3-RRR球面机构球环嵌套式并联稳定平台及使用方法技术

本发明专利技术公开了一种基于3

Spherical ring nested parallel stable platform of 3-RRR spherical mechanism and its application

【技术实现步骤摘要】
3
‑
RRR球面机构球环嵌套式并联稳定平台及使用方法


[0001]本专利技术涉及稳定平台
，具体地涉及一种3
‑
RRR球面机构球环嵌套式并联稳定平台及使用方法。

技术介绍

[0002]无人机是近几年应用最为广泛的航空器之一，在其构型，用途，尺寸，质量，航程，飞行高度和速度方面存在很大差异。无人机主要分为民用无人机和军用无人机，军用无人机主要以侦察，灾后救援，电子对抗和拦截功能为主，民用无人机则主要以航拍摄影，农业植保，电力巡检等功能为主。而有些特殊工种任务则需要无人机在飞行过程中能够保持一定的姿态稳定度，用以保证一些设备的正常运行，但这又对中小型无人机提出了苛刻要求，很多时候无法完全实现。目前很多中小型无人机上安装了航拍摄像投头，但是偶尔受强风气流的影响，无人机存在剧烈颠簸和晃动，这就给摄像头拍摄成像带来了极大的困难。
[0003]因此，急需研究一种应用于无人机的并联稳定平台，能够为中小型无人机的航行过程提供一个持续稳定的工作区域。

