CN114905489A - 分支倒装式三自由度并联稳定平台 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种分支倒装式三自由度并联稳定平台，其包括机架、驱动分支和末端平台，末端平台设于机架的机架底板处，且驱动分支设于圆环吊台与末端平台之间，驱动分支中电动推杆缸体的第一端通过虎克铰主轴与圆环吊台的底部连接，且电动推杆缸体的第二端滑动设有电动推杆轴，电动推杆轴的第一端通过设于电动推杆轴第一端的边缘球头与末端平台中的边缘球窝球副连接，且驱动分支中的中心球头与机架中的中心球窝球副连接。本发明将末端平台设置于机架的底部，通过降低稳定平台的重心高度，进而减小了末端平台因转动引起的不平衡力矩，同时具有结构简单、高可靠性、高承载力、易于控制等优点。
Description
技术领域
本发明属于并联稳定机构技术领域，特别涉及一种分支倒装式三自由度并联稳定平台。
背景技术
航空机械及其挂载设备在飞行器航行的过程中难免受到高速气流的扰动，且在飞行过程中，为适应航线变化而产生的主动控制也会使得机体发生姿态变化。这些姿态变化使得机舱内难以获得平稳的工作区域，对于部分航空作业，特殊物资运输以及高精密仪器来说都会产生一定的影响，甚至危及到部分人身与财产安全。
为解决上述问题，本发明设计了一种分支倒装式三自由度并联稳定平台，通过隔离机体的姿态扰动，可以在航空机械的航行过程中提供一个持续稳定的工作区域，这对于解决航空作业中的相关干扰问题具有重要意义。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提出一种分支倒装式三自由度并联稳定平台，将末端平台设置于机架的底部，通过降低稳定平台的重心高度，进而减小了末端平台因转动引起的不平衡力矩，同时中心球头与中心球窝构成的中心球副限制了三个平移自由度，使得末端平台只能发生转动，而无约束的驱动分支未能对末端平台做出任何约束，却可以控制末端平台的三个转动自由度，实现了驱动分支控制与自由度约束的相互分离，使得机构运动流畅，避免了运动过程中机构结构间的相互冲突，具有结构简单，结构高度的对称性，且易于实现加工制造等优点。
本发明采用的技术方案是一种分支倒装式三自由度并联稳定平台，其包括机架、驱动分支和末端平台，所述机架包括机架底板、支撑立柱、圆环吊台、三臂吊台和中心球头，所述机架底板的上方设有所述圆环吊台，且所述机架底板与所述圆环吊台之间均布设有所述支撑立柱，所述三臂吊台设于所述机架底板上，且所述三臂吊台底部的中心处设有所述中心球头，所述末端平台设于所述机架底板处，且所述末端平台包括调姿板、中心球窝和边缘球窝，所述调姿板的中心处设有所述中心球窝，且所述调姿板上沿所述中心球窝均布环绕设有所述边缘球窝，所述驱动分支设于所述圆环吊台与所述末端平台之间，且所述驱动分支包括电动推杆缸体和电动推杆轴，所述电动推杆缸体的第一端通过虎克铰主轴与所述圆环吊台的底部连接，且所述电动推杆缸体的第二端滑动设有所述电动推杆轴，所述电动推杆轴的第一端通过设于所述电动推杆轴第一端的边缘球头与所述边缘球窝球副连接，且所述中心球头与所述中心球窝球副连接。
进一步地，所述虎克铰主轴中的长轴与固定设于所述圆环吊台底部的虎克铰全周支座转动连接，且所述虎克铰主轴中的短轴与固定设于所述电动推杆缸体第一端的虎克铰半周支座转动连接。
优选地，所述虎克铰主轴中短轴的中心轴线与所述虎克铰主轴中长轴的中心轴线垂直且共面，且所述虎克铰主轴中长轴的中心轴线与所述圆环吊台的中线轴线相交于一点。
优选地，所述机架底板以及所述圆环吊台均呈圆环结构状，所述机架底板的中心轴线、圆环吊台的中心轴线以及所述三臂吊台的中心轴线均共线，且所述中心球头的球心位于所述三臂吊台的中心轴线上。
优选地，所述三臂吊台上沿所述三臂吊台的中心均布环绕设有三个悬臂，且所述相邻两个悬臂之间的夹角为120°。
优选地，所述中心球窝的球心与所述边缘球窝的球心位于同一平面，且所述此平面与所述调姿板的上表面平行。
本发明的特点和有益效果是：
1、本发明提供的一种分支倒装式三自由度并联稳定平台，将末端平台设置于机架的底部，通过降低稳定平台的重心高度，进而减小了末端平台因转动引起的不平衡力矩。
