基于3PSS-S并联机构的箱体式三自由度稳定平台及其调姿方法技术

本发明专利技术提供一种基于3PSS

【技术实现步骤摘要】
基于3PSS
‑
S并联机构的箱体式三自由度稳定平台及其调姿方法


[0001]本专利技术涉及稳定平台
，特别涉及一种基于3PSS
‑
S并联机构的箱体式三自由度稳定平台及其调姿方法。

技术介绍

[0002]随着我国航空航天科学技术水平的创新发展与国防实力的日益强大，诸如航空运输、空军机械化作战、高空扫描与探测等科学技术被赋予了更高的设计要求与期望，国家航空航天科技事业获得了更具创新意义的研究使命。
[0003]航空机械及其挂载设备在航行的过程中难免受到高速气流的扰动，且在飞行过程中，为适应航线变化而产生的主动控制也会使得机体发生姿态变化。这些姿态变化使得机舱内难以获得平稳的工作区域，对于部分航空人工作业，特殊物资运输以及高精密仪器来说都会产生一定的影响，甚至危及到部分人身与财产安全。
[0004]鉴于上述实际问题与技术要求，设计了一种基于3PSS
‑
S并联机构的箱体式三自由度稳定平台，在航空机械的航行过程中提供一个持续稳定的工作区域，隔离机体的姿态扰动，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。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种基于3PSS
‑
S并联机构的箱体式三自由度稳定平台及其调姿方法，主要是利用虎克铰主轴组件中的丝杠滑块沿直线导轨的滑动、中心球头在中心球窝的转动以及二球头杆在球铰球窝和边缘球窝的转动，构成无冗余约束的全向转动三自由度并联调姿平台，使驱动控制与自由度约束相互分离，运动流畅，减少结构运动中的冲突。
[0006]本专利技术提供了一种基于3PSS
‑
S并联机构的箱体式三自由度稳定平台，其包括平台机架、虎克铰主轴组件和上平台组件，所述平台机架通过虎克铰主轴组件和所述上平台组件连接。所述平台机架，其包括机架底座、长立板、短立板、支撑立柱、圆环吊台、连接臂和中心球头，所述机架底座的第一安装端和第二安装端分别与所述长立板和所述短立板的第一安装端固连，相邻两个长立板和短立板之间通过支撑立柱固连，所述机架底座的第三安装端和所述连接臂的第一安装端连接，所述连接臂的第二安装端和所述圆环吊台的第一安装端连接，所述圆环吊台的中心设有中心球头。所述虎克铰主轴组件，其包括驱动电机、联轴器、底座、丝杠滑块、直线导轨、滚珠丝杠、球铰铰座、球铰球窝和二球头杆，所述驱动电机的输出端通过联轴器和所述滚珠丝杠的输入端连接，所述底座的第一安装端和所述长立板的第二安装端固定连接，所述底座的第二安装端和所述直线导轨的固定端连接，所述底座的第三安装端和所述滚珠丝杠的支撑端连接，所述丝杠滑块的第一安装端和第二安装端分别与所述直线导轨和所述滚珠丝杠的滑动端连接，所述丝杠滑块的第三安装端和所述球铰铰
座的第一端连接，所述球铰铰座的第二端通过球铰球窝和所述二球头杆的第一安装端连接。所述上平台组件，其包括调姿板、球铰铰座、边缘球窝和中心球窝，所述调姿板的中心和所述中心球窝的第一端固连，所述中心球窝的第二端和所述中心球头连接，所述调姿板的安装端和所述球铰铰座的第一端固连，所述球铰铰座的第二端和所述边缘球窝的第一端连接，所述边缘球窝的第二端和所述二球头杆的第二安装端连接。
[0007]可优选的是，所述虎克铰主轴组件的数量为三个，所述虎克铰主轴组件呈正三角形方向布置，以120
°
分布在所述平台机架中机架底座上。
[0008]可优选的是，所述连接臂的外形为悬臂支撑结构，所述连接臂的数量为三个，所述连接臂沿着垂直于所述机架底座中心的轴线以120
°
间隔分布。
[0009]可优选的是，所述圆环吊台的外形为圆环结构，所述圆环吊台所在的平面和所述机架底座的平面平行。
[0010]可优选的是，所述机架底座、所述连接臂、所述圆环吊台、所述中心球头的球心、所述调姿板和所述中心球窝的球心在同一条直线上。
[0011]可优选的是，所述球铰铰座和所述边缘球窝的数量相等，均为三个，所述球铰铰座和所述边缘球窝沿着所述调姿板中心的垂线以120
°
的间隔分布。
[0012]本专利技术的另外一方面，提供一种基于3PSS
‑
S并联机构的箱体式三自由度稳定平台的调姿方法，其包括以下步骤：
[0013]S1、将惯导的外壳固定在与调姿板固连的中心球窝的第二侧，将惯导的输出端通过信号线和控制器连接；
[0014]S2、将三自由度稳定平台的平台机架通过螺栓挂在需要测量飞机的底部，保证三自由度稳定平台和飞机的姿态相同；
[0015]S3、通过惯导实时采集飞机在航行过程中姿态的数据，将采集的数据传回控制器，控制器将采集的数据和理想状态进行对比；
[0016]S4、在步骤S3的基础上，对三自由度稳定平台中三个虎克铰主轴组件中驱动电机的驱动器下达不同的运动指令，实时调整调姿板在三个方向的旋转姿态，使其一直保持与飞机的底部保持平行。
