CN109296688B - 一种新型主动控制隔振平台 - Google Patents

一种新型主动控制隔振平台 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型主动控制隔振平台，以Stewart平台为设计基础，对六根支杆进行了改进。六根支杆均包含上支杆、隔振装置和下支杆；隔振装置包含壳体、加速度传感器、控制模块、电源模块、光源模块和若干个位移调整单元；壳体包含上壳体、下壳体和形变部分；位移调整单元包含第一连杆、第二连杆、第三连杆和可调弹簧；可调弹簧包含弹簧本体和弹簧本体表面上的贴付层；贴付层为光致形状记忆聚合物层或挠曲电材料层。控制模块分别和加速度传感器、电源模块电气相连。工作时，控制模块根据加速度传感器的感应数据来刺激各个位移调整单元可调弹簧的贴付层，进而隔振。

Description

一种新型主动控制隔振平台
技术领域
本发明涉及隔振领域，尤其涉及一种新型主动控制隔振平台。
背景技术
Stewart平台并联机构由于具有刚度大、承载能力强、位置误差不累计等特点，在应用上与串联机构形成互补，已成为空间机构学的研究热点。目前，Stewart平台并联机构已经在航空、航天、海底作业、地下开采、制造装配等行业有着广泛的应用。传统的Stewart平台的支腿采用液压缸驱动，装置较为笨重，并且精度不高，存在一定的局限性。目前，智能材料已经广泛被运用到了隔振及控制领域中。常见的结合其他智能材料生产的弹簧还有形状记忆合金弹簧如SMA弹簧，其收缩力度较大，但受温度影响明显且具有回复延迟性，在该领域有一定弊端，应用范围较小，不利于其在精密控制方面的使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种新型主动控制隔振平台。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种新型主动控制隔振平台，包含上平台、下平台、以及第一至第六支杆，所述第一至第六支杆的两端均通过球形铰链分别和上平台、下平台连接，形成Stewart平台架构；
所述第一至第六支杆均包含依次相连的上支杆、隔振装置和下支杆；
所述隔振装置包含壳体、加速度传感器、控制模块、电源模块、光源模块和若干个位移调整单元；
所述壳体不透光，包含上壳体、下壳体和形变部分，所述上壳体、下壳体通过形变部分相连；所述形变部分能够拉长或收缩；
所述位移调整单元包含第一连杆、第二连杆、第三连杆和可调弹簧；
所述第一连杆、第二连杆、第三连杆均为刚性杆；所述第一连杆一端通过球形铰链和上壳体的中心相连，另一端和第二连杆的一端铰接；所述第三连杆一端通过球形铰链和下壳体的中心相连，另一端和第二连杆的另一端铰接；
所述可调弹簧一端和第一连杆固连、另一端和第三连杆固连，包含弹簧本体和弹簧本体表面上的光致形状记忆聚合物层，用于调整上壳体中心和下壳体中心之间的距离；
所述加速度传感器设置在所述上壳体内，用于感应上壳体受振动影响产生的加速度，并将其传递给所述控制模块；
所述电压模块用于供电；
所述光源模块用于根据控制模块的指令产生指定波长的光线以照射各个位移调整单元中的可调弹簧；
所述控制模块分别和加速度传感器、电源模块、光源模块电气相连，用于根据加速度传感器的感应数据控制光源模块工作、使得各个位移调整单元中的可调弹簧产生形变以进行隔振。
作为本发明一种新型主动控制隔振平台进一步的优化方案，所述位移调整单元的个数为六个。
作为本发明一种新型主动控制隔振平台进一步的优化方案，所述弹簧本体为矩形截面圆柱螺旋弹簧，采用聚丙烯材料制成。
本发明还公开了另一种新型主动控制隔振平台，包含上平台、下平台、以及第一至第六支杆，所述第一至第六支杆的两端均通过球形铰链分别和上平台、下平台连接，形成Stewart平台架构；
所述第一至第六支杆均包含依次相连的上支杆、隔振装置和下支杆；
所述隔振装置包含壳体、加速度传感器、控制模块、电源模块和若干个位移调整单元；
所述壳体采用绝缘材料制成，包含上壳体、下壳体和形变部分，所述上壳体、下壳体通过形变部分相连；所述形变部分能够拉长或收缩；
所述位移调整单元包含第一连杆、第二连杆、第三连杆和可调弹簧；
所述第一连杆、第二连杆、第三连杆均为刚性杆；所述第一连杆一端通过球形铰链和上壳体的中心相连，另一端和第二连杆的一端铰接；所述第三连杆一端通过球形铰链和下壳体的中心相连，另一端和第二连杆的另一端铰接；
所述可调弹簧一端和第一连杆固连、另一端和第三连杆固连，包含弹簧本体和弹簧本体表面上的挠曲电材料层，用于调整上壳体中心和下壳体中心之间的距离；
