混联三自由度云台机构制造技术

本发明专利技术公开了一种混联三自由度云台机构，包括基座和动平台，还包括：用于驱动所述动平台以第一方向摆动的第一驱动支链，其一端与所述基座连接于第一节点，另一端与所述动平台连接于第一动节点；用于驱动所述动平台以第二方向摆动的第二驱动支链，其一端与所述基座连接于第二节点，另一端与所述动平台连接于第二动节点；用于限制所述动平台在空间摆动的第三支链，该第三支链的一端与所述基座固定连接于第三节点，其中该第三支链设有扭矩动力源以在另一端通过第三转动节点驱动所述动平台上的转台转动。本发明专利技术显著提高平台负载能力和动态响应性能，同时又实现紧凑体积和高集成化。

【技术实现步骤摘要】
混联三自由度云台机构
本专利技术涉及混联三自由度云台机构，还涉及混联式旋转三自由度伺服稳定追踪平台，可应用于机器人、精密加工、特种设备和大众电子消费品等领域。
技术介绍
传统的旋转三自由度伺服平台是一种十分重要的智能自动化设备，广泛应用于手持云台、机器人腕关节、导弹发射、航天航空、机床加工等领域。这类机构能够实现三个旋转自由度，通过控制算法能够实现定位、稳定、防抖、跟踪等功能。这些传统的旋转三自由度伺服平台一般由三个旋转部件串联而成。如公开号为CN104633407的专利文献公开了一种三自由度旋转平台，包括：驱动旋转平台绕Z轴转动的Z轴驱动模块和Z轴传动模块；驱动旋转平台绕Y轴转动的Y轴驱动模块和Y轴传动模块；驱动旋转平台绕X轴转动的X轴驱动模块和X轴传动模块；以及承载各个驱动模块和传动模块的基座。但是这些纯串联式的三自由度旋转平台受传动方式和结构的限制，必然具有惯量大、负载能力低和动态性能差等缺点。也有一些用并联机构实现的旋转三自由度伺服平台。如公开号为CN205343112U的专利文献公开了一种含可变角形分支的三自由度并联调姿隔振平台。但其只能实现三个自由度有限角度的旋转，无法满足需要有一个自由度无限旋转的应用，并且这类并联机构的负载全部都需驱动承担，降低了负载能力和动态性能。在实际的应用中，比如在全景拍摄、旋转加工等应用场合，往往都是需要具有两个有限角度的旋转自由度和一个无限角度的旋转自由度。而且在一些对体积重量、响应速度和运动精度有严格要求的应用中，比如无人机云台、机器人关节等应用场合，对旋转三自由度伺服平台产生亟待解决的性能和结构问题。专利技术内容本专利技术通过提供一种高响应、体积紧凑和高集成化的三自由云台机构或度伺服平台，以解决上述技术问题。本专利技术采用的技术方案为一种混联三自由度云台机构，包括基座和动平台，还包括：用于驱动所述动平台以第一方向摆动的第一驱动支链，其一端与所述基座连接于第一节点，另一端与所述动平台连接于第一动节点；用于驱动所述动平台以第二方向摆动的第二驱动支链，其一端与所述基座连接于第二节点，另一端与所述动平台连接于第二动节点；用于保持所述动平台在空间摆动的第三支链，该第三支链的一端与所述基座固定连接于第三节点，其中该第三支链设有扭矩动力源以在另一端通过第三转动节点驱动所述动平台上的转台转动。作为上述方案的进一步改进，所述第一驱动支链包括第一移动副构件、第一旋转副构件和第一万向连接副构件；所述第二驱动支链包括第二移动副构件、第二万向连接副构件和第三万向连接副构件。作为一个优选的实施例：在所述第一驱动支链中，所述第一移动副构件的一端在所述第一节点与所述基座固定，另一端与所述第一旋转副构件连接，所述第一旋转副构件通过第一连杆连接至所述第一万向连接副构件，并且所述第一万向连接副构件在所述第一动节点与所述述动平台连接；在所述第二驱动支链中，所述第二移动副构件的一端在所述第二节点与所述基座固定，另一端与所述第二万向连接副构件连接，所述第二万向链接副构件通过第二连杆连接至所述第三万向连接副构件，并且所述第三万向连接副构件在所述第二动节点与所述述动平台连接。