專利名稱：冗余構(gòu)件并聯(lián)結(jié)構(gòu)運動平臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于空間并聯(lián)機器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種冗余構(gòu)件并聯(lián)結(jié)構(gòu)運動平臺。
背景技術(shù)：
根據(jù)具有大負載、高靈活度、運動復(fù)雜的實際要求的路面模擬大型設(shè)備，采用普通定軸轉(zhuǎn)動方案不能滿足其運動指標(biāo)。而一般三自由度并聯(lián)機構(gòu)要求每一分支均要由聯(lián)接鉸鏈限制一個自由度方向運動，對于大負載運動系統(tǒng)，鉸鏈中的自由度限位構(gòu)件需要承受相當(dāng)惡劣的力及力矩，而鉸鏈又是實時運動構(gòu)件，極易出現(xiàn)問題，又由于其只具有3個主動驅(qū)動分支，在進行俯仰及橫滾運動時這3個分支出力必不均衡，也將導(dǎo)致驅(qū)動構(gòu)件尺寸過大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的正是為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提出一種冗余構(gòu)件并聯(lián)結(jié)構(gòu)運動平臺，用以達到大負載、高剛度、平衡特性好、受力均勻等特點。
本發(fā)明的技術(shù)方案是冗余構(gòu)件并聯(lián)結(jié)構(gòu)運動平臺，由伺服液壓作動器系統(tǒng)、作動器用球鉸、作動器用兩自由度十字鉸、支撐平臺、固定限位拉桿、拉桿用三自由度轉(zhuǎn)動十字鉸、拉桿用球鉸、作動器用地基基準(zhǔn)固定板、拉桿用地基基準(zhǔn)固定板組成，伺服液壓作動器系統(tǒng)在支撐平臺下方平行放置，通過四個作動器用兩自由度十字鉸與支撐平臺連接，作為主動驅(qū)動構(gòu)件，固定限位拉桿在平臺側(cè)向平行放置作為復(fù)合承力機構(gòu)，通過三個拉桿用三自由度轉(zhuǎn)動十字鉸與支撐平臺連接，伺服液壓作動器系統(tǒng)通過四個作動器用球鉸同四個作動器用地基基準(zhǔn)固定板連接，固定限位拉桿通過三個拉桿用球鉸同三個拉桿用地基基準(zhǔn)固定板連接。
所述的伺服液壓作動器系統(tǒng)，橫向跨距2.7米，縱向跨距1.8米，液壓作動器行程范圍1.57米。四套伺服液壓作動器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相同，均由非對稱式伺服液壓油缸、集成閥塊、磁滯伸縮位移傳感器、電液伺服閥、壓力傳感器、板式液控單向閥、雙單向節(jié)流閥、液壓鎖、三位四通電磁換向閥、兩位四通電磁換向閥、螺紋插裝溢流閥、螺紋插裝單向閥組成，磁滯伸縮位移傳感器置于伺服液壓油缸內(nèi)部，三位四通電磁換向閥、液壓鎖和雙單向節(jié)流閥疊加在一起組成手動控制系統(tǒng)安裝在集成閥塊前端面上，兩個板式液控單向閥分別安裝在集成閥塊左右兩端面組成液壓鎖，兩位四通電磁換向閥、兩個壓力傳感器和電液伺服閥安裝在集成閥塊的上端面，螺紋插裝溢流閥和螺紋插裝單向閥安裝在集成閥塊的后端面，連帶以上各閥組，集成閥塊通過螺釘安裝在伺服液壓作動器系統(tǒng)上。
所述的磁滯伸縮位移傳感器為內(nèi)置式磁滯伸縮位移傳感器。
