CN108253084A - 一类基于零刚度***的六自由度超低频隔振装置及其控制*** - Google Patents

一类基于零刚度***的六自由度超低频隔振装置及其控制*** Download PDF

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Abstract

一类基于零刚度***的六自由度超低频隔振装置及控制***，涉及多自由度低频、超低频、乃至低至零频的振动隔离以及微振动模拟实验等领域。隔振装置由支撑平台、基础平台及隔振模块连接而成；隔振模块包括上连杆、下连杆、柱形壳体以及竖直弹簧、水平弹簧及弹簧间连接组件；上连杆的上端连接支撑平台，上连杆的下端穿过柱形壳体的上端盖与弹簧间连接组件连接，下连杆的上端与柱形壳体的下端盖固接，下连杆的下端与基础平台连接；隔振模块满足零刚度特征，结合重力环境自适应控制***使得被隔对象处于悬浮状态。实现低频、超低频、乃至低至零频的全频段振动免疫隔振性能，解决了多自由度超低频振动、振动共振以及非线性动力学多耦合技术难题。

Description

一类基于零刚度***的六自由度超低频隔振装置及其控制 ***
技术领域
本发明提供一类基于零刚度***的六自由度隔振装置及其控制***，涉及航天高分辨率对地观测、星载精密光学仪器、武器装备稳瞄、超精密仪器加工等在内的一系列多自由度低频、超低频、乃至低至零频的振动隔离以及微振动模拟实验等领域。
背景技术
实际工程中存在大量多维振动现象，例如空间航天器微振动、武器装备稳瞄、交通工具的输运、机械加工、地震等。多维振动在多数情况下对人员或设备产生不良影响，造成不同的损害。例如，航天器微振动将严重影响光学遥感器的成像质量、弹道发射***的多维振动会降低目标命中率、救护车的多维振动将加重病人的痛苦、机械加工的多维振动将造成产品的损坏等。多维隔振器已经在航天、航空、航海、医疗、机械加工等领域得到了广泛的应用，但传统多自由度隔振技术中普遍存在成本高、结构复杂、隔振频率高及共振等难题，该类***对于低频隔振效果显著，依然无法解决1Hz以下的超低频隔振问题，从而制约了众多现代尖端技术的发展。
准零刚度隔振***具有高静态、低动态刚度等优良特性，可以有效降低***的固有频率，从而达到在特定频段内将作用于设备的各类振动扰动激励有效的降低或者隔离的效果。该类***可以提高隔振精度及实现较低频隔振，但其仍然存在超低频、共振等难题。目前已有多种单自由度零刚度***的设计方案，而对于多自由度，特别是六自由度零刚度***的研究很少。因此，从航空航天、武器装备发展需求出发，目前迫切需要设计具有零刚度特征的六自由度超低频隔振器，提升我国在超低频隔振领域的技术水平和技术成熟度，促进我国航空航天、武器装备等质量和品质的提高。
目前低频、超低频领域的隔振器的设计还不多见，而满足航天科技与武器装备发展的隔振装置的设计就更为少见。现阶段隔振器的研究大多集中于经典线性隔振器与非线性准零刚度隔振器，这些设备多数适用于中高频段的振动抑制。
发明内容
本发明将隔振目标放在超低频(低于1Hz)、宽频域内，以几何非线性隔振理论研究为基础，构建一类基于零刚度***的六自由度超低频隔振装置及其控制***，解决涉及航天高分辨率对地观测、星载精密光学仪器、武器装备稳瞄、超精密仪器加工等领域存在的多自由度超低频振动、振动共振以及非线性动力学多耦合等技术难题。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
一类基于零刚度***的六自由度超低频隔振装置，所述零刚度***是指不具备抵抗弹性变形的能力，具有连续平衡、恒定势能以及中性稳定的***，其动力学方程可表示为
其中X是***的位移向量，ε是加速度向量；零刚度***具有零固有频率的特征，能够实现低频、超低频、乃至低至零频的全频段振动免疫隔振性能；