作为另一个优选的实施例：在所述第一驱动支链中，所述第一旋转副构件与所述基座连接，所述第一移动副构件的一端与所述第一旋转副构件连接，另一端与所述第一万向连接副构件连接，并且所述第一万向连接副构件在所述第一动节点与所述述动平台连接；在所述第二驱动支链中，所述第二万向连接副构件与所述基座连接，所述第二移动副构件的一端与所述第二万向连接副构件连接，另一端与所述第三万向连接副构件连接，并且所述第三万向连接副构件在所述第二动节点与所述述动平台连接。作为上述方案的进一步改进：所述动平台包括第一保持构件；所述第三支链还包括第二保持构件和设置在所述第三转动节点位置的第四万向连接副构件；所述第四万向连接副构件的输出轴由所述第一保持构件保持转动，并且该输出轴与所述转台连接；所述第四万向连接副构件的输入轴由所述第二保持构件保持转动和保持支撑，并且该输入轴与所述扭矩动力源直接连接或者通过扭矩传动机构连接。第一保持构件和第二保持构件可以包括轴承和支撑结构件，用于支承所述动平台或所述第四万向连接副构件同时保证其自身旋转运动。优选地，所述第一万向连接副构件、第二万向连接副构件、第三万向连接副构件和第四万向连接副构件分别包含关节轴承、球铰或万向联轴器等。进一步，所述第一节点、所述第二节点和所述第三节点组成一个非180度的夹角。进一步，所述的混联三自由度云台机构，还包括：第一致动源，用于通过第一传动机构或者通过直接驱动的方式带动所述第一驱动支链内部的线性运动；第二致动源，用于通过第二传动机构或者通过直接驱动的方式驱动所述第二驱动支链内部的线性运动。所述第一致动源和第二致动源分别包含旋转电机、直线电机、气缸、液压缸或致动器等；所述第一传动机构和第二传动机构分别包含丝杆螺母传动机构、齿轮传动机构或同步带传动机构等。优选地，所述的混联三自由度云台机构还包括：第一传感器，用于反馈所述第一驱动支链中的运动位置；第二传感器，用于反馈所述第二驱动支链中的运动位置；或第三传感器，用于反馈所述转台的旋转运动位置。本专利技术的有益效果为：实现了具有无限旋转自由度的混联三自由云台机构或度伺服平台，扩展了应用范围和提高了操控灵活性；显著提高平台负载能力和动态响应性能，同时又满足体积紧凑和高集成化的要求；本专利技术的结构还适用轻量化设计和高精度运动控制，应用前景广阔。附图说明图1所示为根据本专利技术的第一构型的原理图；图2所示为根据本专利技术的第二构型的原理图；图3所示为根据本专利技术的第一构型在一具体实施例中的立体图；图4所示为图3的第一构型沿竖直方向的剖视图；图5所示为图3的第一构型在一运动位置的立体图；图6所示为根据本专利技术的第二构型在一具体实施例中的立体图；图7所示为图6的第二构型在一运动位置的立体图，其中隐藏了第三支链的结构支撑件。具体实施方式当结合附图参考详细说明书考虑时，本专利技术进一步的优势会变得显而易见。图1所示为的根据本专利技术的混联三自由度云台机构第一构型的机构原理图。如图所示，此构型的云台机构主要包括基座(B-platform)、动平台(P-platform)和连接在基座和动平台之间的第一驱动支链A1B1C1、第二驱动支链A2B2C2和第三支链H。其中，第一驱动支链A1B1C1的一端与基座B连接于第一节点A1，另一端与动平台P连接于第一动节点B1；第二驱动支链A2B2C2的一端与基座B连接于第二节点A2，另一端与动平台P连接于第二动节点B2；第三支链H的一端与基座B固定连接于第三节点O，其中该第三支链H设有扭矩动力源t，以在另一端通过第三转动节点U驱使动平台P上的转台Q转动。优选地，转台Q的几何中心位置延伸的轴穿过动平台，然后连接至第三转动节点U。