的下腔与所述蓄能器相连。