所述基于零刚度***的六自由度超低频隔振装置的构型是由支撑平台、基础平台及位于二者间的至少三个隔振模块连接而成，每个隔振模块设计满足零刚度***的条件；
每个隔振模块包括上连杆、下连杆、柱形壳体以及位于柱形壳体内的竖直弹簧、水平弹簧及弹簧间连接组件；上连杆、下连杆同轴且与柱形壳体中轴线重合；上连杆的上端连接支撑平台，上连杆的下端穿过柱形壳体的上端盖与弹簧间连接组件连接，下连杆的上端与柱形壳体的下端盖固接，下连杆的下端与基础平台连接；竖直弹簧、水平弹簧及弹簧间连接组件的配置提供与被隔对象重力大小相等、方向相反的支撑力，以实现在预设范围内作用在被隔对象的合力为零，进而使得被隔对象处于“悬浮”状态。
进一步地，所述隔振装置包含通过六个零刚度隔振模块连接的支撑平台和基础平台，支撑平台的坐标系为T-xyz，基础平台的坐标系为B-XYZ，
支撑平台的坐标系和基础平台的坐标系的坐标均在对应平台的圆心处；两个平台间距为H，支撑平台位置向量为P＝[Px,Py,Pz]T，支撑平台转动矩阵为R＝Ry(β)Rx(α)Rz(γ)；α、β、γ分别表示支撑平台相对于对应坐标轴的转动角度；
零刚度隔振模块原长为h，坐标系为si-qi，i＝1,2…,6表示六个零刚度隔振模块；qi是沿竖直弹簧方向的坐标轴，si是沿水平弹簧的坐标轴；
所述隔振装置的质量矩阵及动能表达式为：当支撑平台上放置的被隔对象处于平衡位置时，设各隔振模块的水平弹簧刚度为kh，竖直弹簧刚度为kv，竖直弹簧的预压缩量为δi，被隔对象的总质量为m，Ix、Iy、Iz为被隔对象相对于基础平台的转动惯量，Iz＝2I0，rT为支撑平台半径；
隔振装置的质量矩阵为：
其中，M44＝Ixcos2γ+Iysin2γ，M55＝cos2α(Ixsin2γ+Iycos2γ)+Izsin2α，M66＝Iz，M45＝(Ix-Iy)cosαcosγsinγ，M56＝-Izsinα；
隔振装置的动能表达式为：
根据虚功原理，所述隔振装置的第i个隔振模块做功为
其中，cxi、cyi、czi、cαi、cβi、cγi为第i个隔振模块在x、y、z、α、β、γ六个方向的阻尼系数，“^”表示支撑平台与基础平台的位移相对变化量；δ表示变量的增量；
当满足零刚度条件时，第i个隔振模块承担的力为：
Ji(δi)＝kvδi-F2＝εi，εi≥0，
F2表示每个隔振模块所承担的被隔对象总重力的分力；
支撑平台所受重力与***给其提供的支持力恰好互相抵消或差值为微小量；
根据Hamilton原理，则基于零刚度特性的六自由度隔振装置的动力学方程为：
cx、cy、cz、cα、cβ、cγ为隔振装置在x、y、z、α、β、γ六个方向的阻尼系数；
上述六个公式体现所述隔振装置具有多维低频、超低频、乃至低至零频的全频段振动免疫隔振性能。
一种用于控制上述隔振装置的重力环境自适应控制***，所述控制***包括测量单元、控制单元以及执行单元；测量单元用于实时测定隔振装置的位置和姿态，并将位置和姿态数据实时传输给控制单元，控制单元根据当前的计算结果计算所需控制量，驱动执行单元以调整隔振装置相关的几何参数达到零刚度特性，进而控制隔振装置处于重力环境等效的状态；基于所述控制***的控制过程形成闭环反馈控制。
本发明具有以下有益效果：
本发明提出的六自由度超低频隔振装置，在六自由度上均具有零刚度特征，从而解决了六自由度低频、超低频(低至零频)的振动与大冲击的隔离问题。
本发明的六自由度超低频隔振装置的单个隔振模块设计满足零刚度的条件，具有结构简单、成本低等特点。利用几何非线性的负刚度特征与几何参数可调的性质，通过竖直弹簧、横向弹簧与连接机构的配置提供与被隔对象重力大小相等、方向相反的支撑力，以实现在预设范围内作用在被隔对象的合力为零，进而使得被隔对象处于“悬浮”状态。本发明涉及的零刚度(不具备抵抗弹性变形的能力)装置具有连续平衡、恒定势能以及中性稳定等基本特征，具有多维低频、超低频(低至零频)的隔振性能，完全能够实现低频、超低频、乃至低至零频的全频段振动免疫隔振性能。
