[发明专利]一种耦合型四自由度运动模拟台

说明书

技术领域

本发明涉及一种并联机构，特别涉及一种运动模拟台。

背景技术

多维振动是一种普遍现象。船舶或者车辆在运动的过程中，由于外界环境的因素将产生多维振动。主要运动形式为上下平动振动，俯仰转动振动，横滚转动振动和前进方向上的平动振动。多维振动对人员和设备产生不良影响，造成各种不同的损害。例如，救护车的多维振动将加重病人的痛苦，船舶的多维振动将影响其精密设备的精度，降低设备的使用寿命。模拟车辆的多维振动对研究车辆内的减振具有重要的意义，而车辆的运动一般都是移动和转动的耦合。因此需要机构能够实现二维移动和二维转动，在实现转动的同时能够实现较大的耦合位移。一般的串联平台易于实现大转角、轻载调姿，不适用于对存在转动和移动自由度耦合的负载进行位姿调整。相比之下，并联机构能够实现耦合补偿。并联平台具有多自由度、结构简单、大承载力及易于控制等优点，被广泛应用。近20年来，研究最多的就是六自由度并联平台，但实际的工作大多不需要六个自由度。空间少自由度并联平台机构和传统的六自由度并联平台相比，驱动元件少，工作空间大、易解耦，具有结构简单，设计制造和控制的成本都相对较低，高刚度，高精度的特点，特别是具有完全相同的分支结构对称具有各向同性的对称少自由度并联机构更具应用潜力。但少自由度并联机构的研究进展很不平衡，其中二、三自由度并联机构的研究基本成熟，而四、五自由度并联机构的研究较复杂仍处于起步阶段，在一定程度上限制了该类并联机器人的发展和应用。

专利02104919.X提出了几种4自由度和5自由度的并联机构，该类机构各项同性好、刚度好；但由于其对运动副之间的位置关系较为严格，对加工装配提出了较高的要求。专利02137859.2、02137858.4、02137856.8均提出一种两维平移两位转动的并联机构，该机构结构简单、工作空间大；同样这些机构也对位置关系要求较为严格，不易加工装配。专利ZL200420102722.X提出一种两维移动两维转动的并联机构，该机构结构简单、刚性好、易于控制、动态性能好；但由于其将一移动副布置在下平台，上平台受力较大时机构运动容易实现爬行。专利CN200620056937.1提出了一种两维移动两维转动的并联机构，该机构由四个相同的分支和一个RPU约束分支组成，由于该机构约束分支的万向铰在动平台上，使得机构在转动的同时不能产生较大的耦合移动，不能够真实的模拟车辆船舶等的多维振动。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、易于加工装配、可以获得不同幅值的运动模拟的耦合型四自由度运动模拟台。

本发明主要包括上平台、下平台以及连接这两个平台的结构完全相同的四个驱动分支和一个中间约束分支。其中，驱动分支中的电机座与下平台固连，电机和减速器与机座固连，曲柄盘与减速器连接，曲柄盘通过行程调整装置与偏心滑块连接，连杆的一端通过万向铰与上述偏心滑块连接，该连杆的另一端通过球铰与上平台连接。行程调整装置由带方榫、丝杠、丝杠座和偏心滑块组成，丝杠座为带有凹槽的长形块，固定在曲柄盘上，带方榫穿过丝杠座上的通孔并固定在曲柄盘上，带方榫穿过丝杠座上的通孔并通过转动副与曲柄盘连接，带方榫通过其末端的圆锥齿轮与设在丝杠座凹槽内的丝杠末端的圆锥齿轮啮合连接，偏心滑块安装在丝杠上，通过调整偏心滑块的位置调整运动模拟台的运动幅度。中间约束分支中的下连杆的一端通过万向铰与下平台连接，该下连杆的另一端通过移动副与上连杆的一端连接，该上连杆的另一端通过转动副与上平台连接，该转动副的轴线平行于中间约束分支中万向铰的一个轴线。中间约束分支的移动副上的上连杆外套有弹簧。

本发明与现有的相关技术相比具有如下优点：

1、结构简单，易于加工装配。

2、本发明可以实现两个方向的耦合运动，适合于车辆船舶等的运动模拟。

3、本发明可以通过调整偏心滑块的位置，使得运动模拟平台可以获得不同幅值的运动模拟。

附图说明

图1为本发明立体示意简图；

图2为本发明中的行程调整装置立体示意简图。

具体实施方式

在图1所示的耦合型四自由度运动模拟台示意图中，驱动分支中的电机座2与下平台1固连，电机11和减速器10与机座固连，曲柄盘6与减速器连接，曲柄盘通过行程调整装置3与偏心滑块4连接，连杆7的一端通过万向铰5与上述偏心滑块连接，该连杆的另一端通过球铰8与上平台9连接。如图2所示，丝杠座18为带有凹槽的长形块，固定在曲柄盘上，带方榫19穿过丝杠座上的通孔并通过转动副与曲柄盘连接，带方榫通过其末端的圆锥齿轮与设在丝杠座凹槽内的丝杠17末端的圆锥齿轮啮合连接，偏心滑块安装在丝杠上，通过调整偏心滑块的位置调整运动模拟台的运动幅度；中间约束分支中的下连杆13的一端通过万向铰12与下平台连接，该下连杆的另一端通过移动副与上连杆14的一端连接，该上连杆的另一端通过转动副16与上平台连接，该转动副的轴线平行于中间约束分支中万向铰的一个轴线。中间约束分支的移动副上的上连杆外套有弹簧15。