本發(fā)明的有益效果本系統(tǒng)采用4個分支主動驅(qū)動，3根固定限位拉桿復(fù)合承載方案，4個主動分支為平臺下方平行放置的4根液壓缸，側(cè)向采用3根固定拉桿作為復(fù)合承力機構(gòu)，各分支聯(lián)接鉸鏈均可保證除分支主動伸縮自由度外的其他5個自由度。
由以上分析可知，4個對稱布置的主動驅(qū)動分支不僅提供了均衡驅(qū)動力，還可使構(gòu)件尺寸不至過大，3根固定限位拉桿增加了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)強度、剛度。因此，此種結(jié)構(gòu)型式屬于3個主動自由度、3牽連自由度、7構(gòu)件、具有平衡驅(qū)動特性、高結(jié)構(gòu)剛度的冗余多分支并聯(lián)運動系統(tǒng)。3根固定限位拉桿不僅產(chǎn)生了3個主動自由度外的3個牽連運動，而且使系統(tǒng)成為了高剛度、冗余構(gòu)件系統(tǒng)。此結(jié)構(gòu)型式具有大負載、高剛度、平衡特性好、受力均勻等特點。


本發(fā)明共有5幅附圖，其中圖1為本實用新型的最佳實例，也可做說明書摘要的附圖。
圖1、為本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2、為本發(fā)明的試驗臺示意圖；圖3、為本發(fā)明的伺服作動器系統(tǒng)組成原理圖；圖4、為本發(fā)明的平臺繞OX、OY軸旋轉(zhuǎn)時的結(jié)構(gòu)示意圖；(a)為本發(fā)明的平臺繞OY軸旋轉(zhuǎn)-35°時的結(jié)構(gòu)示意圖；(b)為本發(fā)明的平臺繞OY軸旋轉(zhuǎn)+35°時的結(jié)構(gòu)示意圖(c)為本發(fā)明的平臺繞OX軸旋轉(zhuǎn)-30°時的結(jié)構(gòu)示意圖(d)為本發(fā)明的平臺繞OX軸旋轉(zhuǎn)和+30°時的結(jié)構(gòu)示意5、為本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖；(a)為本發(fā)明的平臺總體結(jié)構(gòu)主視圖；(b)為本發(fā)明的平臺總體結(jié)構(gòu)俯視圖；(c)為本發(fā)明的平臺總體結(jié)構(gòu)左視圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的最佳實施例作進一步的描述。
如圖1所示，為本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖。系統(tǒng)采用4個伺服液壓作動器1、2、3、4主動驅(qū)動，3根固定限位拉桿8、9、10復(fù)合承載。伺服液壓作動器和固定限位拉分別通過球鉸5、12同地基基準(zhǔn)固定板13、14連接，并分別通過兩自由度6及三自由度十字鉸11與支撐平臺7連接。伺服液壓作動器1、2、3、4及固定限位拉桿8、9、10的各聯(lián)接鉸鏈均可保證除分支主動伸縮自由度外的其他5個自由度。此種結(jié)構(gòu)型式屬于3主動自由度、3牽連自由度、7構(gòu)件、具有平衡驅(qū)動特性、高結(jié)構(gòu)剛度的冗余多分支并聯(lián)運動系統(tǒng)。
系統(tǒng)通過4個伺服液壓作動器1、2、3、4的協(xié)同運動，配合3根固定限位拉桿8、9、10的復(fù)合擺動，它可以進行升沉、俯仰、滾轉(zhuǎn)的空間三自由度任意路徑的隨動跟蹤。
