CN206242048U - 一种小型六自由度并联运动平台 - Google Patents

Abstract

一种小型六自由度并联运动平台。由下平台、下虎克铰、电动缸、上虎克铰及上平台五大部分组成；上、下虎克铰中，以十字轴为载体，以滚针轴承为支撑，传动轴叉与万向节叉可以绕着十字轴产生两个自由度的旋转运动，通过上下共12个虎克铰的联动及电动缸的往复直线运动，可以使上平台在一定范围内按任意姿态运动；中间传动装置为电动缸，采用步进电机驱动滚珠丝杠的结构形式，将旋转运动转化为往复直线运动；虎克铰中的十字轴采用整体结构，采用滚针轴承支撑。本种运动平台采用电驱动，结构紧凑，体积小，重量轻，运行时可以实现对运行速度、加速度的实时控制，操作方便，安全可靠；另外，步进电机输出转速较高，扭矩较小，提高了传动效率。

Description

一种小型六自由度并联运动平台

技术领域

本实用新型涉及一种应用于小型设备运动仿真和监测中的装置，能够产生空间内任意六个单自由度运动及任意几个自由度的复合运动。

背景技术

一些小型设备在摇摆、震动等条件下，工作情况往往与正常情况有很大差异。例如小型动感设备、传感器、部分汽车零部件等在特殊运动条件下工作性能会发生改变。为保证一些微小型设备能够在各种摇摆、震动等条件下正常工作，便需要检测其在多自由度条件影响下的工作情况。目前，模拟六自由度运动的装置大部分采用液压驱动，但其配套原件较多，成本较高。

发明内容

为了解决背景技术中所提到的技术问题，本实用新型提供一种小型六自由度并联运动平台，该种运动平台能够在实验室条件下为小型设备提供六个自由度条件下的模拟运动，具有节能、安全、可控、无破坏性、经济性、可操作性好等优点。

本实用新型的技术方案是：该种小型六自由度并联运动平台，包括下平台、下虎克铰、电动缸、上虎克铰以及上平台，其独特之处在于：

下虎克铰为完全对称结构，包括下传动轴叉、第一滚针轴承、第一轴承套、第一透盖、第一十字轴、下万向节叉、第二轴承套、第二滚针轴承、第二透盖、第三轴承套、第三滚针轴承、第三透盖、第四轴承套、第四滚针轴承以及第四透盖。

其中，下万向节叉作为支撑载体，下万向节叉的内圆面与第一轴承套的外圆面间隙配合，下万向节叉的外平面与轴承套的大端面配合接触，下万向节叉与轴承套之间采用第五内六角螺钉连接。

第一轴承套内圆面与第一滚针轴承外圆面过盈配合，第一滚针轴承内圆面与第一十字轴的第一外表面间隙配合，第一滚针轴承的端面与第一透盖的小端面接触配合，第一透盖的大端面与第一轴承套的小端面接触配合，第一透盖与第一轴承套之间采用第六内六角螺钉连接。

下传动轴叉的内圆面与第三轴承套的外圆面配合接触，其外平面与第三轴承套的大端面配合接触，下传动轴叉与第三轴承套之间采用第五内六角螺钉连接；第三轴承套内圆面与第三滚针轴承外圆面过盈配合。第三滚针轴承内圆面与第一十字轴的第三外表面间隙配合；第三滚针轴承的端面与第三透盖的小端面接触配合，第三透盖的大端面与第三轴承套的小端面接触配合，第三透盖与第三轴承套之间采用第六内六角螺钉连接。

所述下虎克铰装配完毕后，所述下万向节叉和下传动轴叉可绕所述第一十字轴产生两个垂直方向的自由度的转动。

所述上虎克铰亦为完全对称结构，与所述下虎克铰结构相对应，包括相互连接的上万向节叉、第五滚针轴承、第五轴承套、第五透盖、第二十字轴、上传动轴叉、第六轴承套、第六滚针轴承、第六透盖、第七轴承套、第七滚针轴承、第七透盖、第八轴承套、第八滚针轴承以及第八透盖。

