專利名稱：低空間雙桿導(dǎo)向式三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種低空間雙桿導(dǎo)向式三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，屬于多自由度運(yùn)動(dòng)模擬器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)通常指可模擬空間三個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，例如模擬在空間Z軸向的平移運(yùn)動(dòng)和繞著Χ、γ軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。該種平臺(tái)在模擬駕駛、影劇院虛擬現(xiàn)實(shí)、游戲人機(jī)交互、兵器、船舶、航天、航空、電子等國(guó)防工業(yè)部門和地震、交通等民用工業(yè)部門廣泛應(yīng)用，相對(duì)于六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)性價(jià)比較高，容易市場(chǎng)推廣，且維護(hù)使用成本低，易于應(yīng)用。三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)包括三組執(zhí)行機(jī)構(gòu)，可以采用液壓、氣動(dòng)或電動(dòng)方式，結(jié)構(gòu)上分串聯(lián)、并聯(lián)和混合運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，并聯(lián)機(jī)構(gòu)平臺(tái)具有負(fù)荷大、結(jié)構(gòu)剛性好、簡(jiǎn)單可靠的特點(diǎn)，隨著現(xiàn)代電力傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，并聯(lián)機(jī)構(gòu)平臺(tái)逐漸由液壓驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)為采用伺服電機(jī)電動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式，具有功耗低、低噪音、無(wú)污染、精度高、小負(fù)荷動(dòng)態(tài)性能高的特點(diǎn)。傳統(tǒng)并聯(lián)三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)典型結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由上剛性平臺(tái)、下剛性平臺(tái)、三只傾斜向上或垂直的直線執(zhí)行器(每只執(zhí)行器上下各設(shè)一只鉸鏈與上下平臺(tái)連接)、獨(dú)立的前后左右和偏航約束機(jī)構(gòu)組成，由于傾斜或垂直安裝的直線執(zhí)行器每單位直線行程至少需要2倍單位直線行程以上的執(zhí)行器結(jié)構(gòu)體積，所以傳統(tǒng)并聯(lián)三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)垂直方向的空間利用率較低，無(wú)法滿足低空間平臺(tái)應(yīng)用。但在低位平臺(tái)游戲人機(jī)交互應(yīng)用領(lǐng)域，在小高度空間模擬駕駛領(lǐng)域，傳統(tǒng)的一種低空間雙桿導(dǎo)向式三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)因其上下驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)很難將平臺(tái)總高度控制在300mm以下，指承載大于300KG以上，支撐分布圓大于600mm，上下行程大于IOOmm的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。目前市場(chǎng)上的產(chǎn)品，其垂直的作動(dòng)器的設(shè)計(jì)只能在低運(yùn)動(dòng)范圍低速低載荷低精度運(yùn)行，不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)空間控制， 不能滿足高性能低空間三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)需要。