六自由度伺服加载试验装置及其位姿控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种六自由度伺服加载试验装置及其位姿控制方法，装置包括机架、静平台、底托、动平台和夹具；动平台包括加载框架和多组作动组件，作动组件为三角组件，包括连接轴、一对铰接座和一对伸缩构件，两伸缩构件的一端铰接于同一连接轴上、另一端分别与对应的铰接座铰接，各组作动组件分别以其连接轴连接于加载框架的内表面；静平台装配于外框内、位置可调，底托装配于外框底部外，动平台以加载框架置于底托上、内端通过各铰接座与外框可拆卸连接；调节静平台在外框内位置至与试件规格相应，试件安装于夹具上与夹具围成密闭腔，夹具的一端与静平台相连、另一端与动平台相连，各作动组件协同工作调节位姿加载。

【技术实现步骤摘要】
六自由度伺服加载试验装置及其位姿控制方法
本专利技术属于六自由度加载试验装备领域，特别是涉及一种六自由度伺服加载试验装置及其位姿控制方法。
技术介绍
我国并联机器人出现的较晚,起先出现在引进的6-DOF飞行模拟器上。我国民航于1975年引进Beoing707,1988年引进MD-82飞机飞行模拟器,1992年引进Beoing737和757飞机飞行模拟器,近年来还引进了最新的Beoing777飞机飞行模拟器,都用于民航飞行员的培训。1984年北京航空模拟器技术联合开发公司按照航空部“七五”预研课题计划,开始研制6-DOF并联式飞行模拟器,三年后研制成功。现在该公司正进行国内生产机型的飞机飞行模拟器的研制与生产。近几年来我国的一些高等院校和科研院所也相继投入人力物力。在微动器或称作微动机构研究方面,杨宜民教授等研制出仿生型直线驱动器,哈尔滨工业大学研制成了压电陶瓷驱动的6-DOF并联微动机器人,其重复精度可达20纳米；北京航空航天大学机器人所在自然科学基金资助下提出了用于微动操作的由两个3-DOF并联机构串联而成“串并联”机构以及PP-R-S型并联机构微动机器人等；燕山大学1994年研制了基于并联机构的误差补偿器,将其安装于机器人手腕处可以补偿手臂的误差；陈垦、李嘉等研究分析了6-PSS型6-DOF并联微操作手的运动学和工作空间。另外天津大学与天津第一机床厂联合研制了九杆三自由度并联机床Linapod，沈阳自动化所研制了五自由度并联机床样机，哈尔滨工业大学和东北大学分别研制了以Stewart平台为原型的6-DOF并联机床的样机和带有平行机构的三自由度Stewart并联机床样机,燕山大学也在这方面作了一些基础性工作。1999年6月在清华大学召开了我国第一届并联机器人与并联机床设计理论与关键技术研讨会，对并联机床的发展现状,未来趋势以及亟待解决的问题进行了研讨,对并联机床在我国的发展起到了一定的促进作用。由国防科技大学和香港科技大学联合研制的银河一2000虚拟轴机床是一种并联式六自由度机床，是由传统并联机床发展而来的,在保持原并联机构的诸多优点,如高刚度,高精度和高的运动速度外,用变异机构扩大了机床的运动范围。2005年哈尔滨工业大学流体传动于控制研究所与武汉719研究所研制了一种六自由度航海模拟器，用于训练潜艇驾乘人员和检测各种仪表的性能。而已有的六自由度并联机器人只能进行小载荷加载，并且是通过位移控制加载，所得各项参数与加载位移之间的关系不够直观。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种通过施加力的方式进行控制并能实现大载荷加载的六自由度伺服加载试验装置。本专利技术提供的这种六自由度伺服加载试验装置，包括机架、静平台、底托、动平台和夹具；动平台包括加载框架和多组作动组件，作动组件为三角组件，包括连接轴、一对铰接座和一对伸缩构件，两伸缩构件的一端铰接于同一连接轴上、另一端分别与对应的铰接座铰接，各组作动组件分别以其连接轴连接于加载框架的内表面；静平台装配于外框内、位置可调，底托装配于外框底部外，动平台以加载框架置于底托上、内端通过各铰接座与外框可拆卸连接；调节静平台在外框内位置至与试件规格相应，试件安装于夹具上与夹具围成密闭腔，夹具的一端与静平台相连、另一端与动平台相连，各作动组件协同施力以调节位姿加载。