所述上虎克铰装配完毕后，所述上万向节叉和上传动轴叉可以绕所述第二十字轴产生两个垂直方向的自由度的转动；

电动缸由步进电机、传动箱以及直线作动器连接后组成；其中，步进电机作为驱动元件，发送指令脉冲，通过所述传动箱减速增扭，将运动传递至所述直线作动器，最终实现所述电动缸的往复直线运动。

下平台包括六角螺栓、第一六角螺母、下平台本体以及第二六角螺母。上平台作为测试物体的载体，用以进行平台六个自由度的实现，通过第九安装孔将被测物体固定在上平台上。

下虎克铰与电动缸通过第三、第四安装孔使用第二内六角螺钉连接；电动缸与上虎克铰通过第五、第六安装孔使用第三内六角螺钉连接；第二内六角螺钉通过第一、第二安装孔将下平台与下虎克铰连接起来，第四内六角螺钉将上平台与上虎克铰相连。

本实用新型具有如下有益效果：本种小型六自由度并联运动平台采用电驱动，结构紧凑，体积小，重量轻，能够满足六个自由度方向运动的需要。采用步进电机驱动滚珠丝杠的运动传递形式，在步进电机不丢步的情况下，位置精度好，传动效率高，相对于液压缸传动形式来说经济、节能、环保。上、下万向节均采用虎克铰结构，本身旋转角度较大，且与球铰相比，虎克铰受拉性能较好。在一些小型应用装置或低载荷条件下，采用步进电机驱动的电动缸可以完全替代液压缸，电动缸在复杂的环境下工作只需要定期的注脂润滑，并无易损件需要维护更换，将比液压***和气压***减少了大量的售后服务成本。并且具有更环保，更节能，更经济的优点，很容易与单片机等控制***连接，实现高精密运动控制。综上所述，本种小型六自由度并联运动平台设计巧妙，使用安全，控制方便，能够在实验室条件下为小型设备提供六个自由度条件下的模拟运动，具有较好的实用价值。