该类具有零刚度特征的六自由度超低频隔振装置，利用几何非线性的负刚度特征与其几何参数的可调性，实现单个隔振模块在预设范围内具有零刚度特征，通过零刚度隔振模块与隔振平台相连接。
与现有的隔振技术相比，本发明具有如下有点：
1、本发明零刚度隔振模块通过具有正刚度的竖直弹簧和具有负刚度的机构并联组合使得其具有零固有频率，满足(其中X是***的位移向量，ε是加速度向量)的零刚度悬浮***，可以实现低频、超低频、乃至低至零频的全频段振动免疫隔振性能；
2、本发明零刚度隔振模块具有结构简单、载荷可调、便于加工、可靠性高等优点；
3、本发明零刚度隔振模块便于组合成多种复合零刚度机构实现多自由度零刚度的功能特征；
4、本发明基于零刚度***的六自由度超低频隔振装置，在考虑重力环境自适应控制的基础之上，不需要再添加传统的变刚度和变阻尼控制，即可在静平衡位置附近呈现多维零刚度特征，实现六自由度低频、超低频、乃至低至零频的全频段振动免疫隔振性能。
图8和图9可以看出，本发明所述隔振装置可以在六个自由度上实现预设范围内的零恢复力区间，在该区间内所述隔振装置不具备抵抗弹性变形的能力，即得到了六自由度零刚度悬浮***；如图9所示，所述隔振装置能够在六个自由度上实现低至零频的隔振性能，突破了传统隔振理论的局限与技术瓶颈，实现了低频、超低频、乃至低至零频的全频段振动免疫隔振性能。
附图说明
图1为本发明所述六自由度超低频隔振装置的结构示意图；
图2为本发明的具体实施方式一中所述零刚度隔振模块的结构示意图；
图3为本发明的具体实施方式二中所述零刚度隔振模块的结构示意图；
图4为本发明的具体实施方式三中所述零刚度隔振模块的结构示意图；
图5为本发明的具体实施方式四中所述零刚度隔振模块的结构示意图；
图6为本发明的具体实施方式五中所述零刚度隔振模块的结构示意图；
图7为本发明所述六自由度超低频隔振装置承载时的受力分析示意图，其中F＝3F1，
图中:(a)表示支撑平台(上平台)的受力分析示意图，(b)表示支撑平台和基础平台(下平台)的总体受力分析示意图；
图8为线性(Linear)、准零刚度(SQZS)、零刚度(Suspensor)隔振模块支撑***在六个自由度上(x、y、z、α、β、γ六个方向)的恢复力曲线图；
图9为满足零刚度隔振模块支撑条件下本发明(***)在六个自由度(x、y、z、α、β、γ六个方向)上的力传递率曲线图；
图10为重力环境自适应半主动控制***的结构框图。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1、图2和图7所示，结合附图对本发明的方案进行详细的描述：
一类基于零刚度***的六自由度超低频隔振装置，所述零刚度***是指不具备抵抗弹性变形的能力，具有连续平衡、恒定势能以及中性稳定的***，其动力学方程可表示为
其中X是***的位移向量，ε是加速度向量；零刚度***具有零固有频率的特征，能够实现低频、超低频、乃至低至零频的全频段振动免疫隔振性能；
所述基于零刚度***的六自由度超低频隔振装置(六自由度超低频隔振平台)的构型是由支撑平台、基础平台及位于二者间的六个隔振模块连接而成，每个隔振模块设计满足零刚度***的条件；
每个隔振模块包括上连杆11、下连杆12、柱形壳体10以及位于柱形壳体10内的竖直弹簧、水平弹簧及弹簧间连接组件；上连杆、下连杆同轴且与柱形壳体中轴线重合；上连杆的上端连接支撑平台，上连杆的下端穿过柱形壳体的上端盖与弹簧间连接组件连接，下连杆的上端与柱形壳体的下端盖固接，下连杆的下端与基础平台连接；竖直弹簧、水平弹簧及弹簧间连接组件的配置提供与被隔对象重力大小相等、方向相反的支撑力，以实现在预设范围内作用在被隔对象的合力为零，进而使得被隔对象处于“悬浮”状态。
隔振模块满足零刚度特征，结合重力环境自适应控制***使得被隔对象处于“悬浮”状态。本发明突破了传统隔振理论的局限与技术瓶颈，实现了低频、超低频、乃至低至零频的全频段振动免疫隔振性能，解决了多自由度超低频振动、振动共振以及非线性动力学多耦合等技术难题。