所述加载框架包括面板、耳板、纵向承力板、横向承力板和封板；面板为整体件，包括上部的矩型段和下部的三角段，矩型段的上部两顶点和三角段的底脚处设有均方形槽，面板上设若干安装孔；耳板的两端设有卡口，一对耳板并列布置于方形槽内，卡口卡入面板的实体上焊接；横向承力板固接于面板外将面板分隔为若干层；纵向承力板固接于面板和横向承力板之间将各层分隔为若干相互独立的空腔；封板封闭各空腔。所述纵向承力板的高度自所述面板中部向四周渐减；空腔内设加强管和加强筋；封板外对应加强管位置处设有补强圈。所述机架包括侧框、横梁、移动梁和组合梁；侧框和组合梁上均设安装板；一对侧框并列布置，一端的顶部和底部均通过横梁相连，另一端顶部通过移动梁相连、底部通过组合梁相连。所述侧框包括顶梁、底梁、立柱和斜梁，顶梁和底梁上均沿梁长方向设有若干插销套，顶梁上设设有导轨，一对立柱分别连接于顶梁与底梁之间，斜梁设置于底梁内端与立柱之间，顶梁的内端与斜梁的中部均设有所述安装板。所述组合梁包括梁主体和一对斜撑，斜撑的一端与梁主体相连、另一端与所述底梁相连，斜撑外表面近梁主体端外设有所述安装板；斜梁上对应安装板两侧分别设有限位托。所述作动组件分两类布置；一类分设于所述加载框架的两侧，一端通过连接轴装配于所述面板顶部的耳板处，另一端通过铰接座安装于所述侧框的安装板上；另一类设置于所述加载框架的底部，一端通过连接轴装配于所述面板底部的耳板处，另一端通过铰接座安装于所述组合梁的安装板上。所述静平台包括框架主体和插销组件；框架主体包括活动梁、立板、纵向板、横向板和封板，活动梁的中部设有驱动机构、两端设有滚轮和导向轮，滚轮的轮轴与驱动机构的输出轴相连，立板焊接于活动梁下，纵向板和横向板焊接于立板一侧分隔出若干空腔，封板封闭各空腔；述插销组件包括插销液压缸、插销和导向套，插销同轴设置于导向套内、一端与插销液压缸的活塞杆相连；插销液压缸的缸体和导向套的外壁连接于框架主体的四角空腔中；静平台以其滚轮置于所述导轨上，插销插入所述插销套内。所述底托包括基座，基座的两端内设升降台；所述夹具包括一对安装板和若干半圆板，各半圆板同轴布置可拆卸连接于两环形板之间，两安装板之间设有连接梁，一安装板与加载框架相连、另一安装板与静平台相连。本专利技术还提供了一种六自由度伺服加载试验装置的位姿控制方法，该方法包括以下步骤：S1、建立加载框架和各组作动组件的简化等效模型——并联机器人；S2、将预期位姿Xr与当前动平台实际位姿Xt进行比较，得到位姿差量ΔX，通过位姿控制器控制并联机器人运动使ΔX趋近于零，并通过预设的传感器得到力与力矩参数的需求；S3、根据传感器测得参数，与所给定力信号比较求出力误差信号，并通过力控制器根据该力信号进行控制，给出控制量；S4、根据S2中力与力矩参数的需求进行力和力矩的反解,S4.1、建立受力分析等效几何模型，包括上平台、下平台和六根支撑杆，S4.2、设支撑杆的驱动力为Fi，对加载框架产生的驱动力矩为：Mi＝Ri×Fi，S4.3、根据力螺旋理论知：提出各驱动力的数值大小得：即：S5、位置反解,S5.1、以S4.1中等效几何模型为基础建立固定坐标系O-XYZ和动坐标系O1-X1Y1Z1，原点O处于下平台的几何中心，OX轴处于下平台六个铰链点所在的平面内，方向垂直于六边形下平台的几何长边，OY轴朝向由右手规则确定，Z轴垂直于下平台，六个铰链点所在平面，原点O1位于上平台的几何中心，且始终保持与上平台一起做移动、偏转、俯仰和侧倾运动，在上平台处于初始状态，动坐标系的O1X1轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种六自由度伺服加载试验装置，其特征在于：该装置包括机架、静平台、底托、动平台和夹具；/n动平台包括加载框架和多组作动组件，作动组件为三角组件，包括连接轴、一对铰接座和一对伸缩构件，两伸缩构件的一端铰接于同一连接轴上、另一端分别与对应的铰接座铰接，各组作动组件分别以其连接轴连接于加载框架的内表面；/n静平台装配于外框内、位置可调，底托装配于外框底部外，动平台以加载框架置于底托上、内端通过各铰接座与外框可拆卸连接；/n调节静平台在外框内位置至与试件规格相应，试件安装于夹具上与夹具围成密闭腔，夹具的一端与静平台相连、另一端与动平台相连，各作动组件协同施力以调节位姿加载。/n

