一种两转动一平动的三自由度运动平台制造技术

本发明专利技术公开了一种两转动一平动的三自由度运动平台，属于运动仿真领域，该运动平台在上平台和下平台上各具有三个呈等腰三角形分布的铰链安装点，两个等腰三角形相似且顶角朝向一致；上平台上的等腰三角形的高的中垂线上设有一个固定点和一个直线滑轨；直线滑轨沿等腰三角形的高的中垂线方向布置；三个位姿调节缸上下两端连接上平台和下平台上对应的铰链安装点；两个伸缩限位件的下端固定于下平台上的等腰三角形的高的中垂线上，上端分别连接固定点和直线滑轨的滑块。本发明专利技术能够实现绕X轴、Y轴的转动以及Z轴方向的平动的三自由度运动仿真，从而适用于模拟船舶在海面上系泊时的横摇、纵摇和垂荡等两转动一平动的场景。

A Three-Degree-of-Freedom Platform with Two Rotations and One Translation

The invention discloses a three-degree-of-freedom motion platform with two rotations and one translation, which belongs to the field of motion simulation. The motion platform has three hinge mounting points with isosceles triangle distribution on the upper platform and the lower platform, the two isosceles triangles are similar and the top angles are aligned; the high and middle sags of isosceles triangle on the upper platform are aligned. There is a fixed point and a straight sliding rail on the line; the straight sliding rail is arranged along the middle vertical direction of the high isosceles triangle; the upper and lower ends of the three posture adjusting cylinders are connected with the corresponding hinge installation points on the upper and lower platforms; the lower ends of the two telescopic limiters are fixed on the middle vertical line of the high isosceles triangle on the lower platforms. The upper end is separately connected with the slider of the fixed point and the linear slide rail. The invention can realize three-degree-of-freedom motion simulation of rotation around X-axis, Y-axis and translation in Z-axis direction, so it can be applied to simulate the scene of rolling, pitching and sagging of a ship when mooring on the sea.