所述隔振装置包含通过六个零刚度隔振模块连接的支撑平台和基础平台，支撑平台的坐标系为T-xyz，基础平台的坐标系为B-XYZ，
支撑平台的坐标系和基础平台的坐标系的坐标均在对应平台的圆心处；两个平台间距为H，支撑平台位置向量为P＝[Px,Py,Pz]T，支撑平台转动矩阵为R＝Ry(β)Rx(α)Rz(γ)；α、β、γ分别表示支撑平台相对于对应坐标轴的转动角度；
零刚度隔振模块原长为h，坐标系为si-qi，i＝1,2…,6表示六个零刚度隔振模块；qi是沿竖直弹簧方向的坐标轴，si是沿水平弹簧的坐标轴；
所述隔振装置的质量矩阵及动能表达式为：当支撑平台上放置的被隔对象处于平衡位置时，设各隔振模块的水平弹簧刚度为kh，竖直弹簧刚度为kv，竖直弹簧的预压缩量为δi，被隔对象的总质量为m，Ix、Iy、Iz为被隔对象相对于基础平台的转动惯量，Iz＝2I0，rT为支撑平台半径；
隔振装置的质量矩阵为：
其中，M44＝Ixcos2γ+Iysin2γ，M55＝cos2α(Ixsin2γ+Iycos2γ)+Izsin2α，M66＝Iz，M45＝(Ix-Iy)cosαcosγsinγ，M56＝-Izsinα；
隔振装置的动能表达式为：
根据虚功原理，所述隔振装置的第i个隔振模块做功为
其中，cxi、cyi、czi、cαi、cβi、cγi为第i个隔振模块在x、y、z、α、β、γ六个方向的阻尼系数，“^”表示支撑平台与基础平台的位移相对变化量；δ表示变量的增量；
当满足零刚度条件时，第i个隔振模块承担的力为：
Ji(δi)＝kvδi-F2＝εi，εi≥0，
F2表示每个隔振模块所承担的被隔对象总重力的分力；
支撑平台所受重力与***给其提供的支持力恰好互相抵消或差值为微小量；
根据Hamilton原理，则基于零刚度特性的六自由度隔振装置的动力学方程为：
cx、cy、cz、cα、cβ、cγ为隔振装置在x、y、z、α、β、γ六个方向的阻尼系数；
上述六个公式体现所述隔振装置具有多维低频、超低频、乃至低至零频的全频段振动免疫隔振性能。
所述弹簧间连接组件包括两个滚轮1、两个导轨3和中间质量块4，所述水平弹簧为水平拉簧2；两个导轨3分别固设在柱形壳体10内壁的中部，且二者对称分布，每个滚轮1放置在对应的导轨3内，且两个滚轮1的中心与水平拉簧2相连；
中间质量块4的下端与竖直弹簧5的上端固接，中间质量块4的上端与上连杆11的下端固接，中间质量块4两端边缘为半径为R的半圆弧，两个半圆弧的圆心距离为L＇；每个半径为r的滚子1与相应端的半圆弧无滑动的滚动，中间质量块4在位于其两侧的滚轮1的作用下沿qi方向运动；竖直弹簧5的下端与柱形壳体的下端盖固接；
竖直弹簧5的刚度为kv，水平拉簧2刚度为kh、水平拉簧2原长为L；
初始状态时，压缩竖直弹簧5至某一距离δ0；第i个隔振模块承担的力
要达到零刚度特性，只需要满足如下两个条件：L′＝L，kv＝2kh；此时，Ji(δi)＝kvδi-f2＝εi，εi≥0。
具体实施方式二：如图1和图3所示，给出单个隔振模块的其它具体实施方案：
所述弹簧间连接组件包括两个滚轮1、两个导轨3、中间轮4，所述水平弹簧包括两个水平压簧2；
两个导轨3分别固设在柱形壳体10内壁的中部，且二者对称分布，每个滚轮1放置在对应的导轨3内，在每个滚轮1与对应柱形壳体10内壁间设有一个水平压簧2，中间轮4位于两个滚轮1之间，中间轮4的上部与上连杆11的下端固接，中间轮4的下部与竖直弹簧5的上端固连，中间轮4在位于其两侧的滚轮1的作用下沿qi方向运动；竖直弹簧5的下端与柱形壳体的下端盖固接；
每个半径为r的滚轮1与相应端的半径为R的中间轮4无滑动的滚动，
竖直弹簧5的刚度为kv、预压缩量为δi，水平压簧2刚度为kh、预压缩量为δ0；
第i个隔振模块承担的力
要达到零刚度特性，只需要满足如下两个条件：δ0＝R+r，kv＝2kh。
其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：如图1和图4所示，给出单个隔振模块的其它具体实施方案：