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種垂直方向的空間利用率較高，滿足低空間平臺(tái)應(yīng)用的三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:一種低空間雙桿導(dǎo)向式三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，包括三組雙桿水平導(dǎo)向式執(zhí)行器、下平臺(tái)剛性結(jié)構(gòu)件、上平臺(tái)剛性結(jié)構(gòu)件，每組雙桿水平導(dǎo)向式執(zhí)行器包括設(shè)置在下固定組件上的動(dòng)力源及其連接的傳動(dòng)組件，傳動(dòng)組件兩端分別穿過(guò)左軸承及固定式軸承座副、右軸承及固定式軸承座副連接左、右絲桿傳動(dòng)裝置，左、右絲桿傳動(dòng)裝置分別包括左絲桿及左絲桿螺母副、右絲桿及右絲桿螺母副，左、右絲桿螺旋方向相反，左絲桿螺母副及右絲桿螺母副上分別連接有左定長(zhǎng)桿下鉸鏈和右定長(zhǎng)桿下鉸鏈，左定長(zhǎng)桿下鉸鏈和右定長(zhǎng)桿下鉸鏈分別連接左定長(zhǎng)桿和右定長(zhǎng)桿的下端，左定長(zhǎng)桿和右定長(zhǎng)桿的上端通過(guò)左定長(zhǎng)桿上鉸鏈和右定長(zhǎng)桿上鉸鏈連接上固定組件，左絲桿螺母副及右絲桿螺母副的下方分別設(shè)置有左導(dǎo)軌滑塊和右導(dǎo)軌滑塊，左導(dǎo)軌滑塊和右導(dǎo)軌滑塊可在下固定組件上設(shè)置的左直線導(dǎo)軌和右直線導(dǎo)軌內(nèi)滑動(dòng)，三組雙桿水平導(dǎo)向式執(zhí)行器安裝并連接支撐上平臺(tái)剛性結(jié)構(gòu)件和下平臺(tái)剛性結(jié)構(gòu)件。每組雙桿水平導(dǎo)向式執(zhí)行器，傳動(dòng)組件是同步帶同步輪組件或蝸輪蝸桿組件或鏈傳動(dòng)組件或齒輪箱組件。每組雙桿水平導(dǎo)向式執(zhí)行器，動(dòng)力源是電機(jī)或液壓馬達(dá)或氣動(dòng)馬達(dá)。每組雙桿水平導(dǎo)向式執(zhí)行器，定長(zhǎng)桿上鉸鏈為分別設(shè)置的左定長(zhǎng)桿上鉸鏈和右定長(zhǎng)桿上鉸鏈。有益效果:本實(shí)用新型是一種低空間雙桿導(dǎo)向式三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)采用三組雙桿水平導(dǎo)向式執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)，每組雙桿水平導(dǎo)向式執(zhí)行器是一種下邊長(zhǎng)度變化的空間運(yùn)動(dòng)梯形，或一種下邊長(zhǎng)度變化的空間運(yùn)動(dòng)三角形，無(wú)論是運(yùn)動(dòng)梯形還是運(yùn)動(dòng)三角形，利用其下邊水平運(yùn)動(dòng)變化的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)使得單組雙桿水平導(dǎo)向式執(zhí)行器垂直空間高度利用率大大提高。這意味著該型三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)可應(yīng)用在低位、低空間平臺(tái)游戲人機(jī)交互領(lǐng)域，小高度空間模擬駕駛領(lǐng)域，該型平臺(tái)是并聯(lián)六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的衍生簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)版本，可以在滿足低空間應(yīng)用的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高性價(jià)比、高精度、大行程、高速度、高加速度、低高度空間的可靠運(yùn)行。