【技术实现步骤摘要】
一种两转动一平动的三自由度运动平台
本专利技术属于运动仿真领域，更具体地，涉及一种两转动一平动的三自由度运动平台。
技术介绍
随着运动仿真技术的不断提高，近年来少自由度运动平台被广泛的研究及应用，其与六自由度运动平台相比具有运动正解容易得到，结构简单，成本更低，运动耦合较弱，容易解耦等优势。然而现有的三自由度平台承载能力较弱，运动空间较小，运动副选用不当导致加工及安装难度加大，影响了机构的工作精度和使用寿命，且目前的三自由度运动平台多为两平动一转动运动平台或三转动运动平台。本文提出了一种具有两转动一平动的三自由度运动平台，该平台具有较大的承载能力和较广的运动空间，能够运用于许多场景，如模拟船舶在海面上系泊时的横摇、纵摇和垂荡等。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种两转动一平动的三自由度运动平台，其目的之一在于，通过三个位姿调节机构及两个伸缩限位机构的设计，实现绕X轴、Y轴的转动以及Z轴方向的平动的三自由度运动仿真，从而适用于模拟船舶在海面上系泊时的横摇、纵摇和垂荡等两转动一平动的场景。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种两转动一平动的三自由度运动平台，包括：上平台、下平台、直线滑轨、两个伸缩限位件、两个浮动接头、三个位姿调节缸，以及多个十字铰链；在上平台和下平台上各具有三个铰链安装点，均呈等腰三角形分布；上平台和下平台上的等腰三角形相似，且顶角朝向一致；上平台上的等腰三角形的高的中垂线上设有一个固定点和一个直线滑轨；直线滑轨沿等腰三角形的高的中垂线方向布置；三个位姿调节缸均能实现伸缩运动和绕自身轴线回转运动，每个位姿调节缸上下两端各通过一个十字铰链连接上平台和下平台上对应的铰链安装点；两个伸缩限位件竖直设置，位置关于下平台上的等腰三角形的高对称；两个伸缩限位件的下端固定于下平台上的等腰三角形的高的中垂线上，上端各连接一个浮动接头；其中一个浮动接头上端连接固定点，另一个浮动接头上端连接直线滑轨的滑块。本专利技术的另一目的在于，通过对负载进行重力平衡，提升位姿调节缸的控制精度。为了实现该目的，进一步地，本专利技术的三自由度运动平台中，两个伸缩限位件均为电动缸或液压缸，用于进行重力平衡。进一步地，还包括：垫块，垫块下表面的高度与直线滑轨的滑块下表面高度一致。本专利技术的另一目的在于，提高能量利用率，实现能量的二次利用。为了实现该目的，进一步地，本专利技术的三自由度运动平台还包括：高压蓄能器；高压蓄能器位于两个伸缩限位件下端连线的中点，用于收集和贮存上平台下降时产生的部分机械能，并在上平台上升时释放，从而辅助提供支撑力。进一步地，两个伸缩限位件下端均设有支撑柱，以将两个伸缩限位件垫高且高度相等。进一步地，上平台和下平台的铰链安装点均为凸起的柱状结构，且安装平面倾斜设置；上平台和下平台上位置对应的铰链安装点的安装平面互相平行。总体而言，本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：1、将本专利技术中上平台等腰三角形的高所在直线作为Y轴，而等腰三角形的高的中垂线作为X轴，建立笛卡尔坐标系；按照本专利技术所设计的结构可知，由于两个伸缩限位杆的限制，上平台不能沿X轴、Y轴方向平动，也不能绕Z轴转动，只能绕X轴、Y轴转动和沿Z轴平动，从而实现两转动一平动的模拟，能够适用于模拟船舶在海面上系泊时的横摇、纵摇和垂荡等两转动一平动的场景。2、平台各个部分设计合理，充分满足了两转动一平动的运动要求，在保证平台较大运动范围条件下，减小了平台整体的结构尺寸，同时也保证了平台良好的运动特性。3、平台各个部分由简单的机构组成，对平台整体零件的加工要求不高，既能够减小加工成本同时也降低了对安装精度的需求。4、引入了伸缩限位件对平台的自由度进行约束，与起其他防扭机构相比很好的改善了平台的受力，同时因为采用滑块机构与伸缩限位件连接的结构使得平台对于安装的精度要求并不高，减小了平台在运动的过程中因加工误差及配合精度而造成的实际运动误差。而由于利用滑块机构与伸缩限位件连接，合理分配了约束，部件的受力情况较好，整体刚度大，能够满足长时间工作的需要，并且具有较大的运动范围。5、由于将伸缩限位件设为电动缸或液压缸来提供支撑力，平衡了上平台及其负载的重力，位姿调节缸不需要考虑竖直方向的重力支撑，因此在位姿调节缸功率较小条件下即可对大质量的货物运动进行补偿或模拟，同时可以减少因杆件变形而引起的误差，从而提高控制精度。6、高压蓄能器能够很好的应用在电动缸或液压缸上，将上平台在下落过程中产生的部分机械能储存在高压蓄能器中，并在上升过程中释放，辅助提供支撑力，既减少了对电动缸、液压缸上升时提供能量的需要，又对能量进行了二次利用。7、本专利技术的三自由度平台加入了伸缩限位件，使其控制精度和承载能力得到提升。同时也对平台的连接和可控性能进行优化，开发出结构刚度更大，结构尺寸更简单，承载能力更强，运行过程中更加节能，控制精度更高，空间运动范围更大，位姿精度更高，响应更快、可靠性更高的三自由度运动平台。附图说明图1是本专利技术优选实施例的三自由度运动平台的爆炸图；图2是图1中位姿调节缸上、下十字铰链示意图；图3是图1中伸缩限位件球铰链示意图；图4是图1中连接上平台导轨滑块示意图；图5是图1中伸缩限位件球铰与导轨滑块连接爆炸图；图6是图1中位姿调节缸示意图；图7是图1组装后的整体示意图。在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-上平台，2-垫块，3、4、11-位姿调节缸，5-高压蓄能器，6-蓄能器安装支架，7-下平台，8-直线滑轨，9、10-伸缩限位件，12-上平台连接铰链，13-浮动接头支座，14-浮动接头固定板，15-浮动接头,16-下平台连接铰链。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面结合附图1～7对本专利技术作进一步详细说明。如图1所示，本专利技术优选实施例的三自由度平台包括：上平台1，垫块2，位姿调节缸3、4、11，高压蓄能器5，蓄能器安装支架6，下平台7，直线滑轨8，伸缩限位件9、10，上平台连接铰链12，浮动接头支座13，浮动接头固定板14，浮动接头15，下平台连接铰链16。在上平台1和下平台7上各具有三个铰链安装点，均呈等腰三角形分布。上平台1和下平台7上的等腰三角形相似，且顶角朝向一致。三个位姿调节缸3、4、11均能实现伸缩运动和绕自身轴线回转运动，每个位姿调节缸上端通过连接铰链12、下端通过连接铰链16分别连接上平台1和下平台7上对应的铰链安装点。伸缩限位装置竖直支撑于上平台1和下平台7的两个等腰三角形之间，伸缩限位装置下端固定于下平台7上，上端浮动连接上平台1。本实施例的伸缩限位装置包括两个伸缩限位件9、10、两个浮动接头支座13，以及直线滑轨8。上平台1上的等腰三角形的高的中垂线上设有一个固定点和一个直线滑轨8。直线滑轨8沿等腰三角形的高的中垂线方向布置。两个伸缩限位件9、10竖直设置，位置关于下平台7上的等腰三角形的高对称。两个伸缩限位件9、10的下端固定于下平台7上的等腰本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种两转动一平动的三自由度运动平台，其特征在于，包括：上平台(1)、下平台(7)、直线滑轨(8)、两个伸缩限位件(9、10)、两个浮动接头(15)、三个位姿调节缸(3、4、11)，以及多个十字铰链(12，16)；在上平台(1)和下平台(7)上各具有三个铰链安装点，均呈等腰三角形分布；上平台(1)和下平台(7)上的等腰三角形相似，且顶角朝向一致；上平台(1)上的等腰三角形的高的中垂线上设有一个固定点和一个直线滑轨(8)；直线滑轨(8)沿等腰三角形的高的中垂线方向布置；三个位姿调节缸(3、4、11)均能实现伸缩运动和绕自身轴线回转运动，每个位姿调节缸上下两端各通过一个十字铰链(12，16)连接上平台(1)和下平台(7)上对应的铰链安装点；两个伸缩限位件(9、10)竖直设置，位置关于下平台(7)上的等腰三角形的高对称；两个伸缩限位件(9、10)的下端固定于下平台(7)上的等腰三角形的高的中垂线上，上端各连接一个浮动接头(15)；其中一个浮动接头(15)上端连接固定点，另一个浮动接头(15)上端连接直线滑轨(8)的滑块。