[0017]本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：
[0018]1、本专利技术将末端平台沉降到平台机架的底面，降低了重心高度，从而减少了末端平台因转动引起的不平衡力矩。
[0019]2、本专利技术的中心球头与中心球窝构成的中心球副限制了三个平移自由度，使得上平台组件只能发生转动，而无约束的驱动分支未能对上平台组件做出任何约束，却可以控制上平台组件的三个转动自由度，实现了驱动分支控制与自由度约束的相互分离，使得机构运动流畅，避免了运动过程中机构结构间的相互冲突。
[0020]3、本专利技术为无冗余约束的全向转动三自由度并联调姿平台，驱动控制与自由度约束相互分离，运动流畅，不存在结构运动相互冲突的隐患；同时中心球头与中心球窝构成的中心球副承受主要机构负载，而驱动分支不承受机构载荷，有利于提高机构的运动精度。
[0021]4、本专利技术结构紧凑，具有高度的结构对称性，易于实现加工制造。
附图说明
[0022]图1为本专利技术基于3PSS
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S并联机构的箱体式三自由度稳定平台及其调姿方法的第一等轴测图；
[0023]图2为本专利技术基于3PSS
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S并联机构的箱体式三自由度稳定平台及其调姿方法的第二等轴测图；
[0024]图3为本专利技术基于3PSS
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S并联机构的箱体式三自由度稳定平台及其调姿方法的俯视图；
[0025]图4为本专利技术基于3PSS
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S并联机构的箱体式三自由度稳定平台及其调姿方法中平台机架的结构图；
[0026]图5为本专利技术基于3PSS
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S并联机构的箱体式三自由度稳定平台及其调姿方法中虎克铰主轴组件的结构图；
[0027]图6为本专利技术基于3PSS
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S并联机构的箱体式三自由度稳定平台及其调姿方法中上平台组件的结构图。
[0028]主要附图标记：
[0029]平台机架本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于3PSS
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S并联机构的箱体式三自由度稳定平台，其包括平台机架、虎克铰主轴组件和上平台组件，所述平台机架通过虎克铰主轴组件和所述上平台组件连接，其特征在于，所述平台机架，其包括机架底座、长立板、短立板、支撑立柱、圆环吊台、连接臂和中心球头，所述机架底座的第一安装端和第二安装端分别与所述长立板和所述短立板的第一安装端固连，相邻两个长立板和短立板之间通过支撑立柱固连，所述机架底座的第三安装端和所述连接臂的第一安装端连接，所述连接臂的第二安装端和所述圆环吊台的第一安装端连接，所述圆环吊台的中心设有中心球头；所述虎克铰主轴组件，其包括驱动电机、联轴器、底座、丝杠滑块、直线导轨、滚珠丝杠、球铰铰座、球铰球窝和二球头杆，所述驱动电机的输出端通过联轴器和所述滚珠丝杠的输入端连接，所述底座的第一安装端和所述长立板的第二安装端固定连接，所述底座的第二安装端和所述直线导轨的固定端连接，所述底座的第三安装端和所述滚珠丝杠的支撑端连接，所述丝杠滑块的第一安装端和第二安装端分别与所述直线导轨和所述滚珠丝杠的滑动端连接，所述丝杠滑块的第三安装端和所述球铰铰座的第一端连接，所述球铰铰座的第二端通过球铰球窝和所述二球头杆的第一安装端连接；所述上平台组件，其包括调姿板、球铰铰座、边缘球窝和中心球窝，所述调姿板的中心和所述中心球窝的第一端固连，所述中心球窝的第二端和所述中心球头连接，所述调姿板的安装端和所述球铰铰座的第一端固连，所述球铰铰座的第二端和所述边缘球窝的第一端连接，所述边缘球窝的第二端和所述二球头杆的第二安装端连接。2.根据权利要求1所述的基于3PSS
‑
S并联机构的箱体式三自由度稳定平台，其特征在于，所述虎克铰主轴组件的数量为三个，所述虎克铰主轴组件呈正三角形方向布置，以120
°
分布在所述平台机架中机架底座上。3.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩博，江源，杨威，何阳，丰宗强，赵永生，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：