圖1是現(xiàn)有的二自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)不意圖；圖2是本實(shí)用新型的單組雙桿水平導(dǎo)向式執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。如圖所示，一種低空間雙桿導(dǎo)向式三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，包括三組雙桿水平導(dǎo)向式執(zhí)行器、下平臺(tái)剛性結(jié)構(gòu)件、上平臺(tái)剛性結(jié)構(gòu)件，每組雙桿水平導(dǎo)向式執(zhí)行器包括設(shè)置在下固定組件10上的電機(jī)20及其連接的傳動(dòng)組件19，傳動(dòng)組件19兩端分別穿過(guò)左軸承及固定式軸承座副11、右軸承及固定式軸承座副I連接左、右絲桿傳動(dòng)裝置，左、右絲桿傳動(dòng)裝置分別包括左絲桿14及左絲桿螺母副12、右絲桿4及右絲桿螺母副2，左、右絲桿螺旋方向是相反的，左絲桿螺母副12及右絲桿螺母副2上分別連接有左定長(zhǎng)桿下鉸鏈16和右定長(zhǎng)桿下鉸鏈6，左定長(zhǎng)桿下鉸鏈16和右定長(zhǎng)桿下鉸鏈6分別連接左定長(zhǎng)桿17和右定長(zhǎng)桿7的下端，左定長(zhǎng)桿17和右定長(zhǎng)桿7的上端通過(guò)左定長(zhǎng)桿上鉸鏈18和右定長(zhǎng)桿上鉸鏈8連接上固定組件9，左絲桿螺母副12及右絲桿螺母副2的下方分別設(shè)置有左導(dǎo)軌滑塊13和右導(dǎo)軌滑塊3，左導(dǎo)軌滑塊13和右導(dǎo)軌滑塊3可在下固定組件10上設(shè)置的左直線導(dǎo)軌15和右直線導(dǎo)軌5內(nèi)滑動(dòng)，三組雙桿水平導(dǎo)向式執(zhí)行器安裝并連接支撐上平臺(tái)剛性結(jié)構(gòu)件25和下平臺(tái)剛性結(jié)構(gòu)件24。每組雙桿水平導(dǎo)向式執(zhí)行器，其傳動(dòng)組件19類型可以是同步帶同步輪組件、蝸輪蝸桿組件、鏈傳動(dòng)組件、齒輪箱組件。每組雙桿水平導(dǎo)向式執(zhí)行器，其，動(dòng)力源可以是電機(jī)或液壓馬達(dá)也可以是氣動(dòng)馬達(dá)。每組雙桿水平導(dǎo)向式執(zhí)行器，定長(zhǎng)桿上鉸鏈為分別設(shè)置的左定長(zhǎng)桿上鉸鏈18和右定長(zhǎng)桿上鉸鏈8。左定長(zhǎng)桿上鉸鏈、右定長(zhǎng)桿上鉸鏈合二為一,形成一只下邊長(zhǎng)度變化的空間運(yùn)動(dòng)三角形。每組雙桿水平導(dǎo)向式執(zhí)行器的左絲桿14或右絲桿4行程兩端分別設(shè)置一只行程感應(yīng)開關(guān)，感應(yīng)開關(guān)感應(yīng)絲桿左絲桿螺母副12及右絲桿螺母副2的極限位置，左絲桿螺母副12及右絲桿螺母副2同時(shí)設(shè)置內(nèi)外極限行程擋塊。感應(yīng)開關(guān)感應(yīng)信號(hào)用于左絲桿螺母副12和右絲桿螺母副2極限位置電氣信號(hào)保護(hù)和零位判斷，左絲桿螺母副12和右絲桿螺母副2同時(shí)設(shè)置內(nèi)外極限行程擋塊，以避免螺母副滑脫故障。單組雙桿水平導(dǎo)向式執(zhí)行器工作過(guò)程是:伺服電機(jī)20輸出轉(zhuǎn)速及扭矩通過(guò)傳動(dòng)組件19傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)到左絲桿14和右絲桿4，左絲桿14和右絲桿4螺旋方向是相反的，且左軸承及固定式軸承座副11和右軸承及固定式軸承座副I完全剛性連接在下固定組件10上、這樣左絲桿14、右絲桿4的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)直接轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)左絲桿螺母副12和右絲桿螺母副2同時(shí)向外或向內(nèi)運(yùn)動(dòng)，由于左定長(zhǎng)桿上鉸鏈18、左定長(zhǎng)桿下鉸鏈16、右定長(zhǎng)桿上鉸鏈8、右定長(zhǎng)桿下鉸鏈6構(gòu)成了以四個(gè)無(wú)約束鉸鏈形成的空間運(yùn)動(dòng)梯形，其上邊即左定長(zhǎng)桿上鉸鏈18和右定長(zhǎng)桿上鉸鏈8中心連線、左邊即左定長(zhǎng)桿上鉸鏈18和左定長(zhǎng)桿下鉸鏈16中心連線、右邊即右定長(zhǎng)桿上鉸鏈8和右定長(zhǎng)桿下鉸鏈8中心連線長(zhǎng)度是固定不變的，下邊即左定長(zhǎng)桿下鉸鏈16和右定長(zhǎng)桿下鉸鏈6中心連線的長(zhǎng)度是隨著左絲桿螺母副12和右絲桿螺母副2同時(shí)向外或向內(nèi)運(yùn)動(dòng)變化的，所以驅(qū)動(dòng)上固定組件9產(chǎn)生相對(duì)于下固定組件10的近似上下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)上述三組雙桿水平導(dǎo)向式執(zhí)行器21、22、23在水平面上采用120度夾角分布安裝并連接支撐上平臺(tái)剛性結(jié)構(gòu)件25和下平臺(tái)剛性結(jié)構(gòu)件24后(圖二)、低空間雙桿水平導(dǎo)向式一種低空間雙桿導(dǎo)向式三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)就構(gòu)成了，三組雙桿水平導(dǎo)向式執(zhí)行器21、22,23和下平臺(tái)剛性結(jié)構(gòu)件24、上平臺(tái)剛性結(jié)構(gòu)件25形成了完全運(yùn)動(dòng)約束。