附图说明：

图1 是本实用新型所述的小型六自由度并联运动平台的二维总体装配图。

图2 是本实用新型所述的下虎克铰二维主视图。

图3 是本实用新型所述的下虎克铰二维侧视图。

图4 是本实用新型所述的上虎克铰二维主视图。

图5 是本实用新型所述的上虎克铰二维侧视图。

图6 是本实用新型所述的电动缸三维部件图。

图7 是本实用新型所述的下万向节叉三维结构示意图。

图8 是本实用新型所述的下传动轴叉三维结构示意图。

图9 是本实用新型所述的上传动轴叉三维结构示意图。

图10 是本实用新型所述的上万向节叉三维结构示意图。

图11 是本实用新型所述的十字轴三维结构示意图。

图12 是本实用新型所述的轴承套的三维示意图。

图13 是本实用新型所述的透盖的三维示意图。

图14 是本实用新型所述的上平台的二维示意图。

图15 是本实用新型所述的下平台的三维示意图。

图中 1-下平台，2-第一内六角螺钉，3-下虎克铰，4-第二内六角螺钉，5-电动缸，6-第三内六角螺钉，7-上虎克铰，8-第四内六角螺钉，9-上平台，10-下传动轴叉，11-第五内六角螺钉，12-第六内六角螺钉，13-第一滚针轴承，14-第一轴承套，15-第一透盖，16-第一十字轴，17-下万向节叉，18-第二轴承套，19-第二滚针轴承，20,-第二透盖，21-第三轴承套，22-第三滚针轴承，23-第三透盖，24-第四轴承套，25-第四滚针轴承，26-第四透盖，27-上万向节叉，28-第七内六角螺钉，29-第八内六角螺钉，30-第五滚针轴承，31-第五轴承套，32-第五透盖，33-第二十字轴，34-上传动轴叉，35-第六轴承套，36-第六滚针轴承，37-第六透盖，38-第七轴承套，39-第七滚针轴承，40-第七透盖，41-第八轴承套，42-第八滚针轴承，43-第八透盖，44-步进电机，45-传动箱，46-第四安装孔，47-第五安装孔，48-直线作动器，49-下万向节叉内圆面，50-下万向节叉外平面，51-第二安装孔，52-下传动轴叉内圆面，53-下传动轴叉外平面，54-第三安装孔，55-上传动轴叉内圆面，56-上传动轴叉外平面，57-第六安装孔，58-上万向节叉内圆面，59-上万向节叉外平面，60-第七安装孔， 61-十字轴第一外表面，62-十字轴第二外表面，63-十字轴第三外表面，64-十字轴第四外表面， 65-轴承套大端面，66-轴承套外圆面，67-轴承套小端面，68-轴承套内圆面，69-透盖大端面，70-透盖小端面，71- 第八安装孔，72-第九安装孔，73-第一安装孔，74-六角螺栓，75-第一六角螺母，76-下平台本体，77-第二六角螺母。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型作进一步说明：

如图1所示，本种小型六自由度并联运动平台主要由下平台1，第一内六角螺钉2，下虎克铰3，第二内六角螺钉4，电动缸5，第三内六角螺钉6，上虎克铰7，第四内六角螺钉8，上平台9组成，其具体组成结构为：

下虎克铰为完全对称结构，由下传动轴叉10，第五内六角螺钉11，第六内六角螺钉12，第一滚针轴承13，第一轴承套14，第一透盖15，第一十字轴16，下万向节叉17，第二轴承套18，第二滚针轴承19，第二透盖20，第三轴承套21，第三滚针轴承22，第三透盖23，第四轴承套24，第四滚针轴承25，第四透盖26等组成。

下虎克铰各部分连接关系为：下万向节叉17作为支撑载体，其内圆面49与第一轴承套14的外圆面66间隙配合，其外平面50与轴承套14的大端面65配合接触，下万向节叉17与轴承套14之间采用第五内六角螺钉11连接。第一轴承套内圆面68与第一滚针轴承13外圆面过盈配合。第一滚针轴承13内圆面与第一十字轴16的第一外表面61间隙配合。第一滚针轴承13的端面与第一透盖15的小端面70接触配合，第一透盖15的大端面69与第一轴承套14的小端面67接触配合，第一透盖15与第一轴承套14之间采用第六内六角螺钉12连接。由于该部件为完全对称结构，因此以中心线Ⅰ为对称中心，下万向节叉17与第二轴承套18，第二滚针轴承19，第二透盖20，十字轴第二外表面的装配关系与第一轴承套14，第一滚针轴承13，第一透盖15的装配关系完全相同，不再赘述。下传动轴叉10的内圆面52与第三轴承套21的外圆面66配合接触，其外平面53与第三轴承套21的大端面65配合接触，下传动轴叉10与第三轴承套21之间采用第五内六角螺钉11连接。第三轴承套内圆面68与第三滚针轴承22外圆面过盈配合。第三滚针轴承22内圆面与第一十字轴16的第三外表面63间隙配合。第三滚针轴承22的端面与第三透盖23的小端面70接触配合，第三透盖23的大端面69与第三轴承套的小端面67接触配合，第三透盖23与第三轴承套21之间采用第六内六角螺钉12连接。由于结构的对称性，因此以中心线Ⅱ为对称中心，下传动轴叉10与第四轴承套24，第四滚针轴承25，第四透盖26的装配关系与第三轴承套21，第三滚针轴承22，第三透盖23，十字轴第四外表面的装配关系相同，不再赘述。

