CN108091238A - 一种六自由度运动平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种六自由度运动平台，包括上平台、上万向节、作动杆、下万向节和斜滑动机构，所述的斜滑动机构包括用于固定在基准平面上的基座、设置在基座上并倾斜于基准平面的导轨、与导轨配合的滑块以及驱动滑块沿导轨活动的牵引机构，所述斜滑动机构设置有六个，且每两个斜滑动机构对称设置构成一组，三组斜滑动机构围成环状并在圆周方向上均匀分布，滑块上连接着下万向节，上平台上设置了与下万向节分别对应的上万向节，每一对上万向节和下万向节之间通过作动杆连接。本发明结构简单、紧凑，运动灵活方便，支撑稳定性高，维护保养方便，加工要求低，降低建造的成本，并且保障控制精度要求，增加弹性蓄能装置降低运行功耗。

Description

一种六自由度运动平台

技术领域

本发明涉及空间定位、多方向运动模拟装置技术领域，尤其涉及一种六自由度运动平台。

背景技术

物体在空间具有六个自由度，即沿x、y、z三个直角坐标轴方向的移动自由度和绕这三个坐标轴的转动自由度，因此，要完全确定物体的位置，就必须清楚这六个自由度。

传统的六自由度运动平台是由六支作动筒，上、下各六只万向铰链和上、下两个平台组成，下平台固定在基础上，借助六支作动筒的伸缩运动，完成上平台在空间六个自由度(X，Y，Z，α，β，γ)的运动，从而可以模拟出各种空间运动姿态。可广泛应用到各种训练模拟器如飞行模拟器、舰艇模拟器、海军直升机起降模拟平台、坦克模拟器、汽车驾驶模拟器、火车驾驶模拟器、地震模拟器以及动感电影、娱乐设备等领域，甚至可用到空间宇宙飞船的对接，空中加油机的加油对接中，在加工业可制成六轴联动机床、灵巧机器人等。

现有的六自由度运动平台采用的是伸缩结构的作动筒通过伸缩运动来实现六自由度运动，作动筒通常为液压缸、电动丝杆等结构，液压缸的结构庞大复杂，运行噪音大，容易存在漏油的状况，环境污染严重，维护清理不便，维护成本高，电动丝杆的结构较为简单，但对丝杆的加工精度要求高，制作成本高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术进行改进，提供一种六自由度运动平台，解决目前技术中的六自由度运动平台结构庞大复杂，维护清理不便，对加工要求高，制作成本高问题。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案是：

一种六自由度运动平台，其特征在于，包括上平台、上万向节、作动杆、下万向节和斜滑动机构，所述的斜滑动机构包括用于固定在基准平面上的基座、设置在基座上并倾斜于基准平面的导轨、与导轨配合的滑块以及驱动滑块沿导轨活动的牵引机构，所述斜滑动机构设置有六个，且每两个斜滑动机构对称设置构成一组，三组斜滑动机构围成环状并在圆周方向上均匀分布，滑块上连接着下万向节，上平台上设置了与下万向节分别对应的上万向节，每一对上万向节和下万向节之间通过作动杆连接。本发明所述的六自由度运动平台所采用作动杆为固定长度不能伸缩的刚体，滑块沿着倾斜于基准平面的导轨滑动从而带动作动杆同步沿着导轨的倾斜方向升降，作动杆的两端连接着万向节结构，可进行三维任意方向的转动，从而作动杆带动上平台进行移动或翻转的动作，通过六个滑块分别沿着其导轨滑动的配合即可实现上平台的六自由度运动，结构简单、紧凑，运动灵活方便，控制精确。与传统的六自由度运动平台相比，作动杆为刚性结构，支撑稳定性高，驱动滑块沿导轨活动的牵引机构可采用多种机构，建造自由度高、成本低，不存在液压缸的漏油状况，使用洁净度好，维护保养方便、成本低，并且也不具有丝杆的高精度结构，加工精度要求低，加工成本低。

进一步的，所述的斜滑动机构还包括与滑块连接的用于储蓄滑块沿导轨向下滑动时的势能的弹性蓄能机构，从而降低牵引机构在抬升滑块高度时所需的能耗，降低六自由度运动平台运行的整体功耗，降低使用成本。

进一步的，所述的弹性蓄能机构主要包括一端与滑块连接，另一端固定在基座上的弹性件，结构简单，有效储蓄势能。

进一步的，所述的滑块在其位于导轨方向的两侧对称连接有弹性件，提高稳定性，对称设置的弹性件所产生的整体弹力能确保是沿着导轨滑动方向的，提高弹性蓄能机构释放势能时的可靠性，稳定的降低牵引机构抬升滑块所需的能耗。