技术实现思路

[0004]为了解决上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种3
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RRR球面机构球环嵌套式并联稳定平台，在中小型无人机的航行过程中提供一个持续稳定的工作区域，隔离无人机受风流影响产生的姿态扰动，为包括但不限于上文所述的航空作业解决相关干扰问题，该设计具有显著的科技应用价值与战略性意义。
[0005]具体地，本专利技术提供一种3
‑
RRR球面机构球环嵌套式并联机构，其包括圆形的球环基座、三个球面二连杆和球缘调姿台，所述球环基座包括底球环座和上球环盖；所述三个球面二连杆的结构相同；所述球缘调姿台包括R副转接盘、球形边缘负载板和立柱，所述三个球面二连杆的两个端部分别连接所述球环基座和所述球形边缘负载板；
[0006]所述球环基座固定于无人机上，所述底球环座上均匀设置有三个用于连接所述球面二连杆的第一转动副绞座；
[0007]球面二连杆包括第一R副、第一球面连杆、第二R副、第二球面连杆、第三R副和驱动单元，所述第一R副与所述第一转动副绞座借助于旋转副连接，所述第一球面连杆的第一端与所述第一R副连接，所述第一球面连杆的第二端借助于第二R副与所述第二球面连杆的第一端连接，所述第二球面连杆的第二端与所述第三R副连接，所述第三R副与所述R副转接盘上设置的第二转动副绞座连接，所述驱动单元安装在所述第一R副的轴线上并通过减速装置与旋转副连接；
[0008]所述R副转接盘和球形边缘负载板借助于所述立柱连接，所述球形边缘负载板的外侧壁上均匀设置有多个球面结构，所述上球环盖套设在所述球形边缘负载板的外部并与所述多个球面结构的外侧壁面接触，多个球面结构对应的球心相同且经过上球环盖和球形边缘负载板圆心的轴线。
[0009]优选地，三个第一转动副绞座相互间隔120
°
的布置在球环基座的上表面，三个第一转动副铰座的轴线相交于位于球环中心的一点。
[0010]优选地，所述球形边缘负载板的外侧壁均匀布置六个球面结构，每一个球面结构的外弧面与所述上球环盖的内弧面相匹配。
[0011]优选地，所述R副转接盘为正三角形，三个第二转动副绞座均匀布置在所述R副转接盘的三个角处，三个第二转动副铰座的轴线相交于位于球环中心的一点。
[0012]优选地，所述驱动单元为云台电机。
[0013]优选地，每个球面二连杆的三个转动副的中心轴线均交于球缘调姿台内的球面球心。
[0014]优选地，本专利技术的另一方面提供一种基于所述的3
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RRR球面机构球环嵌套式并联机构使用方法，其包括以下步骤：
[0015]S1、对无人机进行理论分析，预设需要挂载的位置中心，计算无人机动力是否能充足挂载飞行；
[0016]S2、将底球环座通过定制连接件固定于无人机上，挂载在经过无人机重心的垂直轴线上；
[0017]S3、上球环盖通过螺栓连接与底球环座固定，转动球副铰座与上球环座固定连接，其中，转动球副铰座内圆弧轴线与上球环盖内圆弧公用同一个球心；
[0018]S4、云台电机和转动球副铰座以转动副连接，第一球面连杆的第一端和云台电机以转动副连接，第一球面连杆第二端和第二球面连杆的第一端以转动副连接，其中，云台电机中心轴线和第一球面连杆第二端圆弧内中心轴线和第二球面连杆第二端弧内中心轴线共用一个球心；
[0019]S5、第二球面连杆的第二端与R副转接盘中的R副连接，R副转接盘通过立柱与球形边缘负载板固定连接；
[0020]S6、在球形边缘负载板上安装惯性导航仪，在3
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RRR球面机构球环嵌套式并联机构挂载在无人机上时，由惯性导航仪实时监测其位姿变化，并将姿态变化转换成四元数导入到上位机中；
[0021]S7、由上位机下达控制指令驱动3条RRR运动支链，稳定球缘调姿平台并与大地基准保持平衡。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
[0023](1)本专利技术的球环基座固定在无人机上，末端执行机构安装倾角传感器感受无人机实时的姿态变化关系，并以初始时刻状态为基准控制三个通过单自由度关节与球环基座固定连接的动作器改变推杆长度，带动通过三个双自由度关节与动作器连接的末端执行机构，使末端执行机构的姿态变化刚好抵消无人机的姿态变化，使执行机构在无人机剧烈颠簸和晃动过程中始终保持平衡，从而有效降低末端执行器上载荷的震动，提升空间稳定性。
[0024](2)本专利技术采取倒装式安装末端执行机构，方便与无人机进行对接并追踪其实时姿态进行稳定补偿。
[0025](3)本专利技术为连续性冗余约束的全向转动三自由度并联调姿平台，运动精度高，有六个与球环基座直接固联的卸荷球弧面作为卸载结构，提高了机构的承载能力。
[0026](4)本专利技术结构简单，具有高度的结构对称性，部分结构具有成熟的技术产品作为
供应，易于加工制造，便于推广。
附图说明
[0027]图1为本专利技术的一种结构的等轴测示意简图；
[0028]图2为图1所示结构的正视示意图；
[0029]图3为图1所示结构的俯视示意图；
[0030]图4为图1所示结构的侧视示意图；
[0031]图5为图1所示结构的球环基座的示意图；
[0032]图6为图1所示结构的球面二连杆的正视示意图；
[0033]图7为图1所示结构的球面二连杆的等轴测示意图；
[0034]图8为图1所示结构的球缘调姿台的示意图。
具体实施方式
[0035]以下，参照附图对本专利技术的实施方式进行说明。
[0036]在图1所示的本专利技术的一种结构的等轴测示意简图中，其结构包括一个球环基座1、三个球面二连杆2和一个球缘调姿平台3。
[0037]如图1至图6所示，球环基座1包括一个底球环座11和上球环盖12；三个球面二连杆2的结构完全相同，均包括一个云台电机21、一个第一球面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种3
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RRR球面机构球环嵌套式并联稳定平台，其特征在于：其包括圆形的球环基座、三个球面二连杆和球缘调姿台，所述球环基座包括底球环座和上球环盖；所述三个球面二连杆的结构相同；所述球缘调姿台包括R副转接盘、球形边缘负载板和立柱，所述三个球面二连杆的两个端部分别连接所述球环基座和所述球形边缘负载板；所述球环基座固定于无人机上，所述底球环座上均匀设置有三个用于连接所述球面二连杆的第一转动副绞座；球面二连杆包括第一R副、第一球面连杆、第二R副、第二球面连杆、第三R副和驱动单元，所述第一R副与所述第一转动副绞座借助于旋转副连接，所述第一球面连杆的第一端与所述第一R副连接，所述第一球面连杆的第二端借助于第二R副与所述第二球面连杆的第一端连接，所述第二球面连杆的第二端与所述第三R副连接，所述第三R副与所述R副转接盘上设置的第二转动副绞座连接，所述驱动单元安装在所述第一R副的轴线上并通过减速装置与旋转副连接；所述R副转接盘和球形边缘负载板借助于所述立柱连接，所述球形边缘负载板的外侧壁上均匀设置有多个球面结构，所述上球环盖套设在所述球形边缘负载板的外部并与所述多个球面结构的外侧壁面接触，多个球面结构对应的球心相同且经过上球环盖和球形边缘负载板圆心的轴线。2.根据权利要求1所述的3
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RRR球面机构球环嵌套式并联稳定平台，其特征在于：三个第一转动副绞座相互间隔120
°
的布置在球环基座的上表面，三个第一转动副铰座的轴线相交于位于球环中心的一点。3.根据权利要求1所述的3
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RRR球面机构球环嵌套式并联稳定平台，其特征在于：所述球形边缘负载板的外侧壁均匀布置六个球面结构，每一个球面结构的外弧面与所述上球环盖的内弧面相匹配。4.根据权利要求1所述的3
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RRR球面机构球环嵌套式并联稳定平台，其特征在于：所述R副转接盘为正三角形...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩博，杨威，江源，周玉林，高超，李祥鲲，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：