單組雙桿水平導(dǎo)向式執(zhí)行器是電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)組件傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)到的左右絲桿，左右絲桿螺旋方向是相反的，且左右軸承及固定式軸承座副完全剛性連接在下固定組件上、這樣左右絲桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)直接驅(qū)動(dòng)左右絲桿螺母副同時(shí)向外或向內(nèi)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致上固定組件產(chǎn)生相對(duì)于下固定組件的近似上下運(yùn)動(dòng)(仍有一方向處于無(wú)運(yùn)動(dòng)約束狀態(tài))，由左定長(zhǎng)桿上鉸鏈、左定長(zhǎng)桿下鉸鏈、右定長(zhǎng)桿上鉸鏈、右定長(zhǎng)桿下鉸鏈則構(gòu)成以四個(gè)無(wú)約束鉸鏈形成的空間運(yùn)動(dòng)梯形，其上邊(左右定長(zhǎng)桿上鉸鏈中心連線)、左邊(左定長(zhǎng)桿上鉸鏈、左定長(zhǎng)桿下鉸鏈中心連線)、右邊(右定長(zhǎng)桿上鉸鏈、右定長(zhǎng)桿下鉸鏈中心連線)長(zhǎng)度是固定不變的，下邊(左定長(zhǎng)桿下鉸鏈、右定長(zhǎng)桿下鉸鏈中心連線)長(zhǎng)度是可變的。這樣對(duì)于單組雙桿水平導(dǎo)向式執(zhí)行器來(lái)說(shuō)，其原理是一個(gè)下邊長(zhǎng)度變化的空間運(yùn)動(dòng)梯形，左定長(zhǎng)桿上鉸鏈、右定長(zhǎng)桿上鉸鏈也可以合二為一，形成一只下邊長(zhǎng)度變化的空間運(yùn)動(dòng)三角形，無(wú)論是運(yùn)動(dòng)梯形還是運(yùn)動(dòng)三角形，利用其下邊水平運(yùn)動(dòng)變化的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)使得單組雙桿水平導(dǎo)向式執(zhí)行器垂直空間高度利用率大大提高，意味著執(zhí)行器可安裝在狹窄的高度空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)大幅度的上下位移，其上下位移幅度和高度空間占用比大于300%。當(dāng)三組雙桿水平導(dǎo)向式執(zhí)行器以一定角度(一般在水平面上采用120度夾角分布)安裝并連接支撐上下平臺(tái)剛性結(jié)構(gòu)件后、低空間雙桿水平導(dǎo)向式一種低空間雙桿導(dǎo)向式三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)就構(gòu)成了，三組雙桿水平導(dǎo)向式執(zhí)行器和下平臺(tái)剛性結(jié)構(gòu)件、上平臺(tái)剛性結(jié)構(gòu)件在電機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)(即下邊長(zhǎng)度不變時(shí))形成完全運(yùn)動(dòng)約束，低空間雙桿水平導(dǎo)向式三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)是一種全新設(shè)計(jì)的三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，可以在滿足低空間應(yīng)用的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高性價(jià)比、高精度、大行程、高速度、高加速度的可靠運(yùn)行，具有廣泛的市場(chǎng)應(yīng)用潛力。