进一步的，所述的弹性件为弹性绷带，结构简单，能可靠的利用其弹力来储蓄滑块沿导轨下滑时的势能，使用成本低，装卸方便，维护更换高效、快捷。

进一步的，所述的弹性绷带通过设置在基座上的导向辊绕制成S形，能有效延长弹性绷带本身的长度，从而增大能储蓄滑块势能的移动距离，避免滑块的移动距离过长导致弹性绷带断裂，保障弹性绷带能可靠的储能，延长弹性绷带的使用寿命。弹性绷带并行设置有若干根，减小每一根弹性绷带的负荷，延长使用寿命，并且在其中一根或多根弹性绷带出现断裂时剩余的弹性绷带仍然能起到储能的作用，使得六自由度运动平台可持续的进行工作，为维护更换提供缓冲的时间。

进一步的，导轨与基准平面的倾角范围为15°～55°，不同的倾角具有不同的运动空间范围，适应不同的应用需求。

进一步的，，所述的六个斜滑动机构的导轨在基准平面上投影呈正六边形分布，运动自由度好，不会出现死角、卡滞的状况。

进一步的，所述的牵引机构包括电机和由电机驱动的输送带，滑块连接在输送带上，结构简单、紧凑，驱动稳定性好，维护方便。

进一步的，所述的斜滑动机构外部罩接有壳体，避免传动部件裸露，有效保护传动部件，并且也提高安全性，避免人员意外接触到传动部件导致受伤，所述的基座上还设置有覆盖导轨并随滑块活动的导轨防尘罩，避免灰尘或杂物等落入导轨内，保障滑块能可靠的沿导轨活动，减小磨损，保障动作可靠性和精度，延长使用寿命。

与现有技术相比，本发明优点在于：

本发明所述的六自由度运动平台结构简单、紧凑，运动灵活方便，控制精确，支撑稳定性高，不存在液压缸的漏油状况，使用过程中的洁净度好，维护保养方便、成本低，无需丝杆的高精度结构，从而降低了加工要求，降低建造的成本，并且仍然保障控制精度要求；

增加弹性蓄能装置，降低牵引机构在抬升滑块高度时所需的能耗，从而降低运行的整体功耗，降低使用成本，节能环保，比传统的六自由度运动平台的能耗降低20％～30％；

增加导轨防尘罩，保障滑块沿导轨活动的顺畅些，减小磨损，延长使用寿命，保障动作可靠性和精度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的俯视结构示意图；

图3为斜滑动机构的结构示意图；

图4为斜滑动机构上装置壳体的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开的一种六自由度运动平台，结构简单、紧凑，维护方便简单，动作可靠性高，支撑稳定性好，对加工精度要求较低，制作成本低，并且能够蓄能，降低工作功耗，降低使用成本。

实施例一

如图1至图4所示，一种六自由度运动平台，主要包括上平台1、上万向节2、作动杆3、下万向节4和斜滑动机构，斜滑动机构主要由基座5、导轨6、滑块7和牵引机构组成，基座5通过螺栓等连接方式固定在基准平面上从而提供稳定支撑，在基座5上设置倾斜于基准平面的导轨6，与导轨6配合的滑块7由牵引机构驱动沿着导轨6活动，为了实现六自由度运动，斜滑动机构设置有六个，且每两个斜滑动机构对称设置构成一组，三组斜滑动机构围成环状并在圆周方向上均匀分布，也就是相邻的两个斜滑动机构的导轨6的最高点相邻或者是最低点相邻，并且六个斜滑动机构的导轨6在基准平面上投影呈正六边形分布，避免运动过程中出现死角、卡滞，滑块7上连接着下万向节4，上平台1上设置了六个上万向节2，并且六个上万向节2分别与下万向节4对应，每一对上万向节2和下万向节4之间通过作动杆3连接，作动杆为刚体，滑块7沿着倾斜于基准平面的导轨6运动从而带动作动杆3运动，作动杆3再带动上平台1运动，六个斜滑动机构上的滑块7协作运动实现上平台1在三维空间的六自由度运动。

导轨6与基准平面的倾角范围为15°～55°，采用不同的倾斜角度和不同长度的导轨6，可实行不同的运动空间范围，满足各种不同的需求。

为了降低工作能耗，在斜滑动机构上还设置有弹性蓄能机构，在滑块7沿导轨6向下运动时储蓄势能，在滑块7沿导轨6向上运动时释放势能，减小抬升滑块7高度所需的功耗，从而降低驱动上平台1进行六自由度运动的能耗，有效节约能源，降低使用成本。

在本实施例中，弹性蓄能机构主要由弹性绷带8构成，弹性绷带8一端与滑块7连接，另一端固定在基座5上，在滑块7位于导轨6方向的两侧设置了用于与弹性绷带8连接的连接端，在滑块7位于导轨6方向的两侧对称的各设置有一组弹性绷带8，每组弹性绷带8并行设置有若干根独立的弹性绷带，在滑块7沿导轨6向下运动时，滑块7拉伸弹性绷带8使其发生弹性形变，弹性绷带8从而有效的储蓄势能，弹性绷带8对滑块7产生向上提升的作用力，从而降低牵引机构带动滑块沿导轨向上运动时所需的功耗，两组对称设置的弹性绷带8所产生作用力确保是沿着导轨滑动方向的，提高释放势能时的可靠性。

