垂直方向上大幅可控的多自由度运动平台及方法 |
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| 申请号 | CN202111559796.0 | 申请日 | 2021-12-20 | 公开(公告)号 | CN114378779B | 公开(公告)日 | 2024-04-26 |
| 申请人 | 江苏普旭科技股份有限公司; | 发明人 | 吴桂林; 刘华忠; 叶江; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及多 自由度 运动平台技术领域，具体涉及垂直方向上大幅可控的多自由度运动平台及方法，包括六自由度运动平台，用于多自由度的升降和转向运动；三自由度运动底座，用于实现三个自由度空间内的调整，其对六自由度运动平台的进行高度和 角 度的辅助增强，承载台，设置在六自由度运动平台和三自由度运动底座之间，所述三自由度运动底座的顶部对承载台进行承托，本发明将六自由度运动平台的驱动部件设计为横置式的双独立 丝杠 驱动的电动线性 导轨 ，可在垂直的方向上提供更多的空间调节范围；通过三自由度运动底座设在六自由度运动平台的下方作为辅助，进一步扩展在垂直方向上的偏转角度，实现垂直方向大幅可控的多自由度仿真运动。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种垂直方向上大幅可控的多自由度运动平台，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 垂直方向上大幅可控的多自由度运动平台及方法技术领域[0001] 本发明涉及多自由度运动平台技术领域，具体为垂直方向上大幅可控的多自由度运动平台及方法。 背景技术[0003] 在实际的运动平台应用过程中，运动平台的空间调整常常受驱动部件的采用方式以及驱动部件的运动行程所限制，例如采用液压缸、电驱动缸的方式作为直接的推动臂，其推动行程受活塞的整体长度限制，且在垂直反向上调节高度有限。 [0004] 而为了提高仿真或者模拟的行程、角度(实现水平平移、翻转、偏摆等大幅度运动)，通常会选择重载、长度更大的电动缸，造成设备所占据的空间剧增。在特殊的工况中，当需要进行垂直方向上的大角度调节，往往多自由度运动平台受制于自身结构设计无法实现该动作，在旋转过程中，避免推动臂之间的运动干涉也只能在一定范围内进行旋转，无法做到全向连续旋转操作，导致现有的多自由度运动平台无法适用于特殊的工况环境下。 发明内容[0005] 本发明的目的在于提供垂直方向上大幅可控的多自由度运动平台及方法，通过六自由度运动平台、三自由度运动叠加设计，可实现垂直方向上的大范围角度调节，实现高度调节的大幅提升，且可进行连续性转动，适应于更复杂的工况需求。 [0006] 为实现上述目的，本发明的第一方面提出一种垂直方向上大幅可控的多自由度运动平台，包括： [0007] 六自由度运动平台，用于多自由度的升降和转向运动，所述六自由度运动平台包括水平横置的多个电动线性导轨，所述电动线性导轨的滑动端连接连杆，多个依序排列的所述连杆的顶端对同一个顶板进行控制托举； [0008] 三自由度运动底座，用于实现三个自由度空间内的调整，其对六自由度运动平台进行高度和偏转角度的辅助增强调整，其包括增强支撑强度的调节架a和调节架b，通过电伸缩缸对二者进行驱动； [0009] 承载台，设置在六自由度运动平台和三自由度运动底座之间，所述三自由度运动底座的顶部对承载台进行承托，所述承载台对六自由度运动平台进行承托，且承载台对六自由度运动平台进行快速组装装载。 [0011] 更进一步的，所述齿轮传动件包括主动齿轮，所述环形导轨的内环面侧设置环形齿，所述主动齿轮的同轴侧一体设置带轮b； [0013] 更进一步的，所述电机的顶部设置防护架，所述防护支架的顶部设置防护垫，在顶板收叠状态下处于最低点时作为顶板的放置机座。 [0014] 更进一步的，所述承载台的中心部开设通孔，所述通孔中固定安装筒形电机座，所述电机安装在筒形电机座内部。 [0016] 更进一步的，所述承载台包括台体和台体向外侧延伸的支撑体，所述台体上开设组装槽，所述支撑体沿组装槽的方向设置，电动线性导轨可插入到组装槽中通过紧固件进行快速装配，支撑体对电动线性导轨的底部提供支撑。 [0017] 更进一步的，所述调节架a和调节架b为双架体组合，双架体之间均通过焊接横轴进行平行设置，调节架a和调节架b之间通过轴进行铰接，所述调节架b底部铰接安装在转动座a上，并通过转动座a连接底座，所述调节架b顶部铰接转动座b，所述转动座b顶部中间位置通过万向球安装在环形导轨的底部。 [0018] 更进一步的，所述调节架a和调节架b之间的横轴上均分别转动套设轴座，两个轴座之间分别连接电伸缩缸的缸体以及活塞。 [0019] 与现有技术相比，本发明的有益效果是： [0020] 1、本发明的垂直方向上大幅可控的多自由度运动平台，通过六自由度运动平台、三自由度运动叠加设计，实现垂直方向上的大范围角度调节，实现高度调节的大幅提升，且可进行连续性转动，适应于更复杂的工况需求。 [0021] 2、本发明将六自由度运动平台的驱动部件设计为横置式的双独立丝杠驱动的电动线性导轨，节约了设备的组装难度，且可在垂直的方向上提供更多的空间调节范围； [0022] 3、本发明通过三自由度运动底座设在六自由度运动平台的下方作为辅助，三自由度运动底座具有较强的支撑性，通过设计小行程的电伸缩缸就可完成空间内的调节动作，且进一步增大了整体设备在垂直方向上的偏转角度，弥补了六自由度运动平台垂直方向上偏转范围的不足，且在垂直方向上可进一步增大高度调节距离，可完成更高难度的动作； [0024] 5、本设计发明具有稳定，调节范围大的特点，适用于更加复杂的工况。 [0026] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0027] 图1为本发明的垂直方向上大幅可控的多自由度运动平台的立体结构示意图； [0028] 图2为本发明垂直方向上大幅可控的多自由度运动平台的爆炸分解结构示意图； [0029] 图3为本发明另一视角分解结构示意图； [0030] 图4为本发明的六自由度运动平台结构示意图； [0031] 图5为本发明的承载台与旋转体配合结构示意图； [0032] 图6为本发明的承载台结构示意图； [0033] 图7为本发明的旋转体分解结构示意图； [0034] 图8为本发明图5的A部分局部放大示意图； [0035] 图9为本发明的承载台、旋转体和三自由度运动底座配合结构示意图； [0036] 图10为本发明的三自由度运动底座结构示意图； [0037] 附图中，各标号所代表的部件列表如下： [0038] 1‑六自由度运动平台； [0040] 2‑承载台； [0042] 3‑三自由度运动底座； [0043] 301‑底座，302‑转动座a，303‑调节架a，304‑调节架b，305‑转动座b，306‑万向球，307‑横轴，308‑电伸缩缸，309‑轴座； [0044] 4‑旋转体； [0045] 401‑电机，402‑带轮a，403‑皮带，404‑带轮b，405‑主动齿轮，406‑筒形电机座，4061‑固定孔，407‑防护架，4071‑防护垫，408‑环形导轨，409‑环形齿。 具体实施方式[0046] 为了使得本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。 [0047] 显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。 [0048] 为了保持本公开实施例的以下说明清楚且简明，本公开省略了已知功能和已知部件的详细说明。 [0049] 如图1‑图3所示示例性实施例的垂直方向上大幅可控的多自由度运动平台，主体由六自由度运动平台1、承载台2和三自由度运动底座3组成。其中，六自由度运动平台1进行多自由度的升降和转向运动。三自由度运动底座3，用于实现三个自由度空间内的调整，其对六自由度运动平台1进行高度和偏转角度的辅助增强调整，实现整个运动平台在垂直方向具有更大幅度可控的运动仿真。 [0050] 现有技术通常使用常规的液压伸缩缸或者电动伸缩缸直接作为伸缩臂推动上部的承托体(传统的多自由度平台的商品砼)，而导致只能在一定范围内进行空间动作，且设备占用更大的纵向空间，导致设备体积较大。为了节省纵向的空间，结合图4所示，本发明的六自由度运动平台1包括水平横置的多个电动线性导轨101，具体采取三组电动线性导轨101，呈360度等距围绕承载台2的圆心部分进行排列。区别于常用的线性导轨，本实施例采取的电动线性导轨101具有双独立控制的丝杠1011驱动，可通过丝杠电机单独驱动丝杠 1011转动，同时丝杠1011独立驱动两个滑块本体1012进行滑动操作，滑块本体1012的滑移单独推移连杆102操作，这种设计进一步缩小所需的空间，使设备做到更加小型化。 [0051] 结合图示，电动线性导轨101的滑动端连接连杆102，连杆102的两端分别通过万向节1021连接顶板103和电动线性导轨101上的滑块本体1012，多个依序排列的连杆102的顶端对同一个顶板103进行控制托举，实现六自由度的x，y，z轴方向上做横移和偏转运动。 [0052] 承载台2设置在六自由度运动平台1和三自由度运动底座3之间，三自由度运动底座3的顶部对承载台2进行承托，承载台2对六自由度运动平台1进行承托。 [0053] 具体的，在本实施例中，如图6所示，承载台2包括台体201和台体201向外侧延伸的支撑体2011，台体201上开设组装槽202，支撑体2011沿组装槽202的方向设置，电动线性导轨101可插入到组装槽202中通过紧固件进行快速装配，紧固件可采用螺栓件1014。电动线性导轨101的两侧设置安装耳1013，螺栓件1014穿入安装耳1013中，锁紧在台体201上开设的螺纹孔2012中，将电动线性导轨101紧固安装在台体201上，由此通过承载台201对六自由度运动平台1进行快速组装装载。 [0054] 本发明基于六自由度运动平台、三自由度运动叠加设计的多自由度运动平台的设计，尤其是用于普旭股份针对飞行模拟器这一类大型飞行器的模拟训练仿真中使用，俯仰、摆动多姿态的仿真模拟的幅度大，传统的六自由度平台受限于其电动缸的尺寸，难以实现垂直方向的大幅度运动仿真，而且占地空间大，重载时安装困难。 [0055] 结合图示，支撑体2011对电动线性导轨101的底部进行支撑，避免电动线性导轨101的外侧受力不均导致设备运行不稳定，支撑体2011可采取板体、条体、架体等能实现上述作用的结构替代。 [0056] 在本发明中，为了解决现有的多自由度运动平台受制于自身结构设计无法实现垂直方向上的大角度调节以及高度的大范围调节，设计了三自由度运动底座3，进行三个自由度空间内的调整，其对六自由度运动平台1的进行高度和角度的辅助增强。 [0057] 具体的，如图10所示，三自由度运动底座3包括增强支撑强度的调节架a303和调节架b304，通过电伸缩缸308对二者进行驱动。 [0058] 同时，为了保持底部具有较强的支撑力，调节架a303和调节架b304为双架体组合，其结构强度更大，具有更大的支撑力，双架体之间均通过焊接横轴307进行平行设置，调节架a303和调节架b304之间通过轴进行铰接。 [0059] 调节架a303和调节架b304之间的横轴307上均分别转动套设轴座309，两个轴座309之间分别连接电伸缩缸308的缸体以及活塞，调节架b304底部铰接安装在转动座a302上，并通过转动座a302连接底座301，调节架b304顶部铰接转动座b305。由此，调节架a303和调节架b304的整体长度可调节。 [0060] 结合图示，转动座b305顶部中间位置通过万向球306安装在环形导轨408的底部，三自由度运动底座3通过控制可以实现三自由度空间内的偏转，增大六自由度运动平台1垂直方向上的偏转角度，且在垂直方向上可进一步增大高度调节距离。 [0061] 如图5、图7‑9所示，为了解决在旋转过程中，避免推动臂之间的运动干涉，只能在一定范围内进行旋转，无法做到全角度连续旋转操作的问题，在本发明中在承载台2上设计了旋转体4，旋转体4通过电机401驱动齿轮传动件，齿轮传动件在环形导轨408上进行行走，推动整个承载台2进行转动，进行多自由度运动平台的全角度连续旋转。 [0062] 具体的，在承载台2的中心部开设通孔2021，通孔2121中固定安装筒形电机座406，电机401安装在筒形电机座406内部，筒形电机座406上设置固定孔4061，作为螺钉安装位置将电机401以及将整体旋转体4固定在承载台2上。 [0063] 在具体操作上，电机401的输出轴侧连接的带轮a402通过皮带403驱动带轮b404，带轮b404带动同轴侧的主动齿轮405，主动齿轮405通过转轴安装在台体201的底部(图中未视出)，在环形导轨408的内环面侧还设置环形齿409，主动齿轮405转动时，主动齿轮405在环形齿409上啮合带动承载台2及其上部结构转动，承载台2及其上部结构实现连续旋转的能力，弥补了六自由度运动平台1只能在一定旋转范围内的调节的缺陷。 [0065] 作为另一实施例，电机401的顶部设置防护架407，防护支架4071的顶部设置防护垫4071，在闲置不使用设备时，顶板103收叠状态下处于最低点时防护架407作为顶板103的放置机座，防护垫4071作为缓冲。 [0066] 结合前述实施例的垂直方向上大幅可控的多自由度运动平台，在操作过程中，首先进行初始化，初始三自由度运动底座3处于平衡状态，根据顶板103所需的位置，三组电动线性导轨101中的双独立丝杠单独滑移控制独立的六个连杆102，构造六自由度调节，其可在x，y，z轴方向上做横移和偏转运动；当所需垂直方向上的偏转角度需要做大幅调节或y方向上所需较大抬升位移，此时六自由度运动平台1受到电动线性导轨101的行程以及连杆102长度的限制，通过控制三自由度运动底座3，电伸缩缸308驱动调节架a303和调节架b304进行伸展，三自由度运动底座3对承载台2及其上部进行三自由度偏转，增大六自由度运动平台1垂直方向上的偏转角度，且在垂直方向上可进一步增大高度调节距离。 |
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