如圖2所示，為本發(fā)明的試驗臺示意圖。本系統(tǒng)安裝于傾斜實驗室的基礎(chǔ)地坑內(nèi)，4個伺服液壓作動器1、2、3、4通過球鉸5同地坑底面基準(zhǔn)固定板13連接，3根固定限位拉桿8、9、10通過球鉸12同地坑側(cè)壁基準(zhǔn)固定板14連接，支撐平臺7上方安裝實驗用發(fā)動機。支撐平臺可根據(jù)仿真要求，實現(xiàn)路面軌跡任意路徑傾斜測試跟蹤。
主要構(gòu)件性能參數(shù)如下·機械約束拉桿承受負載最大推力120.62KN承受負載最大拉力-126.36KN長度4670mm和4709mm直徑80mm·拉桿用三自由度轉(zhuǎn)動十字鉸采用三自由度轉(zhuǎn)動十字鉸X、Y、Z方向最大受力X83.604KNY81.663KNZ30.102KN·拉桿用球鉸拉桿用球鉸X、Y、Z方向最大受力
X 83.604KNY 81.663KNZ 30.102KN·支撐平臺支撐平臺尺寸2.5米×4.8米×0.4米重量8噸負載重量11噸如圖3所示，為本發(fā)明的伺服作動器系統(tǒng)組成原理圖。本方案共有4套完全一致的伺服液壓作動器1、2、3、4系統(tǒng)，布置在與基礎(chǔ)固連的基準(zhǔn)固定板13上，4根液壓作動器1、2、3、4橫向跨距2.7米，縱向跨局1.8米，伺服液壓作動器1、2、3、4行程范圍1.57米，采用非對稱式伺服液壓油缸16，最大出力296.3KN，滿足系統(tǒng)要求。伺服液壓作動器1、2、3、4系統(tǒng)采用一套液壓鎖23、雙單向節(jié)流截止閥22和三位四通換向閥24的組合設(shè)計，通過控制三位四通換向閥24的左右電磁鐵實現(xiàn)系統(tǒng)手動調(diào)節(jié)、手動回零及工作點調(diào)正功能，采用另一套液壓鎖和電液伺服閥19組合設(shè)計，通過控制電液伺服閥19實現(xiàn)路面軌跡任意路徑傾斜測試跟蹤的功能，及固定角度的保持功能(即自鎖功能)，采用一套螺紋插裝溢流閥26實現(xiàn)系統(tǒng)過壓、過載保護，采用一個兩位四通換向閥25實現(xiàn)系統(tǒng)開啟功能，另外系統(tǒng)采用一套螺紋插裝單向閥27保證系統(tǒng)補油及避免吸空。其結(jié)構(gòu)原理圖見圖3。伺服液壓作動器1、2、3、4系統(tǒng)的組成如下·非對稱式伺服液壓油缸·連接閥塊·位移傳感器(內(nèi)置式磁滯伸縮位移傳感器)·電液伺服閥·液壓鎖·雙單向節(jié)流截止閥、三位四通電磁換向閥、螺紋插裝溢流閥、兩位四通電磁換向閥、螺紋插裝單向閥·伺服液壓油缸連接球鉸·伺服液壓油缸連接十字鉸·壓力傳感器伺服液壓作動器1、2、3、4系統(tǒng)主要進行位移控制從而實現(xiàn)傾角控制，4套液壓作動器通過復(fù)合運動，實現(xiàn)上支撐平臺勻速轉(zhuǎn)動到任意指定角度，同時可以通過液壓鎖23保持平臺固定角度不變。另外系統(tǒng)可以實現(xiàn)在停機或斷電情況下的手動回零和位置調(diào)整。
主要構(gòu)件性能參數(shù)如下·伺服液壓作動器最大行程+900mm/-730mm單缸最大平衡重力296.3KN負載給單缸最大軸向力106.001KN活塞桿直徑 100mm缸筒內(nèi)徑140mm最大速度0.0785m/s最大流量72.51/min伺服液壓作動器其它配置·采用KYCML內(nèi)置式磁滯伸縮位移傳感器MK-1 G型1×4個量程范圍 1500mm供電 +24VDC±10％輸出 位移信號0-10VDC速度信號0-10VDC(1V/25.4mm/s)非線性優(yōu)于±0.05％FS·液壓鎖采用德國力士樂公司SL10PB1-4X型板式液控單向閥及Z2S6-26X型液控單向閥。