【技术特征摘要】
1.一种六自由度伺服加载试验装置，其特征在于：该装置包括机架、静平台、底托、动平台和夹具；
动平台包括加载框架和多组作动组件，作动组件为三角组件，包括连接轴、一对铰接座和一对伸缩构件，两伸缩构件的一端铰接于同一连接轴上、另一端分别与对应的铰接座铰接，各组作动组件分别以其连接轴连接于加载框架的内表面；
静平台装配于外框内、位置可调，底托装配于外框底部外，动平台以加载框架置于底托上、内端通过各铰接座与外框可拆卸连接；
调节静平台在外框内位置至与试件规格相应，试件安装于夹具上与夹具围成密闭腔，夹具的一端与静平台相连、另一端与动平台相连，各作动组件协同施力以调节位姿加载。


2.如权利要求1所述的六自由度伺服加载试验装置，其特征在于：所述加载框架包括面板、耳板、纵向承力板、横向承力板和封板；面板为整体件，包括上部的矩型段和下部的三角段，矩型段的上部两顶点和三角段的底脚处设有均方形槽，面板上设若干安装孔；耳板的两端设有卡口，一对耳板并列布置于方形槽内，卡口卡入面板的实体上焊接；横向承力板固接于面板外将面板分隔为若干层；纵向承力板固接于面板和横向承力板之间将各层分隔为若干相互独立的空腔；封板封闭各空腔。


3.如权利要求2所述的六自由度伺服加载试验装置，其特征在于：所述纵向承力板的高度自所述面板中部向四周渐减；空腔内设加强管和加强筋；封板外对应加强管位置处设有补强圈。


4.如权利要求2所述的六自由度伺服加载试验装置，其特征在于：所述机架包括侧框、横梁、移动梁和组合梁；侧框和组合梁上均设安装板；一对侧框并列布置，一端的顶部和底部均通过横梁相连，另一端顶部通过移动梁相连、底部通过组合梁相连。


5.如权利要求4所述的六自由度伺服加载试验装置，其特征在于：所述侧框包括顶梁、底梁、立柱和斜梁，顶梁和底梁上均沿梁长方向设有若干插销套，顶梁上设设有导轨，一对立柱分别连接于顶梁与底梁之间，斜梁设置于底梁内端与立柱之间，顶梁的内端与斜梁的中部均设有所述安装板。


6.如权利要求5所述的六自由度伺服加载试验装置，其特征在于：所述组合梁包括梁主体和一对斜撑，斜撑的一端与梁主体相连、另一端与所述底梁相连，斜撑外表面近梁主体端外设有所述安装板；斜梁上对应安装板两侧分别设有限位托。


7.如权利要求4所述的六自由度伺服加载试验装置，其特征在于：所述作动组件分两类布置；一类分设于所述加载框架的两侧，一端通过连接轴装配于所述面板顶部的耳板处，另一端通过铰接座安装于所述侧框的安装板上；另一类设置于所述加载框架的底部，一端通过连接轴装配于所述面板底部的耳板处，另一端通过铰接座安装于所述组合梁的安装板上。


8.如权利要求5所述的六自由度伺服加载试验装置，其特征在于：所述静平台包括框架主体和插销组件；框架主体包括活动梁、立板、纵向板、横向板和封板，...

【专利技术属性】
技术研发人员：仇映辉，
申请(专利权)人：长沙市天映机械制造有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43