[發明專利]一種耦合型四自由度運動模擬臺

有效

• 申請號: 201310297819.4
• 申請日: 2013-07-16
• 公開（公告）號: CN103426356A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 趙鐵石;耿明超;李二偉;楊建濤
• 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，特別涉及一種運動模擬臺。

背景技術

多維振動是一種普遍現象。船舶或者車輛在運動的過程中，由于外界環境的因素將產生多維振動。主要運動形式為上下平動振動，俯仰轉動振動，橫滾轉動振動和前進方向上的平動振動。多維振動對人員和設備產生不良影響，造成各種不同的損害。例如，救護車的多維振動將加重病人的痛苦，船舶的多維振動將影響其精密設備的精度，降低設備的使用壽命。模擬車輛的多維振動對研究車輛內的減振具有重要的意義，而車輛的運動一般都是移動和轉動的耦合。因此需要機構能夠實現二維移動和二維轉動，在實現轉動的同時能夠實現較大的耦合位移。一般的串聯平臺易于實現大轉角、輕載調姿，不適用于對存在轉動和移動自由度耦合的負載進行位姿調整。相比之下，并聯機構能夠實現耦合補償。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。

專利02104919.X提出了幾種4自由度和5自由度的并聯機構，該類機構各項同性好、剛度好；但由于其對運動副之間的位置關系較為嚴格，對加工裝配提出了較高的要求。專利02137859.2、02137858.4、02137856.8均提出一種兩維平移兩位轉動的并聯機構，該機構結構簡單、工作空間大；同樣這些機構也對位置關系要求較為嚴格，不易加工裝配。專利ZL200420102722.X提出一種兩維移動兩維轉動的并聯機構，該機構結構簡單、剛性好、易于控制、動態性能好；但由于其將一移動副布置在下平臺，上平臺受力較大時機構運動容易實現爬行。專利CN200620056937.1提出了一種兩維移動兩維轉動的并聯機構，該機構由四個相同的分支和一個RPU約束分支組成，由于該機構約束分支的萬向鉸在動平臺上，使得機構在轉動的同時不能產生較大的耦合移動，不能夠真實的模擬車輛船舶等的多維振動。

發明內容

本發明的目的在于提供一種結構簡單、易于加工裝配、可以獲得不同幅值的運動模擬的耦合型四自由度運動模擬臺。

本發明主要包括上平臺、下平臺以及連接這兩個平臺的結構完全相同的四個驅動分支和一個中間約束分支。其中，驅動分支中的電機座與下平臺固連，電機和減速器與機座固連，曲柄盤與減速器連接，曲柄盤通過行程調整裝置與偏心滑塊連接，連桿的一端通過萬向鉸與上述偏心滑塊連接，該連桿的另一端通過球鉸與上平臺連接。行程調整裝置由帶方榫、絲杠、絲杠座和偏心滑塊組成，絲杠座為帶有凹槽的長形塊，固定在曲柄盤上，帶方榫穿過絲杠座上的通孔并固定在曲柄盤上，帶方榫穿過絲杠座上的通孔并通過轉動副與曲柄盤連接，帶方榫通過其末端的圓錐齒輪與設在絲杠座凹槽內的絲杠末端的圓錐齒輪嚙合連接，偏心滑塊安裝在絲杠上，通過調整偏心滑塊的位置調整運動模擬臺的運動幅度。中間約束分支中的下連桿的一端通過萬向鉸與下平臺連接，該下連桿的另一端通過移動副與上連桿的一端連接，該上連桿的另一端通過轉動副與上平臺連接，該轉動副的軸線平行于中間約束分支中萬向鉸的一個軸線。中間約束分支的移動副上的上連桿外套有彈簧。

本發明與現有的相關技術相比具有如下優點：

1、結構簡單，易于加工裝配。

2、本發明可以實現兩個方向的耦合運動，適合于車輛船舶等的運動模擬。

3、本發明可以通過調整偏心滑塊的位置，使得運動模擬平臺可以獲得不同幅值的運動模擬。

附圖說明

圖1為本發明立體示意簡圖；

圖2為本發明中的行程調整裝置立體示意簡圖。

具體實施方式

在圖1所示的耦合型四自由度運動模擬臺示意圖中，驅動分支中的電機座2與下平臺1固連，電機11和減速器10與機座固連，曲柄盤6與減速器連接，曲柄盤通過行程調整裝置3與偏心滑塊4連接，連桿7的一端通過萬向鉸5與上述偏心滑塊連接，該連桿的另一端通過球鉸8與上平臺9連接。如圖2所示，絲杠座18為帶有凹槽的長形塊，固定在曲柄盤上，帶方榫19穿過絲杠座上的通孔并通過轉動副與曲柄盤連接，帶方榫通過其末端的圓錐齒輪與設在絲杠座凹槽內的絲杠17末端的圓錐齒輪嚙合連接，偏心滑塊安裝在絲杠上，通過調整偏心滑塊的位置調整運動模擬臺的運動幅度；中間約束分支中的下連桿13的一端通過萬向鉸12與下平臺連接，該下連桿的另一端通過移動副與上連桿14的一端連接，該上連桿的另一端通過轉動副16與上平臺連接，該轉動副的軸線平行于中間約束分支中萬向鉸的一個軸線。中間約束分支的移動副上的上連桿外套有彈簧15。