[發(fā)明專利]一種二級Stewart機構(gòu)并聯(lián)構(gòu)型六自由度振動激勵系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010435044.2
• 申請日: 2020-05-21
• 公開（公告）號: CN111551329B
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 邊邊
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航宇振控科技有限責任公司
• 主分類號: G01M7/02
• 分類號: G01M7/02
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 鄧治平

1.一種二級Stewart機構(gòu)并聯(lián)構(gòu)型六自由度振動激勵系統(tǒng)，采用二級Stewart機構(gòu)六自由度并聯(lián)構(gòu)型，包括十二條作動器支路、多條空氣彈簧支路、多條輔助支撐支路、上平臺組件、下平臺組件及實時控制硬件系統(tǒng)；其特征在于：

系統(tǒng)的機構(gòu)構(gòu)型為二級Stewart機構(gòu)六自由度并聯(lián)構(gòu)型，其十二條作動器支路分為兩組，每組在空間中的布局方式為Stewart構(gòu)型，此兩組Stewart構(gòu)型通過并聯(lián)方式組成二級Stewart機構(gòu)六自由度并聯(lián)構(gòu)型；

所述的二級Stewart機構(gòu)六自由度并聯(lián)構(gòu)型將十二條作動器支路分為兩組，每組六條作動器組成一個經(jīng)典Stewart構(gòu)型機構(gòu)；每個Stewart經(jīng)典構(gòu)型上臺面均為水平面；兩個Stewart構(gòu)型機構(gòu)在同一個水平面高度上，并且兩個Stewart構(gòu)型機構(gòu)的上臺面中心連成一條直線，整臺上臺面中心在此直線之上，布局方式為兩個Stewart構(gòu)型機構(gòu)的上臺面中心繞整臺中心的Z軸旋轉(zhuǎn)對稱，即兩個Stewart經(jīng)典構(gòu)型的上臺面中心與整臺上臺面中心所連射線方向互成180°夾角，繞整臺中心的Z軸旋轉(zhuǎn)180°后兩個Stewart經(jīng)典構(gòu)型的上臺面中心完全重合；兩個Stewart經(jīng)典構(gòu)型的上臺面中心在以整臺上臺面中心為圓心，以一定距離為半徑的圓上；

所述的構(gòu)型為二級Stewart機構(gòu)六自由度并聯(lián)構(gòu)型，包括兩個并聯(lián)的經(jīng)典單級Stewart構(gòu)型；其中的經(jīng)典單級Stewart構(gòu)型包括上臺面、下臺面、6條作動器支路以及空氣彈簧支路或輔助支撐支路，每條作動器支路經(jīng)由上鉸點與上臺面相連，每條作動器支路經(jīng)由下鉸點與下臺面相連，六個上鉸點與六個下鉸點分別分布于上臺面包絡(luò)圓以及下臺面包絡(luò)圓上；每兩個相鄰上鉸點可分為一組，共三組，每組上鉸點與上臺面中心形成的夾角相同，每兩個相鄰下鉸點可分為一組，共三組，每組下鉸點與下臺面中心形成的夾角相同；經(jīng)典單級Stewart構(gòu)型以上臺面中心指向某一組上鉸點中點方向為X軸正方向，以下臺面中心指向上臺面中心方向為Z軸正方向，并滿足右手坐標系；

兩個經(jīng)典單級Stewart構(gòu)型的排布方向共有四種實現(xiàn)方式：

實現(xiàn)方式1為每個經(jīng)典單級Stewart構(gòu)型X軸正方向均指向每個經(jīng)典單級Stewart構(gòu)型上臺面中心與整臺上臺面中心連線的反方向，即單級X軸正方向向外的旋轉(zhuǎn)對稱實現(xiàn)方式；

實現(xiàn)方式2為每個經(jīng)典單級Stewart構(gòu)型X軸正方向均指向每個經(jīng)典單級Stewart構(gòu)型上臺面中心與整臺上臺面中心連線的方向，即單級X軸正方向向內(nèi)的旋轉(zhuǎn)對稱實現(xiàn)方式；