下虎克铰装配完毕后，下万向节叉和下传动轴叉可以绕着第一十字轴产生两个垂直方向的自由度的转动。

上虎克铰为完全对称结构，由上万向节叉27，第七内六角螺钉28，第八内六角螺钉29，第五滚针轴承30，第五轴承套31，第五透盖32，第二十字轴33，上传动轴叉34，第六轴承套35，第六滚针轴承36，第六透盖37，第七轴承套38，第七滚针轴承39，第七透盖40，第八轴承套41，第八滚针轴承42，第八透盖43等组成。

上虎克铰各部分连接关系为：由于上虎克铰与下虎克铰结构高度类似，因此在装配关系中只需将下虎克铰中的下万向节叉替换为上万向节叉，将下传动轴叉替换为上传动轴叉即可。此处不再赘述。

上虎克铰装配完毕后，上万向节叉和上传动轴叉可以绕着第二十字轴产生两个垂直方向的自由度的转动。

电动缸由步进电机44，传动箱45，直线作动器48等组成。步进电机作为驱动元件，发送指令脉冲，通过传动箱减速增扭，将运动传递至直线作动器，实现电动缸的往复直线运动。

下平台1主要由六角螺栓74，第一六角螺母75，下平台本体76，第二六角螺母77组成。其中第一六角螺母75，下平台本体76，第二六角螺母77主要用来保持平台整体的稳定性，并且能够调节下平台的高度，便于运移。

上平台作为测试物体的载体，用以进行平台六个自由度的实现，通过第九安装孔72将被测物体固定在上平台上。

装配时，先将下虎克铰3与电动缸5通过第三、第四安装孔54、46使用第二内六角螺钉4连接起来，再将电动缸5与上虎克铰7通过第五、第六安装孔47、57使用第三内六角螺钉6连接起来，装配完毕后，再用第二内六角螺钉4通过第一、第二安装孔将下平台1与下虎克铰3连接起来，最后用第四内六角螺钉8将上平台9与上虎克铰7相连，实现平台的整体组装。如果需要搭载测试物体，可通过第九安装孔72安装在上平台9上。

将下平台固定，即为固定平台，利用下虎克铰将下平台与电动缸底端连接，利用上虎克铰将电动缸顶端与上平台连接。下平台作为整个装置的基础，起到支撑作用；上、下虎克铰作为旋转部件，实现上平台在不同角度下的运动传递；电动缸采用步进电机驱动滚珠丝杠的运动传递形式，实现六个支链的往复直线运动；上平台为被测物体的载体，同时也是整套装置的运动实现部分。

本实用新型的工作原理为：通过六个电动缸的直线运动与上、下万向节的旋转运动相配合，实现上平台在六个自由度上的任意位姿变换。

本实用新型的工作过程如下：六个步进电机接受脉冲指令后，按照一定的方向和速度转动，通过电动缸的传动箱内的齿轮副减速增扭后将运动传递给滚珠丝杠，螺母副将丝杠的旋转运动变为直线运动，带动伸缩杆完成往复直线运动。通过上、下万向节的旋转配合运动，带动上平台完成平移、横滚、俯仰及偏航等动作，实现动平台在空间六个自由度的运动。该装置的工作特点是运行速度和加速度可调，无需位置反馈便可以实现运动位置的精确控制。

应用时，将所有零件装配完毕，并将小型六自由度并联运动平台与控制***连接后，检查无误，开始运行。步进电机44接受脉冲指令后，按照一定的方向和速度转动，通过传动箱45减速增扭后将运动传递直线作动器47，完成将旋转运动变为直线运动的运动转换，通过直线作动器47以及上虎克铰7和下虎克铰3的配合运动，带动上平台9完成三个方向的平移运动及横滚，俯仰及偏航等三个旋转运动，以及它们的复合运动，实现动平台在空间六个自由度的运动。每次运动完成后，平台需运动到初始的中位位置，为下次试验做准备。

Claims (1)

