CN109773727A - 一种含惯容的六自由度平台 - Google Patents

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陈志强
陈永华
张海中
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Abstract

本发明公开了一种含惯容的六自由度平台，在传统被动六自由度平台的支腿中加入惯容，提高了被动六自由度平台的减振性能，使其适用于对减振性能要求更高的场合。本发明包括上平台、下平台、六个上球铰、六个下球铰、六个上球铰座、六个下球铰座和六个支腿构件，支腿构件包括惯容、第一弹簧、第二弹簧和阻尼器，惯容与第一弹簧并联，得到第一并联链路，阻尼器与第二弹簧并联，得到第二并联链路，第一并联链路与第二并联链路串联。

Description

一种含惯容的六自由度平台
技术领域
本发明属于机械减振装置，具体涉及一种含惯容的六自由度平台。
背景技术
惯容是一种机械储能元件，具有在端子处施加的力与它们之间的相对加速度成比例的特性，因此惯容可以代替质量元件以重新定义电气-机械类比，从而可以将电路综合理论完全转换到机械网络中。惯容有着广泛的应用前景，其主要功能有振动吸收、悬架设计、替代质量等。惯容的最常见应用是用于减轻振动的各种机械***，如改进的汽车悬架***，高性能摩托车转向补偿器，列车悬架横向控制，减轻储液罐内液体晃动，光学平台振动抑制，甚至是飞机起落架。惯容也可以有效地用于土木工程结构的被动振动控制，特别是在结构动力学应用中作为有效的响应修改装置。
惯容被发明至今，已经出现了多种实现形式，主要有齿轮齿条式惯容、滚珠丝杠式惯容、扭转式惯容、液压活塞式惯容、液压泵式惯容、螺旋式液体惯容。按元件参数是否可调，惯容可分为被动惯容和半主动惯容这两类，前者其元件参数即惯性不可调，而后者可调。
传统被动六自由度平台由六支支腿，上、下各六只万向铰链和上、下两个平台组成，当六支支腿做伸缩运动时，上平台在空间六个自由度(X，Y，Z，α，β，γ)上运动。当在下平台产生振动时，振动通过具有减振功能的六条支腿传到上平台。
上述传统被动六自由度平台采用的支腿结构为弹簧与阻尼器并联结构，仅使用了弹簧和阻尼器这两种元件，减振性能较弱，从而导致整个平台的减振性能不高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含惯容的六自由度平台，克服了传统被动六自由度平台存在的缺点，提高了被动六自由度平台的减振性能，使其适用于对减振性能要求更高的场合。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种含惯容的六自由度平台，在传统被动六自由度平台的支腿中加入惯容，提高了被动六自由度平台的减振性能，使其适用于对减振性能要求更高的场合。
进一步地，所述的含惯容的六自由度平台，包括上平台、下平台、六个上球铰、六个下球铰、六个上球铰座、六个下球铰座和六个支腿构件，每个上球铰座内设有一个上球铰，上球铰座固定在上平台底面，每个下球较座内设有一个下球铰，下球铰座固定在下平台的顶面；每个支腿构件顶端连接一个上球铰，底端连接一个下球铰。
进一步地，支腿构件包括惯容、第一弹簧、第二弹簧和阻尼器，惯容与第一弹簧并联，得到第一并联链路，阻尼器与第二弹簧并联，得到第二并联链路，第一并联链路与第二并联链路串联。其中惯容底部与阻尼器顶部固连，惯容顶部与上球铰固连，阻尼器底部与下球铰固连。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：在传统被动六自由度平台的支腿中加入惯容，提高了被动六自由度平台的减振性能，使其适用于对减振性能要求更高的场合。
附图说明
图1为本发明含惯容的六自由度平台的结构示意图。
图2为本发明的支腿构件示意图。
图3为本发明的支腿构件的振动分析示意图。
图4为传统被动六自由度平台的支腿构件的振动分析示意图。
图5为本发明的支腿构件与传统被动六自由度平台的支腿构件的幅频响应对比图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
结合图1和图2，本发明所述的含惯容的六自由度平台，在传统被动六自由度平台的支腿中加入惯容，提高了被动六自由度平台的减振性能，使其适用于对减振性能要求更高的场合。
本发明所述的含惯容的六自由度平台包括上平台1、下平台2、六个上球铰3、六个下球铰4、六个上球铰座5、六个下球铰座6和六个支腿构件7，每个上球铰座5内设有一个上球铰3，上球铰座5固定在上平台1底面，每个下球较座6内设有一个下球铰4，下球铰座6固定在下平台2的顶面；每个支腿构件7顶端连接一个上球铰3，底端连接一个下球铰4。
所述支腿构件7包括惯容8、第一弹簧9、第二弹簧11和阻尼器10，惯容8与第一弹簧9并联，得到第一并联链路，阻尼器10与第二弹簧11并联，得到第二并联链路，第一并联链路与第二并联链路串联。
其中惯容8底部与阻尼器10顶部固连，惯容8顶部与上球铰3固连，阻尼器10底部与下球铰4固连。
第一弹簧9和第二弹簧11起缓冲的作用，可避免负载突然增大使支腿构件7受力急剧增加导致其中的阻尼器10和惯容8被损坏。当在下平台2产生振动时，振动通过具有减振功能的六条支腿构件7传到上平台1。
如图3所示，设质量块的质量为M，第一弹簧9的刚度为k1，第二弹簧11的刚度为k2，惯容8的惯性为b，阻尼器10的阻尼为c，对单个支腿构件7做振动分析。设受到振动后支腿构件7下端的位移即输入的振动信号的为z(t)，其拉普拉斯变换为z(s)；上端的位移即输出响应为x(t)，其拉普拉斯变换为x(s)，则
所以振动传递函数T1为
传统被动六自由度平台采用的支腿结构为弹簧与阻尼器并联结构。如图4所示，设质量块的质量为M，弹簧的刚度为k1，阻尼器的阻尼为c1，对单个支腿做振动分析。设受到振动后这种支腿下端的位移即输入的振动信号的为z(t)，其拉普拉斯变换为z(s)；上端的位移即输出响应为x(t)，其拉普拉斯变换为x(s)，则
对上式两边进行拉普拉斯变换得
Ms2x(s)＝(k3+c1s)[z(s)-x(s)]
所以振动传递函数T2为
取M＝10kg，k1＝9×104Nm-1，b＝103Ns2m-2，k2＝k3＝104Nm-1，c＝c1＝506Nsm-1，可绘制出振动传递函数T1和T2的幅频响应曲线，如图5所示，其中实线表示振动传递函数T1的幅频响应曲线，虚线表示振动传递函数T2的幅频响应曲线。对比幅频响应曲线可知，与传统六自由度被动减振平台采用的支腿结构相比，本发明所述的含惯容的六自由度平台采用的支腿结构对振动的增益更小，从而本发明所述的含惯容的六自由度平台具有比传统六自由度被动减振平台更好的减振效果。