·雙單向節(jié)流截止閥采用北京華德公司的Z2FS6-30/S2型雙單向節(jié)流截止閥·三位四通換向閥采用北京華德公司的4WE6J-6X/CG24NZ4型三位四通換向閥·兩位四通換向閥采用北京華德公司的4WE6D-6X/CG24NZ4型兩位四通換向閥·插裝式溢流閥采用Hawe公司的CMV2C-200型插裝式溢流閥。
·插裝式單向閥采用Hawe公司的CRB2型插裝式溢流閥。
·壓力傳感器采用航空航天工業(yè)總公司702所的高精度壓差傳感器。
·電液伺服閥選用美國MOOG公司的G631-3004A-143C伺服閥。
其主要技術(shù)參數(shù)供油壓力21MPa額定流量159 l/min額定電流40mA線圈電阻80Ω線性度 ＜±7％對稱度 ＜±10％滯環(huán)＜4％分辨率 ＜1.5％壓力增益30-80·作動器用球鉸伺服液壓作動器支撐球鉸采用滑動軸承式球鉸球鉸X、Y、Z方向受力X41.604KNY53.663KNZ165.142KN·作動器用十字鉸伺服液壓作動器十字鉸X、Y、Z方向受力X41.604KNY53.663KNZ165.142KN如圖4所示，為本發(fā)明的平臺繞OX、OY軸旋轉(zhuǎn)時的結(jié)構(gòu)示意圖。圖a為平臺繞OY軸旋轉(zhuǎn)-35°時的結(jié)構(gòu)示意圖和圖b為平臺繞OY軸旋轉(zhuǎn)+35°時的結(jié)構(gòu)示意圖；圖c為平臺繞OX軸旋轉(zhuǎn)-30°時的結(jié)構(gòu)示意圖和圖d為平臺繞OX軸旋轉(zhuǎn)+30°時的結(jié)構(gòu)示意圖。在此四個極限角度范圍內(nèi)，系統(tǒng)可根據(jù)仿真要求實現(xiàn)空間三自由度任意路徑的隨動跟蹤，進行路面軌跡任意路徑傾斜測試實驗。
如圖5所示，為本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
本發(fā)明總體結(jié)構(gòu)如圖5所示，系統(tǒng)在運行中位時，支撐平臺7中心高3700mm，4套伺服液壓作動器系統(tǒng)1、2、3、4，橫向跨距2.7米，縱向跨距1.8米，液壓作動器行程范圍1.57米。伺服液壓作動器系統(tǒng)1、2、3、4在支撐平臺7下方平行放置，通過四個作動器用兩自由度十字鉸6與支撐平臺7連接，作為主動驅(qū)動構(gòu)件，固定限位拉桿8、9、10在平臺側(cè)向平行放置作為復(fù)合承力機構(gòu)，通過三個拉桿用三自由度轉(zhuǎn)動十字鉸11與支撐平臺7連接。伺服液壓作動器系統(tǒng)1、2、3、4通過四個作動器用球鉸5同四個作動器用地基基準(zhǔn)固定板13連接，固定限位拉桿8、9、10通過三個拉桿用球鉸12同三個拉桿用地基基準(zhǔn)固定板14連接。
對稱的兩個固定限位拉桿8、9長4670mm，在平臺左右兩側(cè)平行放置，第三固定限位拉桿10長4709mm，在平臺前側(cè)平行放置，三者均與平臺呈10°夾角。
權(quán)利要求
1.冗余構(gòu)件并聯(lián)結(jié)構(gòu)運動平臺，其特征在于由伺服液壓作動器系統(tǒng)(1、2、3、4)、作動器用球鉸(5)、作動器用兩自由度十字鉸(6)、支撐平臺(7)、固定限位拉桿(8、9、10)、拉桿用三自由度轉(zhuǎn)動十字鉸(11)、拉桿用球鉸(12)、作動器用地基基準(zhǔn)固定板(13)、拉桿用地基基準(zhǔn)固定板(14)組成，伺服液壓作動器系統(tǒng)(1、2、3、4)在支撐平臺(7)下方平行放置，通過四個作動器用兩自由度十字