[發明專利]帶承重機構的并聯運動模擬臺

有效

• 申請號: 201210529930.7
• 申請日: 2012-12-11
• 公開（公告）號: CN103050046A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 趙鐵石;苑飛虎
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: G09B25/02
• 分類號: G09B25/02
• 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，特別涉及一種并聯運動模擬臺。

背景技術

常見六自由度并聯運動模擬臺由六個可伸縮連桿、一個基座和一個運動平臺構成。伸縮連桿由電動缸或液壓缸組成。當伸縮桿為電動缸時，模擬臺具有過載能力強、易實現高精度伺服控制等優點，但其輸出力有限，不能夠對飛機、艦船等大型設備的運動進行模擬；當伸縮桿為液壓缸時，模擬臺能夠承受重載，但是液壓系統體積大、元件易泄漏、維護成本高、對溫度敏感等缺點限制了其在并聯運動模擬臺中的應用。

飛機、艦船等大型設備的不斷發展，對并聯運動模擬臺的承載能力、動態響應及控制精度提出了更高的要求。然而，電動機功率有限，不能承受重載，液壓系統也存在一些難以克服的缺點，這在很大程度上限制了并聯運動模擬臺的發展。為解決上述問題，中國專利200820004705.0公開了一種大負載六自由電動平臺，該機構包括六個電動缸和至少三個氣缸，用以模擬飛機、坦克等運動。但其運動平臺繞垂直于運動平臺表面的軸線轉動時，三個氣缸會產生一個繞該軸轉動的附加力矩，這增加了電動缸的負載。中國專利03150629.1公開了一種高壓氣動重力平衡式空間運動模擬器，機構適用于需要大幅值升沉運動的運動模擬器。但其負載主要由并聯機構承擔，承載能力沒有提高。中國專利201110107998.1公布了一種具有機械容錯功能的大型重載模擬器，采用三十二個冗余驅動電機，增強了承載里和驅動力，且當地位對等的冗余驅動源之間不同步或發生故障時，系統可以繼續工作，使系統的安全性和可靠性得到保證。但機械結構復雜，同時控制三十二個冗余驅動電機，增大了控制的難度。中國專利98102675.3公布了一種具有重量支承致動器的模擬器，采用七個致動器驅動平臺運動，具有較高的承載能力，但七個致動器構成冗余驅動，需實時檢測系統壓力進行控制，增加了控制的難度和成本。

發明內容

本發明的目的在于提供一種結構簡單、具有高承載能力、高動態響應、靜載平衡、控制簡單的帶承重機構的并聯運動模擬臺。

本發明的技術方案如下：

本發明主要包括基礎平臺、運動平臺、承重平臺、六個結構完全相同的驅動分支、一個第一承重分支和至少三個結構完全相同的第二承重分支。六個驅動分支連接運動平臺和基礎平臺，構成并聯驅動機構。第一承重分支和第二承重分支連接承重平臺和基礎平臺，構成并聯承重機構。上述六個驅動分支均為UPS結構，由電動缸、第一球鉸和第一萬向鉸組成，其中電動缸的伸縮桿通過第一球鉸與運動平臺連接，該電動缸的尾部通過第一萬向鉸與基礎平臺連接，上述六個第一球鉸中心點連線構成半對稱六邊形，上述六個第一萬向鉸中心點連線構成半對稱六邊形，六個第一球鉸中心點連線構成的半對稱六邊形的短邊與六個第一萬向鉸中心點連線構成的半對稱六邊形的長邊對應。上述第一承重分支為UPU結構，由平衡液壓缸或平衡氣缸、第二萬向鉸和第三萬向鉸組成，其中平衡液壓缸或平衡氣缸的尾部通過第三萬向鉸與基礎平臺連接，該平衡液壓缸或平衡氣缸的伸縮桿通過第二萬向鉸與承重平臺連接，該承重平臺通過轉盤軸承與運動平臺連接，第三萬向鉸中心與基礎平臺中心連線垂直與基礎平臺表面，第二萬向鉸中心與承重平臺中心連線垂直于承重平臺中心。上述三個第二承重分支為UPS結構，由平衡液壓缸或平衡氣缸、第二球鉸和第四萬向鉸組成，其中平衡液壓缸或平衡氣缸的伸縮桿通過第二球鉸與上述承重平臺連接，該平衡液壓缸或平衡氣缸的尾部通過第四萬向鉸與基礎平臺連接，三個第二承重分支在承重平臺周圍均勻分布。

電動缸主要用來驅動運動平臺和負載實現期望運動，平衡液壓缸或平衡氣缸用來承載運動平臺和負載的重力。通過調節平衡液壓缸或平衡氣缸的推力，承重平臺向運動平臺提供一個略低于運動平臺和負載的重力的作用力，可克服大部分運動平臺和負載的重力，工作過程中平衡液壓缸或平衡氣缸的推力由蓄能器保持，不需對其進行控制。電動缸只需較小的力即可實現特定運動。運動平臺繞垂直其表面軸線轉動時，并聯承重機構保持不動。

本發明與現有技術相比具有如下優點：

1、并聯承重機構既能平衡運動平臺和負載的重力又起到安全保護的作用。2、通過電動缸提高了運動模擬臺機構的承載能力和動態響應速度。

3、承重平臺與運動平臺通過轉動副連接，保證了運動平臺繞垂直其表面的軸線轉動的同時，并聯承重機構保持不動，避免三個第二承重分支產生繞該軸轉動的力矩，同時也減小了機構轉動慣量。

4、平衡液壓缸或平衡氣缸的推力通過蓄能器保持，運動模擬臺工作過程中不需要控制，降低了控制的難度。