第一节点A1、第二节点A2和第三节点O组成夹角aa，该夹角可以是180度以外的任意角，优选为90度。优选地，第一动节点B1、第二动节点B2和动平台P几何中心组成夹角bb基本上等于夹角aa。第一节点A1、第二节点A2和第三节点O可以是成形在基座B上的刚性节点，或者是通过结构件固定连接至基座B的节点。应理解到，在其它实施例中，夹角aa和bb可以变化或者不相等本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混联三自由度云台机构，包括基座(B)和动平台(P)，其特征在于，还包括：用于驱动所述动平台(P)以第一方向摆动的第一驱动支链(A1B1C1)，其一端与所述基座(B)连接于第一节点(A1)，另一端与所述动平台(P)连接于第一动节点(B1)；用于驱动所述动平台(P)以第二方向摆动的第二驱动支链(A2B2C2)，其一端与所述基座(B)连接于第二节点(A2)，另一端与所述动平台(P)连接于第二动节点(B2)；用于保持所述动平台(P)在空间摆动的第三支链(H)，该第三支链(H)的一端与所述基座(B)固定连接于第三节点(O)，其中该第三支链(H)设有扭矩动力源(t)以在另一端通过第三转动节点(U)驱动所述动平台(P)上的转台(Q)转动。

【技术特征摘要】
1.一种混联三自由度云台机构，包括基座(B)和动平台(P)，其特征在于，还包括：用于驱动所述动平台(P)以第一方向摆动的第一驱动支链(A1B1C1)，其一端与所述基座(B)连接于第一节点(A1)，另一端与所述动平台(P)连接于第一动节点(B1)；用于驱动所述动平台(P)以第二方向摆动的第二驱动支链(A2B2C2)，其一端与所述基座(B)连接于第二节点(A2)，另一端与所述动平台(P)连接于第二动节点(B2)；用于保持所述动平台(P)在空间摆动的第三支链(H)，该第三支链(H)的一端与所述基座(B)固定连接于第三节点(O)，其中该第三支链(H)设有扭矩动力源(t)以在另一端通过第三转动节点(U)驱动所述动平台(P)上的转台(Q)转动。2.根据权利要求1所述的混联三自由度云台机构，其特征在于：所述第一驱动支链(A1B1C1)包括第一移动副构件、第一旋转副构件和第一万向连接副构件；所述第二驱动支链(A2B2C2)包括第二移动副构件、第二万向连接副构件和第三万向连接副构件。3.根据权利要求2所述的混联三自由度云台机构，其特征在于：在所述第一驱动支链(A1B1C1)中，所述第一移动副构件的一端在所述第一节点(A1)与所述基座(B)固定，另一端与所述第一旋转副构件连接，所述第一旋转副构件通过第一连杆连接至所述第一万向连接副构件，并且所述第一万向连接副构件在所述第一动节点(B1)与所述述动平台(P)连接；在所述第二驱动支链(A2B2C2)中，所述第二移动副构件的一端在所述第二节点(A2)与所述基座(B)固定，另一端与所述第二万向连接副构件连接，所述第二万向连接副构件通过第二连杆连接至所述第三万向连接副构件，并且所述第三万向连接副构件在所述第二动节点(B2)与所述述动平台(P)连接。4.根据权利要求2所述的混联三自由度云台机构，其特征在于：在所述第一驱动支链(A1B1C1)中，所述第一旋转副构件与所述基座(B)连接，所述第一移动副构件的一端与所述第一旋转副构件连接，另一端与所述第一万向连接副构件连接，并且所述第一万向连接副构件在所述第一动节点(B1)与所述述动平台(P)连...

【专利技术属性】
技术研发人员：楼云江，陈光增，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳研究生院，楼云江，
类型：发明
国别省市：广东,44