[發明專利]一種四自由度并聯調姿隔振平臺

有效

• 申請號: 201210228641.3
• 申請日: 2012-07-04
• 公開（公告）號: CN102773855A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發明（設計）人: 趙鐵石;邊輝;陳偉偉;苑飛虎;耿明超
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00
• 代理公司: 石家莊一誠知識產權事務所 13116
• 代理人: 崔鳳英

技術領域

本發明涉及一種并聯機構，特別涉及一種并聯隔振平臺。

背景技術

并聯平臺具有多自由度、結構簡單、大承載力及易于控制等優點，被廣泛應用。近20年來，研究最多的就是六自由度并聯平臺，但實際的工作大多不需要六個自由度。空間少自由度并聯平臺機構和傳統的六自由度并聯平臺相比，驅動元件少，工作空間大、易解耦，具有結構簡單，設計制造和控制的成本都相對較低，高剛度，高精度的特點，特別是具有完全相同的分支結構對稱具有各向同性的對稱少自由度并聯機構更具應用潛力。但少自由度并聯機構的研究進展很不平衡，其中二、三自由度并聯機構的研究基本成熟，而四、五自由度并聯機構的研究較復雜仍處于起步階段，在一定程度上限制了該類并聯機器人的發展和應用。而且在車載、船載及航空航天等環境下，相關儀器設備在工作避程中不可避免地要經受大量的空間振動與沖擊，嚴重影響其工作性能和使用壽命。目前大多并聯隔振機構都是采用六自由度平臺，主要是通過彈簧等阻尼元件，實現被動隔振，主要隔離的是低頻或者超低頻振動，而少自由度隔振平臺的研究相對較少，能夠對中低頻振動實現主動隔振的平臺相對更少。

如中國專利CN200910096797.9公布了三轉動一移動四自由度并聯機構，其機構上下平臺鉸鏈點布置為四邊形，上平臺邊長小于下平臺邊長，驅動采用旋轉電機使P副產生相對位移，四個分支為3-UPS/RPU，為兩種結構的運動分支。其不足之處是：不相同結構的運分支會使運動平臺的工作空間不對稱從而增加操作規劃的難度，不易控制，而且不同結構運動分支使設計、制造和裝配成本提高。此機構運動分支驅動響應較慢，速度和加速度變化較慢，只能調姿并不能主動隔離中低頻振動。如中國專利CN200510052260.4公布了具有被動約束分支四自由度并聯機器人機構，其機構為4-SPS/PS機構，屬于完全對稱少自由度并聯機構，上下平臺鉸鏈點布置分別為正方形或者矩形，驅動采用液壓直線移動驅動裝置或者螺旋副直線驅動裝置，其不足之處是：系統整體移動性較差，機構的運動范圍以及動態性能具有一定的局限性，同時其運動分支驅動不能快速響應，不能實現中低頻主動隔振。

發明內容

本發明的目的在于提供一種機構結構簡單、具有大承載面和調姿空間、動態響應快，能隔離中低頻振動，可實現空間三個方向轉動一個方向移動的四自由度并聯調姿隔振平臺。

本發明的技術方案如下：

本發明主要包括動平臺、定平臺、固定平臺、中間約束PS分支以及連接動平臺和定平臺的四個結構相同的PSU驅動分支。其中，在動平臺和固定平臺之間、位于動平臺與定平臺中心連線上設有中間約束PS分支，該分支是由轉動連接件和伸縮桿組成，該分支的轉動連接件與動平臺連接，伸縮桿的一端與轉動連接件連接，其另一端穿過中間平臺中心的通孔，該端為自由端。定平臺與中間平臺均為等腰梯形，四個直線電機的一端通過連接塊固定在中間平臺的四個角上，該電機的另一端通過設在定平臺四角上的基座固定在定平臺上。上述直線電機可傾斜向內布置也可垂直布置，其與定平臺面夾角為70～90°。在上述四個直線電機的滑塊上均設有連接法蘭，該連接法蘭通過轉動連接件與支撐桿的一端連接，該支撐桿的另一端通過懸臂結構的萬向鉸與動平臺連接，該萬向鉸與動平臺的鏈接點以正方形布置。

中間約束PS分支位于動平臺與定平臺中心連線上，通過轉動連接件和伸縮桿連接，使平臺在空間實現三個轉動一個平移；四個直線電機左右對稱固定在定平臺上形成等腰梯形臺構型，通過萬向鉸、支撐桿和球鉸連接動平臺，在增大動平臺承載面積和工作空間的同時能夠減小機構占用體積。直線電機帶動連接法蘭沿其布置方向移動，連接法蘭通過轉動連接件帶動支撐桿協調擺動控制動平臺實現空間三個方向轉動一個方向移動的四自由度運動。直線電機的斜腰面與基座面的夾角的大小與動平臺運動性能指標有關，采用直線電機使整個系統動態響應性能大大提高，反應異常靈敏快捷，能快速隔離高頻振動，精度和動剛度高，速度快、加減速過程短，運動動安靜、噪音低，同時具有較高的傳動效率。

本發明與現有技術相比具有如下優點：

1、中間約束分支在起到約束作用時又起到保護作用，使在無動力下，四個運動分支的承載量減少10～30%，從而最大限度地提高了動平臺承載能力和動態性能.。

2、動平臺萬向鉸采用懸臂結構，增大承載面和工作空間，機構占用空間體積小。