[发明专利]一种对称布置全解耦两轴摆动机构

说明书

本发明涉及一种对称布置全解耦两轴摆动机构，所述机构包括基座、三向十字轴机构、摆动平台和直线驱动装置；通过分别控制两组直线驱动装置的伸缩来控制机构的两轴摆动动作，并通过控制直线驱动装置驱动杆的速度和位移来控制机构的角速度和角位移；该机构通过自身结构实现了两轴摆动运动的全解耦，可完成前后俯仰和左右横滚动作，且互不干扰，可广泛应用于飞行器和舰船模拟器中进行运动模拟，另外该机构具有空间布置紧凑，重量轻，动态响应快以及运动控制简单等特点。

技术领域

本发明涉及多自由度转动机构技术领域，尤其涉及一种对称布置全解耦两轴摆动机构。

背景技术

当前，飞行器和舰船模拟技术飞速发展，两轴摆动机构广泛应用于飞行器和舰船模拟器中来实现模拟器的前后俯仰和左右倾斜，具有广阔的应用前景。

现有两轴摆动机构多采用多缸并联运动机构形式或者冗余并联机构形式。多缸并联运动机构机构体积庞大，两轴运动相互耦合，控制复杂，运动空间有限，从而制约了运动模拟器的姿态控制性能。冗余并联机构支链驱动冗余，机构驱动数目大于机构自由度数目，机构运动时各支链间存在运动强耦合现象，给机构的运动控制带来极大的麻烦，一旦运动不协调将导致机构运动故障，其次对机构进行运动学和动力学求解时，方程存在多解或无解现象，使得机构的动力学控制变得十分困难。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种具有空间布置紧凑，结构对称，重量轻，动态响应快以及运动控制简单等特点的一种对称布置全解耦两轴摆动机构。

本发明采用的技术方案如下：

本发明所提出的一种对称布置全解耦两轴摆动机构，包括基座、三向十字轴机构、摆动平台和直线驱动装置；所述基座和摆动平台呈十字结构布置，所述三向十字轴机构底部穿过摆动平台与基座中部固定连接，所述三向十字轴机构的中部与摆动平台的中部铰接；所述直线驱动装置包括俯仰直线驱动装置和横滚直线驱动装置，所述俯仰直线驱动装置对称设置在三向十字轴机构的顶部与摆动平台的前后两侧之间，所述俯仰直线驱动装置的一端与摆动平台铰接，另一端与三向十字轴机构的顶部铰接；所述横滚直线驱动装置对称设置在三向十字轴机构的顶部与基座的左右两侧之间，所述横滚直线驱动装置的一端与基座铰接，另一端与三向十字轴机构的顶部铰接。

进一步的，所述三向十字轴机构包括底座、三向十字轴、俯仰轴承座、横滚轴承座、俯仰轴承和横滚轴承；所述三向十字轴包括相互空间正交并连接为一体的中心块、横轴、纵轴和十字轴力杆，所述横轴和纵轴呈十字贯穿中心块，所述十字轴力杆通过焊接的方式垂直安装在中心块的顶端；所述底座穿过摆动平台与基座固定连接，所述横滚轴承座与底座焊接为一体，所述纵轴通过横滚轴承与横滚轴承座相连接形成转动副；所述横轴通过俯仰轴承与俯仰轴承座与摆动平台中部相连接形成转动副。

进一步的，所述横轴采用阶梯轴结构，所述纵轴采用两个半轴结构；所述横轴贯穿安装在中心块上，并通过键联接完成径向定位；所述横轴右侧通过阶梯轴的轴肩实现横轴与中心块的轴向定位，所述横轴左侧通过一对半环机构完成横轴与中心块的轴向定位；

进一步的，所述纵轴尾端留有键槽，通过平键和轴肩将两个半轴固定在中心块的前后两侧；所述中心块通过纵轴上的横滚轴承和横滚轴承座固定在底座上。

进一步的，所述俯仰直线驱动装置和横滚直线驱动装置均为单杆双作用液压缸或电动缸。

进一步的，所述单杆双作用液压缸具有无杆腔油口和有杆腔油口。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明空间布置紧凑，结构对称、重量轻、动态响应迅速；

2、本发明通过分别控制两组直线驱动装置的伸缩来控制机构的两轴摆动动作，通过控制直线驱动装置驱动杆的速度和位移来控制机构的角速度和角位移；俯仰运动与横滚运动相互独立，俯仰、横滚的角位移和角速度可以分别控制，互不干扰，通过自身结构实现了两轴摆动运动的全解耦；