一种三自由度气动混合驱动并联平台制造技术

本发明专利技术公开了一种三自由度气动混合驱动并联平台。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；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。本发明专利技术的平台机构具有功率质量比大、结构紧凑、成本低廉、无污染、便于进行位姿控制等特点。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种三自由度气动混合驱动并联平台。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；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。本专利技术的平台机构具有功率质量比大、结构紧凑、成本低廉、无污染、便于进行位姿控制等特点。【专利说明】一种三自由度气动混合驱动并联平台
本专利技术涉及一种并联平台，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
。
技术介绍
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。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷和不足，本专利技术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，本专利技术采用以下技术方案: 本专利技术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，本专利技术具有功率质量比大、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: 一、本专利技术采用分离式控制系统设计思想，根据所需运动平台升沉、纵摇、横摇三自由度方向上的等效刚度特性，可确定气缸力控制子系统的气缸活塞理想输出力、运动平台纵摇位姿控制子系统气动肌肉平均输出力和运动平台横摇位姿控制子系统气动肌肉平均输出力，再根据理想位姿及其与实际位姿的差异确定各气动执行器的期望压力，在三个子控制器中计算各气动控制阀的控制量，完成运动平台的位姿控制。控制器设计简便易于实现，并且可以根据平台运动特性的需求在线调节运动平台三个自由度上的等效刚度特性。二、本专利技术在结构设计和传感器设置方面进行了改进。运动平台高度信息可通过气缸位移传感器获得，纵摇及横摇方向位姿可通过气缸位移传感器分别结合纵摇及横摇方向上两根对偶气动肌肉上的位移传感器进行计算，从而以简便的解析表达式实时计算出运动平台的位姿状态。进一步地，纵摇及横摇位姿信息具有冗余传感器，可设计位姿观测器来减小平台结构测量误差对位姿测量造成的影响。三、本专利技术采用两组对偶气动肌肉与气缸活塞力相互平衡的驱动结构，当遇到某一气动肌肉发生破裂而失效的情况时，另一组对偶气动肌肉可以保持运动平台在另一自由度上的相对稳定，气缸活塞端也不会出现突发性迅速升高的现象，有效增加了机构的可靠性。四、本专利技术设计了气缸活塞杆辅助定向支架，避免运动平台在水平方向上受力不均而对气缸活塞产生径向作用力，减小运行过程中气缸活塞与内壁之间的摩擦，提高气缸的运行寿命和运动平稳性。【专利附图】【附图说明】图1是本专利技术的整体结构示意图。图2是本专利技术的气动及控制系统示意图。图3是本专利技术不同的气缸压力下增加干扰力的仿真结果示意图。图4是本专利技术运动平台的横摇和高度的控制仿真效果示意图。图中:1、固定平台，2、运动平台，3、气动肌肉，4、气缸，5、铰链连接座，6、球头关节轴承，7、直线轴承，8、气缸辅助支架，9、气缸连接座，10、消声器，11、控制箱，12、气缸控制阀，13、气动肌肉控制阀组，14、气动三联件，15、气动肌肉压力传感器，16、气动肌肉位移传感器，17、气缸压力传感器，18、气缸位移传感器，19、气缸力子控制器，20、运动平台纵摇位姿子控制器，21、运动平台横摇位姿子控制器，2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三自由度气动混合驱动并联平台，包括固定平台（1）和运动平台（2），固定平台（1）下方设有控制箱（11），其特征在于：运动平台（2）与固定平台（1）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（11）进行控制；三组气动驱动装置包括连接在运动平台（2）与固定平台（1）中心之间的一个气缸机构和两组分别用于控制运动平台（2）纵摇位姿和运动平台（2）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（2）与固定平台（1）中心之间，气缸机构上端与运动平台（2）铰接，气缸机构下端与固定平台（1）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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陶国良，左赫，刘昊，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33