【技术特征摘要】
1.一种两转动一平动的三自由度运动平台，其特征在于，包括：上平台(1)、下平台(7)、直线滑轨(8)、两个伸缩限位件(9、10)、两个浮动接头(15)、三个位姿调节缸(3、4、11)，以及多个十字铰链(12，16)；在上平台(1)和下平台(7)上各具有三个铰链安装点，均呈等腰三角形分布；上平台(1)和下平台(7)上的等腰三角形相似，且顶角朝向一致；上平台(1)上的等腰三角形的高的中垂线上设有一个固定点和一个直线滑轨(8)；直线滑轨(8)沿等腰三角形的高的中垂线方向布置；三个位姿调节缸(3、4、11)均能实现伸缩运动和绕自身轴线回转运动，每个位姿调节缸上下两端各通过一个十字铰链(12，16)连接上平台(1)和下平台(7)上对应的铰链安装点；两个伸缩限位件(9、10)竖直设置，位置关于下平台(7)上的等腰三角形的高对称；两个伸缩限位件(9、10)的下端固定于下平台(7)上的等腰三角形的高的中垂线上，上端各连接一个浮动接头(15)；其中一个浮动接头(15)上端连接固定点，另一个浮动接头(15)上端连接直线滑轨(8)的滑块。2.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴金波，郭睿文，于文超，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42