Claims (3)

1.一种含惯容的六自由度平台，其特征在于：在传统被动六自由度平台的支腿中加入惯容，提高了被动六自由度平台的减振性能，使其适用于对减振性能要求更高的场合。
2.根据权利要求1所述的含惯容的六自由度平台，其特征在于：包括上平台（1）、下平台（2）、六个上球铰（3）、六个下球铰（4）、六个上球铰座（5）、六个下球铰座（6）和六个支腿构件（7），每个上球铰座（5）内设有一个上球铰（3），上球铰座（5）固定在上平台（1）底面，每个下球较座（6）内设有一个下球铰（4），下球铰座（6）固定在下平台（2）的顶面；每个支腿构件（7）顶端连接一个上球铰（3），底端连接一个下球铰（4）。
3.根据权利要求1所述的含惯容的六自由度平台，其特征在于：支腿构件（7）包括惯容（8）、第一弹簧（9）、第二弹簧（11）和阻尼器（10），惯容（8）与第一弹簧（9）并联，得到第一并联链路，阻尼器（10）与第二弹簧（11）并联，得到第二并联链路，第一并联链路与第二并联链路串联；
其中惯容（8）底部与阻尼器（10）顶部固连，惯容（8）顶部与上球铰（3）固连，阻尼器（10）底部与下球铰（4）固连。
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