2、本发明提供的一种分支倒装式三自由度并联稳定平台，中心球头与中心球窝构成的中心球副限制了三个平移自由度，使得末端平台只能发生转动，而无约束的驱动分支未能对末端平台做出任何约束，却可以控制末端平台的三个转动自由度，实现了驱动分支控制与自由度约束的相互分离，使得机构运动流畅，避免了运动过程中机构结构间的相互冲突。
3、本发明提供的一种分支倒装式三自由度并联稳定平台，驱动分支倒挂设置，方便安装于机舱底部并有效侦察到底面情况，同时中心球头与中心球窝构成的中心球副承受机构负载，而驱动分支不承受机构载荷，有利于提高机构整体运动精度，具有结构简单，结构高度的对称性，且易于实现加工制造等优点。
4、本发明提供的一种分支倒装式三自由度并联稳定平台，机架部分采取了箱体式包装，将驱动支链完全覆盖在里面，所有的运动因此被限制在机架内部，不易与外界非可控因素发生干涉。其中内部空间十分富裕，具有较大的外置设备开发空间。
5、本发明提供的一种分支倒装式三自由度并联稳定平台，三臂吊台采用了工字钢型高刚度结构设计，侧圆形孔均作镂空处理，减轻重量的同时提高了支撑能力。
附图说明
图1是本发明分支倒装式三自由度并联稳定平台的整体结构示意图；
图2是本发明分支倒装式三自由度并联稳定平台的主视图；
图3是本发明分支倒装式三自由度并联稳定平台的俯视图；
图4是本发明分支倒装式三自由度并联稳定平台的右视图；
图5是本发明机架的整体结构示意图；
图6是本发明机架的主视图；
图7是本发明末端平台的整体结构示意图；
图8是本发明驱动分支的整体结构示意图；
图9是本发明虎克铰主轴的整体结构示意图；
图10是本发明的工作空间示意图。
主要附图标记：
机架1；机架底板11；支撑立柱12；圆环吊台13；三臂吊台14；虎克铰全周支座15；中心球头16；虎克铰主轴2；长轴21；短轴22；驱动分支3；虎克铰半周支座31；电动推杆缸体32；电动推杆轴33；边缘球头34；末端平台4；调姿板41；中心球窝42；边缘球窝43。
具体实施方式
为详尽本发明之技术内容、结构特征、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。
本发明提供一种分支倒装式三自由度并联稳定平台，如图1～图4所示，其包括机架1、驱动分支3和末端平台4。
如图5～图6所示，机架1包括机架底板11、支撑立柱12、圆环吊台13、三臂吊台14和中心球头16，机架底板11的上方设有圆环吊台13，且机架底板11与圆环吊台13之间均布设有支撑立柱12，三臂吊台14设于机架底板11上，且三臂吊台14底部的中心处设有中心球头16。
在一种优选方式中，机架底板11以及圆环吊台13均呈圆环结构状，机架底板11的中心轴线、圆环吊台13的中心轴线以及三臂吊台14的中心轴线均共线，且中心球头16的球心位于三臂吊台14的中心轴线上。且三臂吊台14上沿三臂吊台14的中心均布环绕设有三个悬臂，且相邻两个悬臂之间的夹角为120°。
如图7所示，末端平台4设于机架底板11处，且末端平台4包括调姿板41、中心球窝42和边缘球窝43，调姿板41的中心处设有中心球窝42，且调姿板41上沿中心球窝42均布环绕设有边缘球窝43，中心球窝42的球心与边缘球窝43的球心位于同一平面，且此平面与调姿板41的上表面平行。
如图1～图8所示，驱动分支3设于圆环吊台13与末端平台4之间，且驱动分支3包括电动推杆缸体32和电动推杆轴33，电动推杆缸体32的第一端通过虎克铰主轴2与圆环吊台13的底部连接，且电动推杆缸体32的第二端滑动设有电动推杆轴33，电动推杆轴33的第一端通过设于电动推杆轴33第一端的边缘球头34与边缘球窝43球副连接，且中心球头16与中心球窝42球副连接。
如图9所示，虎克铰主轴2中的长轴21与固定设于圆环吊台13底部的虎克铰全周支座15转动连接，且虎克铰主轴2中的短轴22与固定设于电动推杆缸体32第一端的虎克铰半周支座31转动连接。
在一种优选方式中，虎克铰主轴2中短轴22的中心轴线与虎克铰主轴2中长轴21的中心轴线垂直且共面，且虎克铰主轴2中长轴21的中心轴线与圆环吊台13的中线轴线相交于一点。
本发明的具体操作步骤如下：