所述弹簧间连接组件包括两个滑块1、两个导轨3、两个连杆4，所述水平弹簧包括两个水平压簧2；
两个导轨3分别固设在柱形壳体10内壁的中部，且二者对称分布，每个滑块1放置在对应的导轨3内，在每个滑块1与对应柱形壳体10内壁间设有一个水平压簧2，每个连杆4的一端与对应滑块1的中心铰接，两个连杆4的另一端铰接，两个连杆4位于两个滑块1之间，
两个连杆4的铰接部与上连杆11的下端连接，两个连杆4的铰接部还与竖直弹簧5的上端连接，在位于连杆4两侧的滑块1的作用下所述铰接部沿qi方向运动；竖直弹簧5的下端与柱形壳体的下端盖固接；
连杆4的长度为l，竖直弹簧5的刚度为kv、预压缩量为δ0，水平压簧2刚度为kh；当水平压簧2处于原长时，其自由端距竖直弹簧5中心的距离为B；
第i个隔振模块承担的力
要达到零刚度特性，只需要满足如下两个条件：B＝0，kv＝2kh。
其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：如图1和图5所示，给出单个隔振模块的其它具体实施方案：
所述弹簧间连接组件包括滑块1、两个水平连杆2、两个竖直上连杆3、两个竖直下连杆4、两个支撑件13、两个固定件14；所述水平弹簧包括两个水平压簧5；
滑块1的下端与竖直弹簧6的上端固接，两个水平连杆2的一端通过滑块1铰接，上连杆11的下端与滑块1的上端固接，
每个水平连杆2的另一端与对应的竖直上连杆3的上端固接，每个竖直上连杆3的下端与对应的竖直下连杆4的上端固接，两个支撑件13分别固设在柱形壳体10内壁的中部，且二者对称分布；每个支撑件13位于竖直上连杆3和竖直下连杆4的连接处；两个竖直上连杆3、两个竖直下连杆4、两个支撑件13对应形成两个对称的杠杆机构；每个竖直下连杆4的下端与对应的水平压簧5的一端铰接，水平压簧5的另一端与对应的固定件14连接；两个固定件14固定在柱形壳体10的下端盖上；竖直弹簧6的下端与柱形壳体10的下端盖固接；
滑块1在两个水平连杆2的作用下沿qi方向运动；
竖直弹簧6的刚度为kv、预压缩量为δi，每个水平压簧5刚度为kh，每个水平连杆2长度为lc、每个竖直上连杆3长度为la、每个竖直下连杆4长度为lb、每个水平压簧5预压缩量为δ0；
第i个隔振模块承担的力
要达到零刚度特性，只需要满足如下两个条件：δ0la＝lblc，
其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：如图1和图6所示，给出单个隔振模块的其它具体实施方案：
所述弹簧间连接组件包括第一连杆1、第二连杆2、第三连杆3、第四连杆4、第五连杆5、第六连杆6、支撑架9；所述水平弹簧为水平拉簧7；
第一连杆1、第二连杆2、第三连杆3、第四连杆4、第五连杆5、第六连杆6顺次铰接形成六边形，第六连杆6位于第三连杆3的上方且二者均水平设置，第三连杆3固接于支撑架9，支撑架9与柱形壳体10的下端盖固接；水平拉簧7的一端与第一连杆1、第二连杆2的铰接点铰接，水平拉簧7的另一端与第四连杆4、第五连杆5的铰接点铰接；竖直弹簧8的上端连接第六连杆6，竖直弹簧8的下端固定于第三连杆3上；上连杆11的下端与第六连杆6的上部固接；
竖直弹簧8在其两侧的第一连杆1和第五连杆5的作用下沿qi方向运动；
其中第一连杆1、第二连杆2、第四连杆4、第五连杆5的长度均为a，第三连杆3、第六连杆6的长度均为L′，水平拉簧7刚度为kh，水平拉簧原长为L；竖直弹簧8的刚度为kv；
初始状态时，压缩竖直弹簧9至某一距离δ0，使得第六连杆6与第三连杆3位于同一水平面；第i个隔振模块承担的力
要达到零刚度特性，只需要满足如下两个条件：L＝L′，kv＝kh。
其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：如图1所示，本实施方式所述的六自由度超低频隔振装置的六个隔振模块呈三个V字形布设在支撑平台和基础平台之间，且相邻两上隔振模块的端部共点。其它与具体实施方式一、二、三、四或五相同。