所述可调弹簧两端分别通过导线和所述控制模块电气相连；
所述加速度传感器设置在所述上壳体内，用于感应上壳体受振动影响产生的加速度，并将其传递给所述控制模块；
所述电压模块用于供电；
所述控制模块分别和加速度传感器、电源模块、各个位移调整单元中的可调弹簧电气相连，用于根据加速度传感器的感应数据控制输入至各个位移调整单元可调弹簧的电流，使得各个位移调整单元产生形变以进行隔振。
作为本发明另一种新型主动控制隔振平台进一步的优化方案，所述位移调整单元的个数为六个。
作为本发明另一种新型主动控制隔振平台进一步的优化方案，所述弹簧本体为矩形截面圆柱螺旋弹簧，采用聚丙烯材料制成。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
本发明得到的隔振平台通过加速度传感器检测振动，并通过计算得到合适的控制信号，即适当波长的光照或电刺激，将其施加给光致形状记忆聚合物或挠曲电材料，实现平台的主动隔振。
采用光致形状记忆聚合物时，可通过控制光的波长和光照强度的方式改变弹簧长度。由于光致形状记忆聚合物中含有光活性物质，在受到光照时，这种物质的浓度会发生变化，导致材料的应变以及杨氏模量发生变化；当光致形状记忆聚合物薄膜贴附在弹簧表面时，就可以产生收缩力矩，使弹簧长度发生变化，实现平台的移动，可以实现低频非接触控制。
采用挠曲电材料时，可通过控制电场梯度的方式改变弹簧长度，达到平台主动隔振的目的。由于挠曲电材料的挠曲电系数较小，对弹簧的控制力矩较小，使其端部作动微小，控制精准，实现精密驱动。
两种材料有不同的使用环境，因此对于平台来说，它的应用范围相应扩大了。
本发明结构简单，功能完整，并且位移放大机构能够将弹簧的端部位移进行放大。利用杠杆原理容易得到，位移放大的倍数就是上面的杆的长度与弹簧固定端到杆外侧端距离的比值。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中第一支杆的结构示意图；
图3为本发明中可调弹簧的结构示意图。
图中，1-上平台，2-隔振装置，3-第一支杆，4-球形铰链，5-下平台，6-上壳体，7-下壳体，8-电源模块，9-加速度传感器，10-光源模块，11-形变部分，12-第一连杆，13-第二连杆，14-第三连杆，15-可调弹簧。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。
如图1所示，本发明公开了一种新型主动控制隔振平台，包含上平台、下平台、以及第一至第六支杆，所述第一至第六支杆的两端均通过球形铰链分别和上平台、下平台连接，形成Stewart平台架构。
如图2所示，所述第一至第六支杆均包含依次相连的上支杆、隔振装置和下支杆；
所述隔振装置包含壳体、加速度传感器、控制模块、电源模块、光源模块和若干个位移调整单元；
所述壳体不透光，包含上壳体、下壳体和形变部分，所述上壳体、下壳体通过形变部分相连；所述形变部分能够拉长或收缩；
所述位移调整单元包含第一连杆、第二连杆、第三连杆和可调弹簧；
所述第一连杆、第二连杆、第三连杆均为刚性杆；所述第一连杆一端通过球形铰链和上壳体的中心相连，另一端和第二连杆的一端铰接；所述第三连杆一端通过球形铰链和下壳体的中心相连，另一端和第二连杆的另一端铰接；
所述可调弹簧一端和第一连杆固连、另一端和第三连杆固连，包含弹簧本体和弹簧本体表面上的光致形状记忆聚合物层，用于调整上壳体中心和下壳体中心之间的距离；
所述加速度传感器设置在所述上壳体内，用于感应上壳体受振动影响产生的加速度，并将其传递给所述控制模块；
所述电压模块用于供电；
所述光源模块用于根据控制模块的指令产生指定波长的光线以照射各个位移调整单元中的可调弹簧；
所述控制模块分别和加速度传感器、电源模块、光源模块电气相连，用于根据加速度传感器的感应数据控制光源模块工作、使得各个位移调整单元中的可调弹簧产生形变以进行隔振。
本发明还公开了另一种新型主动控制隔振平台，包含上平台、下平台、以及第一至第六支杆，所述第一至第六支杆的两端均通过球形铰链分别和上平台、下平台连接，形成Stewart平台架构；
所述第一至第六支杆均包含依次相连的上支杆、隔振装置和下支杆；
所述隔振装置包含壳体、加速度传感器、控制模块、电源模块和若干个位移调整单元；
所述壳体采用绝缘材料制成，包含上壳体、下壳体和形变部分，所述上壳体、下壳体通过形变部分相连；所述形变部分能够拉长或收缩；
所述位移调整单元包含第一连杆、第二连杆、第三连杆和可调弹簧；