如图1～图9所示，本发明的一种分支倒装式三自由度并联稳定平台，其包括机架1、驱动分支3和末端平台4，末端平台4设于机架1的机架底板11处，且驱动分支3设于圆环吊台13与末端平台4之间，驱动分支3中电动推杆缸体32的第一端通过虎克铰主轴2与圆环吊台13的底部连接，且电动推杆缸体32的第二端滑动设有电动推杆轴33，电动推杆轴33的第一端通过设于电动推杆轴33第一端的边缘球头34与边缘球窝43球副连接，且中心球头16与中心球窝42球副连接。
在具体操作过程中，首先中心球头16与中心球窝43构成球副连接，约束了末端平台4，使末端平台4仅能绕着中心球头16发生转动，但不约束转动的方向，故末端平台4有三个方向的转动自由度，且球副连接不能控制这些转动，而驱动分支3第一端的虎克铰半周支座31与虎克铰主轴2的短轴22以及虎克铰全周支座15与虎克铰主轴2的长轴21构成万向副连接，同时驱动分支3上的边缘球头34与边缘球窝43构成球副连接，电动推杆缸体32与电动推杆轴33构成移动副连接。因此，驱动分支3在平台机架1与末端平台4之间构成了三自由度的驱动支链，由于三个驱动分支3的移动副刚好可以控制末端平台4的三个转动自由度，故使得整个稳定平台的构件运动完全可控。当平台机架1发生姿态倾斜时，通过控制驱动分支3上的移动副，就可以调整调平末端平台4的姿态，以实现姿态稳定功能。
如图10所示，给定三自由度并联稳定平台中各部件的基本尺寸，其中机架1的外形尺寸为696mm×698mm×496.5mm，驱动分支3的最大行程为144mm，末端平台的最大***尺寸为220mm×220mm×30mm，通过计算可以得到并联稳定平台的工作空间。其机架1部分采取箱体式包装，将驱动分支3完全覆盖在里面，所有的运动因此被限制在机架1内部，不易与外界非可控因素发生干涉，且内部空间十分富裕，具有较大的外置设备开发空间，同时三臂吊台采用了工字钢型高刚度结构设计，侧圆形孔均作镂空处理，减轻重量的同时提高了支撑能力。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (6)
1.一种分支倒装式三自由度并联稳定平台，其特征在于，其包括机架、驱动分支和末端平台，
所述机架包括机架底板、支撑立柱、圆环吊台、三臂吊台和中心球头，所述机架底板的上方设有所述圆环吊台，且所述机架底板与所述圆环吊台之间均布设有所述支撑立柱，所述三臂吊台设于所述机架底板上，且所述三臂吊台底部的中心处设有所述中心球头，所述末端平台设于所述机架底板处，且所述末端平台包括调姿板、中心球窝和边缘球窝，所述调姿板的中心处设有所述中心球窝，且所述调姿板上沿所述中心球窝均布环绕设有所述边缘球窝，所述驱动分支设于所述圆环吊台与所述末端平台之间，且所述驱动分支包括电动推杆缸体和电动推杆轴，所述电动推杆缸体的第一端通过虎克铰主轴与所述圆环吊台的底部连接，且所述电动推杆缸体的第二端滑动设有所述电动推杆轴，所述电动推杆轴的第一端通过设于所述电动推杆轴的第一端的边缘球头与所述边缘球窝球副连接，且所述中心球头与所述中心球窝球副连接。
2.根据权利要求1所述的分支倒装式三自由度并联稳定平台，其特征在于，所述虎克铰主轴中的长轴与固定设于所述圆环吊台底部的虎克铰全周支座转动连接，且所述虎克铰主轴中的短轴与固定设于所述电动推杆缸体第一端的虎克铰半周支座转动连接。
3.根据权利要求2所述的分支倒装式三自由度并联稳定平台，其特征在于，所述虎克铰主轴中短轴的中心轴线与所述虎克铰主轴中长轴的中心轴线垂直且共面，且所述虎克铰主轴中长轴的中心轴线与所述圆环吊台的中线轴线相交于一点。
4.根据权利要求1所述的分支倒装式三自由度并联稳定平台，其特征在于，所述机架底板以及所述圆环吊台均呈圆环结构状，所述机架底板的中心轴线、圆环吊台的中心轴线以及所述三臂吊台的中心轴线均共线，且所述中心球头的球心位于所述三臂吊台的中心轴线上。
5.根据权利要求1所述的分支倒装式三自由度并联稳定平台，其特征在于，所述三臂吊台上沿所述三臂吊台的中心均布环绕设有三个悬臂，且所述相邻两个悬臂之间的夹角为120°。
6.根据权利要求1所述的分支倒装式三自由度并联稳定平台，其特征在于，所述中心球窝的球心与所述边缘球窝的球心位于同一平面，且所述此平面与所述调姿板的上表面平行。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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