具体实施方式七：如图10所示，本实施方式给出用于控制所述的六自由度超低频隔振装置的重力环境自适应控制***，所述控制***包括测量单元、控制单元以及执行单元；测量单元用于实时测定隔振装置(隔振器)的位置和姿态，并将位置和姿态数据实时传输给控制单元，控制单元根据当前的计算结果计算所需控制量，驱动执行单元以调整隔振装置相关的几何参数达到零刚度特性，进而控制隔振装置处于重力环境等效的状态；基于所述控制***的控制过程形成闭环反馈控制。针对基于零刚度***的低频、超低频振动环境的隔振机理与主动控制策略研究与传统的隔振完全不同，经典的结构简单，适用于中高频段振动抑制，但无法实现低频或超低频的需求。针对零刚度***实现的低频、超低频、乃至低至零频的全频段振动免疫隔振性提出重力环境自适应控制***，其目标在于实现振动前后支撑平台所受重力与隔振***给其提供的支持力恰好互相抵消，既实现振动前后重力环境等效。在控制***中，测量单元实时测定隔振装置(隔振器)位置和姿态，并将数据实时传输给控制单元，控制单元根据当前的计算结果计算所需控制量，驱动执行机构以调整隔振器件相关的几何参数以实现控制目标。在此控制技术方案的基础之上，不需要再添加传统的变刚度和变阻尼控制，即可实现控制目标，达到甚至超过技术指标。
上述六自由度零刚度悬浮装置初步设计时，可以不考虑悬浮装置的承载，此时单个隔振模块具有相同的物理参数和几何参数；当考虑承载时，只需要调节弹簧的预压缩量即可。
上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。
具体应用的最佳实施例
航天高分辨率对地观测、星载精密光学仪器、武器装备稳瞄、超精密仪器加工等领域，适合安装本发明所述的六自由度低频、超低频、乃至低至零频的全频段振动免疫隔振装置。
本申请的关键点和欲保护点
1.全频段振动免疫隔振装置设计的关键点：结构内部存在摩擦力、阻尼等因素，摩擦和阻尼过大和过小都不合适，需要根据实际需求进行精确数值计算后方能确定；
2.本发明的欲保护点：以上述五种零刚度隔振模块为代表的能实现多维低频、超低频、乃至低至零频的全频段振动免疫隔振的这类装置。

Claims (9)

1.一类基于零刚度***的六自由度超低频隔振装置，其特征在于：
所述零刚度***是指不具备抵抗弹性变形的能力，具有连续平衡、恒定势能以及中性稳定的***，其动力学方程可表示为
其中X是***的位移向量，ε是加速度向量；零刚度***具有零固有频率的特征，能够实现低频、超低频、乃至低至零频的全频段振动免疫隔振性能；
所述基于零刚度***的六自由度超低频隔振装置的构型是由支撑平台、基础平台及位于二者间的至少三个隔振模块连接而成，每个隔振模块设计满足零刚度***的条件；
每个隔振模块包括上连杆、下连杆、柱形壳体以及位于柱形壳体内的竖直弹簧、水平弹簧及弹簧间连接组件；上连杆、下连杆同轴且与柱形壳体中轴线重合；上连杆的上端连接支撑平台，上连杆的下端穿过柱形壳体的上端盖与弹簧间连接组件连接，下连杆的上端与柱形壳体的下端盖固接，下连杆的下端与基础平台连接；竖直弹簧、水平弹簧及弹簧间连接组件的配置提供与被隔对象重力大小相等、方向相反的支撑力，以实现在预设范围内作用在被隔对象的合力为零，进而使得被隔对象处于“悬浮”状态。
2.根据权利要求1所述的一类基于零刚度***的六自由度超低频隔振装置，其特征在于，
所述隔振装置包含通过六个零刚度隔振模块连接的支撑平台和基础平台，支撑平台的坐标系为T-xyz，基础平台的坐标系为B-XYZ，
支撑平台的坐标系和基础平台的坐标系的坐标均在对应平台的圆心处；两个平台间距为H，支撑平台位置向量为P＝[Px,Py,Pz]T，支撑平台转动矩阵为R＝Ry(β)Rx(α)Rz(γ)；α、β、γ分别表示支撑平台相对于对应坐标轴的转动角度；