實現(xiàn)方式3為兩個經(jīng)典單級Stewart構(gòu)型X軸正方向同向，均與整臺的X軸方向平行，即單級X軸方向與整臺X軸方向平行的旋轉(zhuǎn)對稱實現(xiàn)方式；

實現(xiàn)方式4為兩個經(jīng)典單級Stewart構(gòu)型X軸正方向同向，均與整臺的X軸方向垂直，即單級X軸方向與整臺X軸方向垂直的旋轉(zhuǎn)對稱實現(xiàn)方式，

所述的空氣彈簧支路，每條包括一個空氣彈簧及其相關(guān)連接件，對所連接的上臺面產(chǎn)生相應的豎直支撐力；

所述的輔助支撐支路，每條包括一個螺紋絲桿升降機、一個S型力傳感器及其相關(guān)連接件，在充氣或非工作狀態(tài)下對上臺面產(chǎn)生相應的豎直支撐力；

所述的實時控制硬件系統(tǒng)包括控制計算機、多通道A/D數(shù)據(jù)采集卡、多通道D/A數(shù)據(jù)輸出卡、功率放大器、加速度傳感器、力傳感器、位移傳感器、信號調(diào)理器及傳感器工裝；其中加速度傳感器經(jīng)傳感器工裝安裝于上平臺組件，力傳感器通過連接件安裝于輔助支撐系統(tǒng)支路，位移傳感器經(jīng)傳感器工裝安裝于作動器支路，多通道A/D數(shù)據(jù)采集卡及多通道D/A數(shù)據(jù)輸出卡安裝于控制計算機機箱內(nèi)，A/D采集卡通過屏蔽線、接線盒與傳感器及其配套信號調(diào)理器相連，D/A輸出卡通過BNC屏蔽線與功率放大器相連，功率放大器與作動器一一配套，組成實時硬件控制系統(tǒng)的控制回路；加速度傳感器用于測量上平臺的六自由度加速度，經(jīng)過信號調(diào)理器、多通道A/D數(shù)據(jù)采集卡作為反饋信號，經(jīng)過控制計算機進行解算產(chǎn)生在二級Stewart機構(gòu)六自由度并聯(lián)構(gòu)型下的控制信號，再經(jīng)過多通道D/A數(shù)據(jù)輸出卡、功率放大器產(chǎn)生驅(qū)動信號，進而控制作動器輸出軸向運動，推動上平臺組件產(chǎn)生期望的模擬振動信號；力傳感器用于測量輔助支撐系統(tǒng)對上臺面的支撐力，經(jīng)多通道A/D數(shù)據(jù)采集卡作為反饋信號，經(jīng)過高速控制計算機進行解算產(chǎn)生在二級Stewart機構(gòu)六自由度并聯(lián)構(gòu)型下的控制信號，再經(jīng)過多通道D/A數(shù)據(jù)輸出卡產(chǎn)生充放氣控制信號，控制各空氣彈簧支路的充放氣過程；位移傳感器用于測量各作動器支路電機的位置，經(jīng)過信號調(diào)理器、多通道A/D數(shù)據(jù)采集卡作為反饋信號，經(jīng)過控制計算機進行解算產(chǎn)生在二級Stewart機構(gòu)六自由度并聯(lián)構(gòu)型下的位移閉環(huán)控制信號，再經(jīng)過多通道D/A數(shù)據(jù)輸出卡、功率放大器產(chǎn)生驅(qū)動信號，進而控制作動器位置穩(wěn)定于中心位置附近，保持上平臺組件的安全與穩(wěn)定；

所述二級Stewart機構(gòu)并聯(lián)構(gòu)型六自由度振動激勵系統(tǒng)運行時，試件安裝于上平臺組件上方，隨后調(diào)整輔助支撐和空氣彈簧將上平臺調(diào)平并卸載重力；開啟高速控制計算機，在用戶交互界面輸入期望的時頻域振動控制指令，產(chǎn)生相應的六自由度振動激勵信號，包括正弦掃頻、隨機或用戶導入時域振動信號，為試件提供星載、彈載、機載、艦載或車載復雜環(huán)境下的多自由度振動激勵。