1.一种小型六自由度并联运动平台，包括下平台（1）、下虎克铰（3）、电动缸（5）、上虎克铰（7）以及上平台（9），其特征在于：

下虎克铰（3）为完全对称结构，包括下传动轴叉（10）、第一滚针轴承（13）、第一轴承套（14）、第一透盖（15）、第一十字轴（16）、下万向节叉（17）、第二轴承套（18）、第二滚针轴承（19）、第二透盖（20）、第三轴承套（21）、第三滚针轴承（22）、第三透盖（23）、第四轴承套（24）、第四滚针轴承（25）以及第四透盖（26）；

其中，下万向节叉（17）作为支撑载体，下万向节叉（17）的内圆面（49）与第一轴承套（14）的外圆面（66）间隙配合，下万向节叉（17）的外平面（50）与第一轴承套（14）的大端面（65）配合接触，下万向节叉（17）与第一轴承套（14）之间采用第五内六角螺钉（11）连接；

第一轴承套内圆面（68）与第一滚针轴承（13）外圆面过盈配合，第一滚针轴承（13）内圆面与第一十字轴（16）的第一外表面（61）间隙配合，第一滚针轴承（13）的端面与第一透盖（15）的小端面（70）接触配合，第一透盖（15）的大端面（69）与第一轴承套（14）的小端面（67）接触配合，第一透盖（15）与第一轴承套（14）之间采用第六内六角螺钉（12）连接；

下传动轴叉（10）的内圆面（52）与第三轴承套（21）的外圆面（66）配合接触，其外平面（53）与第三轴承套（21）的大端面（65）配合接触，下传动轴叉（10）与第三轴承套（21）之间采用第五内六角螺钉（11）连接；第三轴承套内圆面（68）与第三滚针轴承（22）外圆面过盈配合；第三滚针轴承（22）内圆面与第一十字轴（16）的第三外表面（63）间隙配合；第三滚针轴承（22）的端面与第三透盖（23）的小端面（70）接触配合，第三透盖（23）的大端面（69）与第三轴承套的小端面（67）接触配合，第三透盖（23）与第三轴承套（21）之间采用第六内六角螺钉（12）连接；

所述下虎克铰装配完毕后，所述下万向节叉和下传动轴叉可绕所述第一十字轴产生两个垂直方向的自由度的转动；

所述上虎克铰亦为完全对称结构，与所述下虎克铰结构相对应，包括相互连接的上万向节叉（27）、第五滚针轴承（30）、第五轴承套（31）、第五透盖（32）、第二十字轴（33）、上传动轴叉（34）、第六轴承套（35）、第六滚针轴承（36）、第六透盖（37）、第七轴承套（38）、第七滚针轴承（39）、第七透盖（40）、第八轴承套（41）、第八滚针轴承（42）以及第八透盖（43）；

所述上虎克铰装配完毕后，所述上万向节叉和上传动轴叉可以绕所述第二十字轴产生两个垂直方向的自由度的转动；

电动缸（5）由步进电机（44）、传动箱（45）以及直线作动器（48）连接后组成；其中，所述步进电机作为驱动元件，发送指令脉冲，通过所述传动箱减速增扭，将运动传递至所述直线作动器，最终实现所述电动缸的往复直线运动；

下平台（1）包括六角螺栓（74）、第一六角螺母（75）、下平台本体（76）以及第二六角螺母（77）；上平台（9）作为测试物体的载体，用以进行平台六个自由度的实现，通过第九安装孔（72）将被测物体固定在上平台上；

下虎克铰（3）与电动缸（5）通过第三安装孔（54）、第四安装孔（46）使用第二内六角螺钉（4）连接；电动缸（5）与上虎克铰（7）通过第五安装孔（47）、第六安装孔（57）使用第三内六角螺钉（6）连接；第二内六角螺钉（4）通过第一、第二安装孔将下平台（1）与下虎克铰（3）连接起来，第四内六角螺钉（8）将上平台（9）与上虎克铰（7）相连。