零刚度隔振模块原长为h，坐标系为si-qi，i＝1,2…,6表示六个零刚度隔振模块；qi是沿竖直弹簧方向的坐标轴，si是沿水平弹簧的坐标轴；
所述隔振装置的质量矩阵及动能表达式为：当支撑平台上放置的被隔对象处于平衡位置时，设各隔振模块的水平弹簧刚度为kh，竖直弹簧刚度为kv，竖直弹簧的预压缩量为δi，被隔对象的总质量为m，Ix、Iy、Iz为被隔对象相对于基础平台的转动惯量，Iz＝2I0，rT为支撑平台半径；
隔振装置的质量矩阵为：
其中，M44＝Ixcos2γ+Iysin2γ，M55＝cos2α(Ixsin2γ+Iycos2γ)+Izsin2α，M66＝Iz，M45＝(Ix-Iy)cosαcosγsinγ，M56＝-Izsinα；
隔振装置的动能表达式为：
根据虚功原理，所述隔振装置的第i个隔振模块做功为
其中，cxi、cyi、czi、cαi、cβi、cγi为第i个隔振模块在x、y、z、α、β、γ六个方向的阻尼系数，“^”表示支撑平台与基础平台的位移相对变化量；δ表示变量的增量；
当满足零刚度条件时，第i个隔振模块承担的力为：
Ji(δi)＝kvδi-F2＝εi，εi≥0，
F2表示每个隔振模块所承担的被隔对象总重力的分力；
支撑平台所受重力与***给其提供的支持力恰好互相抵消或差值为微小量；
根据Hamilton原理，则基于零刚度特性的六自由度隔振装置的动力学方程为：
cx、cy、cz、cα、cβ、cγ为隔振装置在x、y、z、α、β、γ六个方向的阻尼系数；
上述六个公式体现所述隔振装置具有多维低频、超低频、乃至低至零频的全频段振动免疫隔振性能。
3.根据权利要求1或2所述的一类基于零刚度***的六自由度超低频隔振装置，其特征在于，所述弹簧间连接组件包括两个滚轮1、两个导轨3和中间质量块4，所述水平弹簧为水平拉簧2；两个导轨3分别固设在柱形壳体10内壁的中部，且二者对称分布，每个滚轮1放置在对应的导轨3内，且两个滚轮1的中心与水平拉簧2相连；
中间质量块4的下端与竖直弹簧5的上端固接，中间质量块4的上端与上连杆11的下端固接，中间质量块4两端边缘为半径为R的半圆弧，两个半圆弧的圆心距离为L′；每个半径为r的滚子1与相应端的半圆弧无滑动的滚动，中间质量块4在位于其两侧的滚轮1的作用下沿qi方向运动；竖直弹簧5的下端与柱形壳体的下端盖固接；
竖直弹簧5的刚度为kv，水平拉簧2刚度为kh、水平拉簧2原长为L；
初始状态时，压缩竖直弹簧5至某一距离δ0；第i个隔振模块承担的力
要达到零刚度特性，只需要满足如下两个条件：L′＝L，kv＝2kh；此时，Ji(δi)＝kvδi-F2＝εi，εi≥0。
4.根据权利要求1或2所述的一类基于零刚度***的六自由度超低频隔振装置，其特征在于，所述弹簧间连接组件包括两个滚轮1、两个导轨3、中间轮4，所述水平弹簧包括两个水平压簧2；
两个导轨3分别固设在柱形壳体10内壁的中部，且二者对称分布，每个滚轮1放置在对应的导轨3内，在每个滚轮1与对应柱形壳体10内壁间设有一个水平压簧2，中间轮4位于两个滚轮1之间，中间轮4的上部与上连杆11的下端固接，中间轮4的下部与竖直弹簧5的上端固连，中间轮4在位于其两侧的滚轮1的作用下沿qi方向运动；竖直弹簧5的下端与柱形壳体的下端盖固接；
每个半径为r的滚轮1与相应端的半径为R的中间轮4无滑动的滚动，
竖直弹簧5的刚度为kv、预压缩量为δi，水平压簧2刚度为kh、预压缩量为δ0；
第i个隔振模块承担的力
要达到零刚度特性，只需要满足如下两个条件：δ0＝R+r，kv＝2kh。
5.根据权利要求1或2所述的一类基于零刚度***的六自由度超低频隔振装置，
其特征在于，所述弹簧间连接组件包括两个滑块1、两个导轨3、两个连杆4，所述水平弹簧包括两个水平压簧2；
两个导轨3分别固设在柱形壳体10内壁的中部，且二者对称分布，每个滑块1放置在对应的导轨3内，在每个滑块1与对应柱形壳体10内壁间设有一个水平压簧2，每个连杆4的一端与对应滑块1的中心铰接，两个连杆4的另一端铰接，两个连杆4位于两个滑块1之间，