所述第一连杆、第二连杆、第三连杆均为刚性杆；所述第一连杆一端通过球形铰链和上壳体的中心相连，另一端和第二连杆的一端铰接；所述第三连杆一端通过球形铰链和下壳体的中心相连，另一端和第二连杆的另一端铰接；
所述可调弹簧一端和第一连杆固连、另一端和第三连杆固连，包含弹簧本体和弹簧本体表面上的挠曲电材料层，用于调整上壳体中心和下壳体中心之间的距离；
所述可调弹簧两端分别通过导线和所述控制模块电气相连；
所述加速度传感器设置在所述上壳体内，用于感应上壳体受振动影响产生的加速度，并将其传递给所述控制模块；
所述电压模块用于供电；
所述控制模块分别和加速度传感器、电源模块、各个位移调整单元中的可调弹簧电气相连，用于根据加速度传感器的感应数据控制输入至各个位移调整单元可调弹簧的电流，使得各个位移调整单元产生形变以进行隔振。
上面两种方案中，所述位移调整单元的个数优先设置为六个；弹簧本体采用矩形截面圆柱螺旋弹簧，采用聚丙烯材料制成，如图3所示。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种新型主动控制隔振平台，包含上平台、下平台、以及第一至第六支杆，所述第一至第六支杆的两端均通过球形铰链分别和上平台、下平台连接，形成Stewart平台架构；其特征在于，所述第一至第六支杆均包含依次相连的上支杆、隔振装置和下支杆；
所述隔振装置包含壳体、加速度传感器、控制模块、电源模块、光源模块和若干个位移调整单元；
所述壳体不透光，包含上壳体、下壳体和形变部分，所述上壳体、下壳体通过形变部分相连；所述形变部分能够拉长或收缩；
所述位移调整单元包含第一连杆、第二连杆、第三连杆和可调弹簧；
所述第一连杆、第二连杆、第三连杆均为刚性杆；所述第一连杆一端通过球形铰链和上壳体的中心相连，另一端和第二连杆的一端铰接；所述第三连杆一端通过球形铰链和下壳体的中心相连，另一端和第二连杆的另一端铰接；
所述可调弹簧一端和第一连杆固连、另一端和第三连杆固连，包含弹簧本体和弹簧本体表面上的光致形状记忆聚合物层，用于调整上壳体中心和下壳体中心之间的距离；
所述加速度传感器设置在所述上壳体内，用于感应上壳体受振动影响产生的加速度，并将其传递给所述控制模块；
所述电源模块用于供电；
所述光源模块用于根据控制模块的指令产生指定波长的光线以照射各个位移调整单元中的可调弹簧；
所述控制模块分别和加速度传感器、电源模块、光源模块电气相连，用于根据加速度传感器的感应数据控制光源模块工作、使得各个位移调整单元中的可调弹簧产生形变以进行隔振。
2.根据权利要求1所述的新型主动控制隔振平台，其特征在于，所述位移调整单元的个数为六个。
3.根据权利要求1所述的新型主动控制隔振平台，其特征在于，所述弹簧本体为矩形截面圆柱螺旋弹簧，采用聚丙烯材料制成。
4.一种新型主动控制隔振平台，包含上平台、下平台、以及第一至第六支杆，所述第一至第六支杆的两端均通过球形铰链分别和上平台、下平台连接，形成Stewart平台架构；其特征在于，所述第一至第六支杆均包含依次相连的上支杆、隔振装置和下支杆；
所述隔振装置包含壳体、加速度传感器、控制模块、电源模块和若干个位移调整单元；
所述壳体采用绝缘材料制成，包含上壳体、下壳体和形变部分，所述上壳体、下壳体通过形变部分相连；所述形变部分能够拉长或收缩；
所述位移调整单元包含第一连杆、第二连杆、第三连杆和可调弹簧；
所述第一连杆、第二连杆、第三连杆均为刚性杆；所述第一连杆一端通过球形铰链和上壳体的中心相连，另一端和第二连杆的一端铰接；所述第三连杆一端通过球形铰链和下壳体的中心相连，另一端和第二连杆的另一端铰接；
所述可调弹簧一端和第一连杆固连、另一端和第三连杆固连，包含弹簧本体和弹簧本体表面上的挠曲电材料层，用于调整上壳体中心和下壳体中心之间的距离；
所述可调弹簧两端分别通过导线和所述控制模块电气相连；
所述加速度传感器设置在所述上壳体内，用于感应上壳体受振动影响产生的加速度，并将其传递给所述控制模块；
所述电源模块用于供电；
所述控制模块分别和加速度传感器、电源模块、各个位移调整单元中的可调弹簧电气相连，用于根据加速度传感器的感应数据控制输入至各个位移调整单元可调弹簧的电流，使得各个位移调整单元产生形变以进行隔振。
5.根据权利要求4所述的新型主动控制隔振平台，其特征在于，所述位移调整单元的个数为六个。
6.根据权利要求4所述的新型主动控制隔振平台，其特征在于，所述弹簧本体为矩形截面圆柱螺旋弹簧，采用聚丙烯材料制成。
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