權(quán)利要求1.一種低空間雙桿導(dǎo)向式三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，包括三組雙桿水平導(dǎo)向式執(zhí)行器、下平臺(tái)剛性結(jié)構(gòu)件、上平臺(tái)剛性結(jié)構(gòu)件，其特征在于:每組雙桿水平導(dǎo)向式執(zhí)行器包括設(shè)置在下固定組件(10)上的動(dòng)力源(20)及其連接的傳動(dòng)組件(19)，傳動(dòng)組件(19)兩端分別穿過(guò)左軸承及固定式軸承座副(11)、右軸承及固定式軸承座副(I)連接左、右絲桿傳動(dòng)裝置，左、右絲桿傳動(dòng)裝置分別包括左絲桿(14)及左絲桿螺母副(12)、右絲桿(4)及右絲桿螺母副(2)，左、右絲桿螺旋方向相反，左絲桿螺母副(12)及右絲桿螺母副(2)上分別連接有左定長(zhǎng)桿下鉸鏈(16)和右定長(zhǎng)桿下鉸鏈(6 )，左定長(zhǎng)桿下鉸鏈(16 )和右定長(zhǎng)桿下鉸鏈(6 )分別連接左定長(zhǎng)桿(17)和右定長(zhǎng)桿(7)的下端， 左定長(zhǎng)桿(17 )和右定長(zhǎng)桿(7 )的上端通過(guò)定長(zhǎng)桿上鉸鏈連接上固定組件(9 )， 左絲桿螺母副(12)及右絲桿螺母副(2)的下方分別設(shè)置有左導(dǎo)軌滑塊(13)和右導(dǎo)軌滑塊(3)，左導(dǎo)軌滑塊(13)和右導(dǎo)軌滑塊(3)可在下固定組件(10)上設(shè)置的左直線導(dǎo)軌(15)和右直線導(dǎo)軌(5)內(nèi)滑動(dòng)， 三組雙桿水平導(dǎo)向式執(zhí)行器安裝并連接支撐上平臺(tái)剛性結(jié)構(gòu)件(25)和下平臺(tái)剛性結(jié)構(gòu)件(24)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低空間雙桿導(dǎo)向式三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，其特征在于:每組雙桿水平導(dǎo)向式執(zhí)行器，傳動(dòng)組件(19)是同步帶同步輪組件或蝸輪蝸桿組件或鏈傳動(dòng)組件或齒輪箱組件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低空間雙桿導(dǎo)向式三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，其特征在于:每組雙桿水平導(dǎo)向式執(zhí)行器，動(dòng)力源(20)是電機(jī)或液壓馬達(dá)或氣動(dòng)馬達(dá)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低空間雙桿導(dǎo)向式三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，其特征在于:每組雙桿水平導(dǎo)向式執(zhí)行器，定長(zhǎng)桿上鉸鏈為分別設(shè)置的左定長(zhǎng)桿上鉸鏈(18)和右定長(zhǎng)桿上鉸鏈(8)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種低空間雙桿導(dǎo)向式三自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，包括三組雙桿水平導(dǎo)向式電動(dòng)執(zhí)行器、下平臺(tái)剛性結(jié)構(gòu)件、上平臺(tái)剛性結(jié)構(gòu)件每組雙桿水平導(dǎo)向式電動(dòng)執(zhí)行器包括設(shè)置在下固定組件上的電機(jī)及其連接的同步輪同步帶組件，同步輪同步帶組件兩端分別穿過(guò)左軸承及固定式軸承座副、右軸承及固定式軸承座副連接左、右絲桿傳動(dòng)裝置，左、右絲桿傳動(dòng)裝置分別包括左絲桿及左絲桿螺母副、右絲桿及右絲桿螺母副，左絲桿螺母副及右絲桿螺母副上分別連接有左定長(zhǎng)桿下鉸鏈和右定長(zhǎng)桿下鉸鏈，三組雙桿水平導(dǎo)向式電動(dòng)執(zhí)行器安裝并連接支撐上平臺(tái)剛性結(jié)構(gòu)件和下平臺(tái)剛性結(jié)構(gòu)件?？梢栽跐M足高性價(jià)比的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高精度、大行程、高速度、高加速度、低高度空間的可靠運(yùn)行。
文檔編號(hào)B25J9/00GK202943634SQ20122067196
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2012年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月8日
發(fā)明者王傳峰 申請(qǐng)人:無(wú)錫智航控制技術(shù)有限公司