滑块7沿导轨6运动的距离较长，为了确保弹性绷带8能有效覆盖滑块7的运动路径长度，避免弹性绷带8的拉伸量超出弹性绷带8的弹性限度，在基座5上设置了导向辊9，弹性绷带8在导向辊9上绕制成S形路径后再与滑块7连接，增加弹性绷带8的原长度，确保弹性绷带8能有效储蓄势能而不会发生断裂的状况，提高储能可靠性。

在本实施例中，基座5上设置着平行的两根导轨6，提高导向的精度和稳定性，防止滑块7脱出。

牵引机构采用输送带的结构，主要由电机10和由电机10驱动的输送带11构成，电机10为步进电机，输送带11沿着导轨6方向，滑块7连接在输送带11上，电机10正反转工作来带动滑块7沿着导轨6上下运动，控制灵活性高、精度高。

斜滑动机构外部罩接有壳体13，并且六个斜滑动机构的壳体13连接为一体，提高外表的美观性，利用壳体13保护斜滑动机构的传动部件，并且也提高安全性，避免人员意外接触到传动部件导致受伤，在基座5上还设置有覆盖导轨6并随滑块7活动的导轨防尘罩12，导轨防尘罩12可采用风琴式防护罩，外表尼龙布，内加PVC板支撑，边缘则用不锈钢板夹护，具有压缩小和行程长等优点，可耐油，耐腐蚀，硬用冲撞不变形，寿命长，密封好，行走平稳；导轨防尘罩12还可钢板伸缩式防护罩，结构强度高，稳定性好，能有效防止尖锐物体的破坏起到有效的防护作用。

实施例二

与实施例一的不同点在于，弹性蓄能机构采用弹簧结构，在滑块7靠导轨6上端的一侧上连接弹簧，弹簧沿着导轨6方向设置，在滑块7沿着导轨6向下滑动时，滑块7拉伸弹簧使其发生弹性形变，弹簧储蓄势能，在滑块沿导轨6向上滑动时释放势能，减小牵引机构驱动滑块7向上运动时的功耗。

实施例三

与实施例一的不同点在于，牵引机构采用卷扬机结构，主要电机、卷筒和牵引绳索构成，牵引绳索一端连接在卷筒上，另一端连接在滑块上，电机带动卷筒旋转收卷或放出牵引绳索，在滑块沿导轨向上运动时，电机驱动卷筒收卷牵引绳索对滑块产生向上的拉力；而当需要滑块沿导轨向下运动时，电机驱动卷筒放出牵引绳，在上平台1及其承载物的重力作用下，滑块自动沿着沿导轨向下滑动。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种六自由度运动平台，其特征在于，包括上平台(1)、上万向节(2)、作动杆(3)、下万向节(4)和斜滑动机构，所述的斜滑动机构包括用于固定在基准平面上的基座(5)、设置在基座(5)上并倾斜于基准平面的导轨(6)、与导轨(6)配合的滑块(7)以及驱动滑块(7)沿导轨(6)活动的牵引机构，所述斜滑动机构设置有六个，且每两个斜滑动机构对称设置构成一组，三组斜滑动机构围成环状并在圆周方向上均匀分布，滑块(7)上连接着下万向节(4)，上平台(1)上设置了与下万向节(4)分别对应的上万向节(2)，每一对上万向节(2)和下万向节(4)之间通过作动杆(3)连接。

2.根据权利要求1所述的六自由度运动平台，其特征在于，所述的斜滑动机构还包括与滑块(7)连接的用于储蓄滑块(7)沿导轨(6)向下滑动时的势能的弹性蓄能机构。

3.根据权利要求2所述的六自由度运动平台，其特征在于，所述的弹性蓄能机构主要包括一端与滑块(7)连接，另一端固定在基座(5)上的弹性件。

4.根据权利要求3所述的六自由度运动平台，其特征在于，所述的滑块(7)在其位于导轨(6)方向的两侧对称连接有弹性件。

5.根据权利要求3或4所述的六自由度运动平台，其特征在于，所述的弹性件为弹性绷带(8)。

6.根据权利要求5所述的六自由度运动平台，其特征在于，所述的弹性绷带(8)通过设置在基座(5)上的导向辊(9)绕制成S形。

7.根据权利要求1所述的六自由度运动平台，其特征在于，所述的导轨(6)与基准平面的倾角范围为15°～55°。

8.根据权利要求1所述的六自由度运动平台，其特征在于，所述的六个斜滑动机构的导轨(6)在基准平面上投影呈正六边形分布。

9.根据权利要求1所述的六自由度运动平台，其特征在于，所述的牵引机构包括电机(10)和由电机(10)驱动的输送带(11)，滑块(7)连接在输送带(11)上。

10.根据权利要求1所述的六自由度运动平台，其特征在于，所述的斜滑动机构外部罩接有壳体(13)，所述的基座(5)上还设置有覆盖导轨(6)并随滑块(7)活动的导轨防尘罩(12)。