[發(fā)明專利]一種曲柄搖桿式機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的六自由度體感平臺(tái)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710589846.7
• 申請(qǐng)日: 2017-07-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109285407A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-01-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡磊;張堅(jiān);郭娜;俞國(guó)鑫;劉洪升
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京楓翼科技有限公司
• 主分類號(hào): G09B9/00
• 分類號(hào): G09B9/00
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• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明涉及一種曲柄搖桿式機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的六自由度體感平臺(tái)，由動(dòng)平臺(tái)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、靜平臺(tái)、控制系統(tǒng)組成；執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩端分別安裝在動(dòng)平臺(tái)和靜平臺(tái)上；控制系統(tǒng)安裝在靜平臺(tái)上。本發(fā)明采用支鏈RSS運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)替代傳統(tǒng)UCS或SPS結(jié)構(gòu)，動(dòng)平臺(tái)工作空間范圍更大；使用空間曲柄搖桿機(jī)構(gòu)代替電動(dòng)缸式直線運(yùn)動(dòng)單元，更加穩(wěn)定、可靠，提高了操作的安全性；此外，由于驅(qū)動(dòng)電機(jī)分布集中，便于機(jī)械結(jié)構(gòu)與電氣系統(tǒng)的隔離，更利于保障安全。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是一種曲柄搖桿式機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的六自由度體感平臺(tái)，由空間曲柄搖桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)三維空間內(nèi)的精密位姿運(yùn)動(dòng)，屬于精密傳動(dòng)、虛擬仿真領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和體感模擬裝置的發(fā)展和應(yīng)用，體感平臺(tái)被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)駕駛模擬器、飛行模擬器、游戲體感模擬器等眾多領(lǐng)域。體感平臺(tái)的功能就是利用機(jī)器人技術(shù)模擬真實(shí)的運(yùn)動(dòng)環(huán)境，為操作人員提供視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、動(dòng)感等逼真的感覺(jué)。

體感平臺(tái)廣泛采用并聯(lián)六自由度Stewart結(jié)構(gòu)平臺(tái)，通常Stewart平臺(tái)由靜平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)和6個(gè)支撐桿件組成，每個(gè)支撐桿件的兩端分別與動(dòng)平臺(tái)、靜平臺(tái)鉸接，根據(jù)鉸接形式的不同，常見(jiàn)的形式有RCS，UPS，SPS等支鏈形式。

在目前的研究中，一些學(xué)者設(shè)計(jì)的Stewart平臺(tái)支鏈鉸鏈形式為SPS；還有學(xué)者采用UCU形式的支鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基于Stewart平臺(tái)的跟蹤定位放療裝置，每個(gè)支鏈的驅(qū)動(dòng)通過(guò)電動(dòng)缸實(shí)現(xiàn)，當(dāng)將靜平臺(tái)固定在合適的位置后，人體所處的放療床安放在動(dòng)平臺(tái)上，通過(guò)控制不同電動(dòng)缸的位置，調(diào)節(jié)動(dòng)平臺(tái)的位姿Z，實(shí)現(xiàn)對(duì)人體姿態(tài)的調(diào)整。

眾所周知，Stewart機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)精度高，但是也存在一個(gè)明顯的弊端，運(yùn)動(dòng)范圍小。目前Stewart平臺(tái)廣泛采用電動(dòng)缸方式驅(qū)動(dòng)，若想增大運(yùn)動(dòng)空間，就需要擴(kuò)大各缸的行程，導(dǎo)致并聯(lián)機(jī)構(gòu)整體占用空間就會(huì)加大，而且一旦某個(gè)缸突然不響應(yīng)，很容易發(fā)生安全事故。因此很有必要設(shè)計(jì)一款新型的Stewart平臺(tái)，在不影響運(yùn)動(dòng)精度的情況下，可以提高運(yùn)動(dòng)范圍，且不增加占用空間。本文設(shè)計(jì)了一種電機(jī)-曲柄搖桿式機(jī)構(gòu)，只需將曲柄長(zhǎng)度加長(zhǎng)，而搖桿長(zhǎng)度不變，即可擴(kuò)大運(yùn)動(dòng)范圍，機(jī)構(gòu)占用的空間并沒(méi)有變大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種曲柄搖桿式機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的六自由度體感平臺(tái)，它使用空間曲柄搖桿機(jī)構(gòu)替代直線運(yùn)動(dòng)單元，有效解決了Stewart平臺(tái)運(yùn)動(dòng)空間范圍小的問(wèn)題。

技術(shù)方案：本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種曲柄搖桿式機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的六自由度體感平臺(tái)，它由動(dòng)平臺(tái)(1)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)(2)、靜平臺(tái)(3)、控制系統(tǒng)(4)組成；執(zhí)行機(jī)構(gòu)(2)兩端分別安裝在動(dòng)平臺(tái)(1)和靜平臺(tái)(3)上；控制系統(tǒng)(4)安裝在靜平臺(tái)(3)上。

所述動(dòng)平臺(tái)(1)是一個(gè)不規(guī)則形空心結(jié)構(gòu)，該動(dòng)平臺(tái)(1)側(cè)邊分布著6個(gè)相同的伸出軸，這6個(gè)伸出軸連接起來(lái)構(gòu)成一個(gè)長(zhǎng)邊與短邊相間的六邊形，該六邊形的三個(gè)長(zhǎng)邊相等、三個(gè)短邊相等，每一個(gè)伸出軸分別通過(guò)螺釘與相應(yīng)的動(dòng)平臺(tái)連接球鉸(25)連接。

所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)(2)在六自由度體感平臺(tái)上共有六組，每組分別曲驅(qū)動(dòng)電機(jī)(21)、轉(zhuǎn)動(dòng)曲柄(22)、靜平臺(tái)連接球鉸(23)、搖桿(24)和動(dòng)平臺(tái)連接球鉸(25)組成；驅(qū)動(dòng)電機(jī)(21)固定在靜平臺(tái)(3)的靜平臺(tái)主體(31)上；驅(qū)動(dòng)電機(jī)(21)為交流電機(jī)，為了保證動(dòng)平臺(tái)有較大的負(fù)載能力，選用功率較大的交流電機(jī)能夠保證動(dòng)平臺(tái)有足夠的力矩輸出；轉(zhuǎn)動(dòng)曲柄(22)輸入端與驅(qū)動(dòng)電機(jī)(21)伸出軸固定；靜平臺(tái)連接球鉸(23)將轉(zhuǎn)動(dòng)曲柄(22)輸出端和搖桿(24)的一端連接在一起，動(dòng)平臺(tái)連接球鉸(25)將動(dòng)平臺(tái)(1)伸出軸和搖桿(24)的另一端連接。

所述靜平臺(tái)(3)由靜平臺(tái)主體(31)、靜平臺(tái)底座(32)兩部分組成，靜平臺(tái)底座(32)放置在平地上，靜平臺(tái)主體(31)通過(guò)螺釘固定在靜平臺(tái)底座(32)上；靜平臺(tái)主體(31)是一個(gè)多邊形空心盤(pán)狀結(jié)構(gòu)，6個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)(21)均勻分布在靜平臺(tái)主體(31)上；此外，靜平臺(tái)主體(31)設(shè)計(jì)為空心結(jié)構(gòu)，不僅節(jié)約了材料，而且減輕了整體重量。