[發明專利]一種三自由度氣動混合驅動并聯平臺

無效

• 申請號: 201410107076.4
• 申請日: 2014-03-21
• 公開（公告）號: CN103878764A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 陶國良;左赫;劉昊
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本發明涉及一種并聯平臺，特別涉及一種三自由度氣動混合驅動并聯平臺，屬于平臺機構及控制技術領域。

背景技術

平臺機構分為串聯機構與并聯機構，其中并聯平臺機構與串聯平臺機構相比具有較高的剛度特性，便于實現平臺機構的高精度位置控制，在飛行器運動支架、仿生機器人、醫療康復器械等多個領域均有廣泛的應用。現有的并聯平臺多由電機或液壓驅動，存在著能耗大、成本高、設備維護困難和易對環境造成污染等缺陷。使用氣動驅動系統代替原有的電機或液壓驅動系統可有效解決上述技術問題，并已得到了諸多學者的探索和研究，但由于所選用氣動驅動器本身的局限性和氣動平臺機構設計的不合理性，大多數氣動并聯平臺存在剛度低、承載能力弱、難以進行高精度位姿控制等缺點，故有很大的改進空間。

具體而言，絕大多數氣動并聯平臺的控制系統采用同時控制所有執行器的控制策略，目標控制量多且模型復雜，其中一部分氣動并聯平臺還具有控制量冗余的問題，使得基于模型的控制器在應用過程中難以得到設計和實現。在工程實踐中通常因成本及安裝需求將傳感器設置在氣動并聯平臺的驅動器上，而部分氣動并聯平臺存在其機構無運動學正解解析解的問題，即無法通過解析表達式將關節空間位姿信息轉換為工作空間位姿信息，只能通過會耗費大量控制器效能的數值解法來實時獲得運動平臺的位姿狀態。部分并聯平臺機構在某一執行器發生失效情況時，運動平臺會發生豎直方向上的突發性升高或降低，易引起安全方面的隱患。

發明內容

針對現有技術的缺陷和不足，本發明的目的在于提供一種三自由度氣動混合驅動并聯平臺，成本低廉、結構緊湊、設置合理且易于進行位姿控制。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

本發明包括固定平臺和運動平臺，固定平臺下方設有控制箱；運動平臺與固定平臺之間設有三組氣動驅動裝置，三組氣動驅動裝置通過控制箱進行控制；三組氣動驅動裝置包括連接在運動平臺與固定平臺中心之間的一個氣缸機構和兩組分別用于控制運動平臺縱搖位姿和運動平臺橫搖位姿的氣動肌肉組，兩組氣動肌肉組安裝在氣缸機構周圍，氣缸機構連接在運動平臺與固定平臺中心之間，氣缸機構上端與運動平臺鉸接，氣缸機構下端與固定平臺固定連接；兩組氣動肌肉組之間相互垂直安裝，每組氣動肌肉組包括對稱安裝在氣缸機構兩側的兩個氣動肌肉機構。

所述的氣缸機構包括氣缸、氣缸輔助支架、氣缸壓力傳感器、氣缸位移傳感器和氣缸連接座，氣缸活塞桿鉸接在運動平臺底面中心，氣缸下端通過氣缸連接座固定連接在固定平臺中心，氣缸側面設有用于輔助氣缸固定的氣缸輔助支架，氣缸的作用腔入口處設有氣缸壓力傳感器，氣缸上平行設有用于檢測運動平臺高度的氣缸位移傳感器；

所述的氣動肌肉組包括氣動肌肉、氣動肌肉壓力傳感器和氣動肌肉位移傳感器，氣動肌肉兩端分別鉸接在運動平臺與固定平臺上，氣動肌肉上平行設有氣動肌肉位移傳感器，氣動肌肉的進出氣口設有氣動肌肉壓力傳感器。

所述的控制箱內包括氣動三聯件、氣缸控制閥、四組氣動肌肉控制閥組、控制器組和用于供電的電源，控制器組包括氣缸力子控制器、運動平臺縱搖位姿子控制器、運動平臺橫搖位姿子控制器和主控制器；氣動三聯件通過氣管分別連接外氣源、氣缸控制閥和四組氣動肌肉控制閥組，四組氣動肌肉控制閥組通過氣管分別連接兩組氣動肌肉組中的四個氣動肌肉的進氣口，氣缸機構、氣缸控制閥分別與氣缸力子控制器電連接，兩組氣動肌肉組分別與運動平臺縱搖位姿子控制器與運動平臺橫搖位姿子控制器電連接，四組氣動肌肉控制閥組分別與各自的運動平臺縱搖位姿子控制器和運動平臺橫搖位姿子控制器電連接。

所述的氣動肌肉通過鉸鏈連接座鉸接在運動平臺與固定平臺上。

所述的氣缸上端通過球頭關節軸承與運動平臺鉸接。

所述的氣缸輔助支架下端固接在固定平臺上，氣動肌肉輸出軸與氣缸輔助支架上端通過直線軸承套接。

所述的氣缸的背壓腔出口設有消聲器。

所述的氣缸機構中的氣缸壓力傳感器、氣缸位移傳感器與氣缸力子控制器電連接，所述的兩組氣動肌肉組中的各個氣動肌肉壓力傳感器、氣動肌肉位移傳感器分別與各自的運動平臺縱搖位姿子控制器與運動平臺橫搖位姿子控制器電連接，

所述的鉸鏈連接座為球鉸或胡克鉸。

與其他已知含有氣動肌肉驅動器的混合驅動并聯平臺相比，本發明具有功率質量比大、成本低廉、結構緊湊、無污染、易于進行位姿控制等特點，具體有益效果如下：