[发明专利]一种三自由度气动混合驱动并联平台

说明书

技术领域

本发明涉及一种并联平台，特别涉及一种三自由度气动混合驱动并联平台，属于平台机构及控制技术领域。

背景技术

平台机构分为串联机构与并联机构，其中并联平台机构与串联平台机构相比具有较高的刚度特性，便于实现平台机构的高精度位置控制，在飞行器运动支架、仿生机器人、医疗康复器械等多个领域均有广泛的应用。现有的并联平台多由电机或液压驱动，存在着能耗大、成本高、设备维护困难和易对环境造成污染等缺陷。使用气动驱动系统代替原有的电机或液压驱动系统可有效解决上述技术问题，并已得到了诸多学者的探索和研究，但由于所选用气动驱动器本身的局限性和气动平台机构设计的不合理性，大多数气动并联平台存在刚度低、承载能力弱、难以进行高精度位姿控制等缺点，故有很大的改进空间。

具体而言，绝大多数气动并联平台的控制系统采用同时控制所有执行器的控制策略，目标控制量多且模型复杂，其中一部分气动并联平台还具有控制量冗余的问题，使得基于模型的控制器在应用过程中难以得到设计和实现。在工程实践中通常因成本及安装需求将传感器设置在气动并联平台的驱动器上，而部分气动并联平台存在其机构无运动学正解解析解的问题，即无法通过解析表达式将关节空间位姿信息转换为工作空间位姿信息，只能通过会耗费大量控制器效能的数值解法来实时获得运动平台的位姿状态。部分并联平台机构在某一执行器发生失效情况时，运动平台会发生竖直方向上的突发性升高或降低，易引起安全方面的隐患。

发明内容

针对现有技术的缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种三自由度气动混合驱动并联平台，成本低廉、结构紧凑、设置合理且易于进行位姿控制。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明包括固定平台和运动平台，固定平台下方设有控制箱；运动平台与固定平台之间设有三组气动驱动装置，三组气动驱动装置通过控制箱进行控制；三组气动驱动装置包括连接在运动平台与固定平台中心之间的一个气缸机构和两组分别用于控制运动平台纵摇位姿和运动平台横摇位姿的气动肌肉组，两组气动肌肉组安装在气缸机构周围，气缸机构连接在运动平台与固定平台中心之间，气缸机构上端与运动平台铰接，气缸机构下端与固定平台固定连接；两组气动肌肉组之间相互垂直安装，每组气动肌肉组包括对称安装在气缸机构两侧的两个气动肌肉机构。

所述的气缸机构包括气缸、气缸辅助支架、气缸压力传感器、气缸位移传感器和气缸连接座，气缸活塞杆铰接在运动平台底面中心，气缸下端通过气缸连接座固定连接在固定平台中心，气缸侧面设有用于辅助气缸固定的气缸辅助支架，气缸的作用腔入口处设有气缸压力传感器，气缸上平行设有用于检测运动平台高度的气缸位移传感器；

所述的气动肌肉组包括气动肌肉、气动肌肉压力传感器和气动肌肉位移传感器，气动肌肉两端分别铰接在运动平台与固定平台上，气动肌肉上平行设有气动肌肉位移传感器，气动肌肉的进出气口设有气动肌肉压力传感器。

所述的控制箱内包括气动三联件、气缸控制阀、四组气动肌肉控制阀组、控制器组和用于供电的电源，控制器组包括气缸力子控制器、运动平台纵摇位姿子控制器、运动平台横摇位姿子控制器和主控制器；气动三联件通过气管分别连接外气源、气缸控制阀和四组气动肌肉控制阀组，四组气动肌肉控制阀组通过气管分别连接两组气动肌肉组中的四个气动肌肉的进气口，气缸机构、气缸控制阀分别与气缸力子控制器电连接，两组气动肌肉组分别与运动平台纵摇位姿子控制器与运动平台横摇位姿子控制器电连接，四组气动肌肉控制阀组分别与各自的运动平台纵摇位姿子控制器和运动平台横摇位姿子控制器电连接。

所述的气动肌肉通过铰链连接座铰接在运动平台与固定平台上。

所述的气缸上端通过球头关节轴承与运动平台铰接。

所述的气缸辅助支架下端固接在固定平台上，气动肌肉输出轴与气缸辅助支架上端通过直线轴承套接。

所述的气缸的背压腔出口设有消声器。

所述的气缸机构中的气缸压力传感器、气缸位移传感器与气缸力子控制器电连接，所述的两组气动肌肉组中的各个气动肌肉压力传感器、气动肌肉位移传感器分别与各自的运动平台纵摇位姿子控制器与运动平台横摇位姿子控制器电连接，

所述的铰链连接座为球铰或胡克铰。

与其他已知含有气动肌肉驱动器的混合驱动并联平台相比，本发明具有功率质量比大、成本低廉、结构紧凑、无污染、易于进行位姿控制等特点，具体有益效果如下：