两个连杆4的铰接部与上连杆11的下端连接，两个连杆4的铰接部还与竖直弹簧5的上端连接，在位于连杆4两侧的滑块1的作用下所述铰接部沿qi方向运动；竖直弹簧5的下端与柱形壳体的下端盖固接；
连杆4的长度为l，竖直弹簧5的刚度为kv、预压缩量为δ0，水平压簧2刚度为kh；当水平压簧2处于原长时，其自由端距竖直弹簧5中心的距离为B；
第i个隔振模块承担的力
要达到零刚度特性，只需要满足如下两个条件：B＝0，kv＝2kh。
6.根据权利要求1或2所述的一类基于零刚度***的六自由度超低频隔振装置，
其特征在于，所述弹簧间连接组件包括滑块1、两个水平连杆2、两个竖直上连杆3、两个竖直下连杆4、两个支撑件13、两个固定件14；所述水平弹簧包括两个水平压簧5；
滑块1的下端与竖直弹簧6的上端固接，两个水平连杆2的一端通过滑块1铰接，上连杆11的下端与滑块1的上端固接，
每个水平连杆2的另一端与对应的竖直上连杆3的上端固接，每个竖直上连杆3的下端与对应的竖直下连杆4的上端固接，两个支撑件13分别固设在柱形壳体10内壁的中部，且二者对称分布；每个支撑件13位于竖直上连杆3和竖直下连杆4的连接处；两个竖直上连杆3、两个竖直下连杆4、两个支撑件13对应形成两个对称的杠杆机构；每个竖直下连杆4的下端与对应的水平压簧5的一端铰接，水平压簧5的另一端与对应的固定件14连接；两个固定件14固定在柱形壳体10的下端盖上；竖直弹簧6的下端与柱形壳体10的下端盖固接；
滑块1在两个水平连杆2的作用下沿qi方向运动；
竖直弹簧6的刚度为kv、预压缩量为δi，每个水平压簧5刚度为kh，每个水平连杆2长度为lc、每个竖直上连杆3长度为la、每个竖直下连杆4长度为lb、每个水平压簧5预压缩量为δ0；
第i个隔振模块承担的力
要达到零刚度特性，只需要满足如下两个条件：δ0la＝lblc，
7.根据权利要求1或2所述的一类基于零刚度***的六自由度超低频隔振装置，
其特征在于，所述弹簧间连接组件包括第一连杆1、第二连杆2、第三连杆3、第四连杆4、第五连杆5、第六连杆6、支撑架9；所述水平弹簧为水平拉簧7；
第一连杆1、第二连杆2、第三连杆3、第四连杆4、第五连杆5、第六连杆6顺次铰接形成六边形，第六连杆6位于第三连杆3的上方且二者均水平设置，第三连杆3固接于支撑架9，支撑架9与柱形壳体10的下端盖固接；水平拉簧7的一端与第一连杆1、第二连杆2的铰接点铰接，水平拉簧7的另一端与第四连杆4、第五连杆5的铰接点铰接；竖直弹簧8的上端连接第六连杆6，竖直弹簧8的下端固定于第三连杆3上；上连杆11的下端与第六连杆6的上部固接；
竖直弹簧8在其两侧的第一连杆1和第五连杆5的作用下沿qi方向运动；
其中第一连杆1、第二连杆2、第四连杆4、第五连杆5的长度均为a，第三连杆3、第六连杆6的长度均为L′，水平拉簧7刚度为kh，水平拉簧原长为L；竖直弹簧8的刚度为kv；
初始状态时，压缩竖直弹簧9至某一距离δ0，使得第六连杆6与第三连杆3位于同一水平面；第i个隔振模块承担的力
要达到零刚度特性，只需要满足如下两个条件：L＝L′，kv＝kh。
8.根据权利要求2、3、4、5、6或7所述的一类基于零刚度***的六自由度超低频隔振装置，其特征在于，六个隔振模块呈三个V字形布设在支撑平台和基础平台之间，且相邻两上隔振模块的端部共点。
9.一种用于控制权利要求1至8任一权利要求所述隔振装置的重力环境自适应控制***，其特征在于：所述控制***包括测量单元、控制单元以及执行单元；测量单元用于实时测定隔振装置的位置和姿态，并将位置和姿态数据实时传输给控制单元，控制单元根据当前的计算结果计算所需控制量，驱动执行单元以调整隔振装置相关的几何参数达到零刚度特性，进而控制隔振装置处于重力环境等效的状态；基于所述控制***的控制过程形成闭环反馈控制。
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