鉸(6)與支撐平臺(7)連接，作為主動驅(qū)動構(gòu)件，固定限位拉桿(8、9、10)在平臺側(cè)向平行放置作為復(fù)合承力機構(gòu)，通過三個拉桿用三自由度轉(zhuǎn)動十字鉸(11)與支撐平臺(7)連接，伺服液壓作動器系統(tǒng)(1、2、3、4)通過四個作動器用球鉸(5)同四個作動器用地基基準(zhǔn)固定板(13)連接，固定限位拉桿(8、9、10)通過三個拉桿用球鉸(12)同三個拉桿用地基基準(zhǔn)固定板(14)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冗余構(gòu)件并聯(lián)結(jié)構(gòu)運動平臺，其特征在于所述的伺服液壓作動器系統(tǒng)(1、2、3、4)，橫向跨距2.7米，縱向跨距1.8米，液壓作動器行程范圍1.57米，四套伺服液壓作動器系統(tǒng)(1、2、3、4)結(jié)構(gòu)相同，均由非對稱式伺服液壓油缸(16)、集成閥塊(17)、磁滯伸縮位移傳感器(18)、電液伺服閥(19)、壓力傳感器(20)、板式液控單向閥(21)、雙單向節(jié)流閥(22)、液壓鎖(23)、三位四通電磁換向閥(24)、兩位四通電磁換向閥(25)、螺紋插裝溢流閥(26)、螺紋插裝單向閥(27)組成，磁滯伸縮位移傳感器(18)置于伺服液壓油缸(16)內(nèi)部，三位四通電磁換向閥(24)、液壓鎖(23)和雙單向節(jié)流閥(22)疊加在一起組成手動控制系統(tǒng)安裝在集成閥塊(17)前端面上，兩個板式液控單向閥(21)分別安裝在集成閥塊(17)左右兩端面組成液壓鎖，兩位四通電磁換向閥(25)、兩個壓力傳感器(20)和電液伺服閥(19)安裝在集成閥塊(17)的上端面，螺紋插裝溢流閥(26)和螺紋插裝單向閥(27)安裝在集成閥塊(17)的后端面，連帶以上各閥組，集成閥塊(17)通過螺釘安裝在伺服液壓作動器系統(tǒng)(1、2、3、4)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的冗余構(gòu)件并聯(lián)結(jié)構(gòu)運動平臺，其特征在于所述的磁滯伸縮位移傳感器(18)為內(nèi)置式磁滯伸縮位移傳感器。
全文摘要
本發(fā)明屬于空間并聯(lián)機器人技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種冗余構(gòu)件并聯(lián)結(jié)構(gòu)運動平臺。本發(fā)明由伺服液壓作動器系統(tǒng)、作動器用球鉸、作動器用兩自由度十字鉸、支撐平臺、固定限位拉桿、拉桿用三自由度轉(zhuǎn)動十字鉸、拉桿用球鉸、作動器用地基基準(zhǔn)固定板、拉桿用地基基準(zhǔn)固定板組成，伺服液壓作動器系統(tǒng)在支撐平臺下方平行放置，通過作動器用兩自由度十字鉸與支撐平臺連接，固定限位拉桿在平臺側(cè)向平行放置，通過三自由度轉(zhuǎn)動十字鉸與支撐平臺連接，伺服液壓作動器系統(tǒng)通過四個作動器用球鉸同地基基準(zhǔn)固定板連接，固定限位拉桿通過三個拉桿用球鉸同三個拉桿用地基基準(zhǔn)固定板連接。本發(fā)明具有大負載、高剛度、平衡特性好、受力均勻等特點。
文檔編號B25J9/00GK101069967SQ200710111369
公開日2007年11月14日 申請日期2007年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月19日
發(fā)明者袁立鵬, 許宏光, 劉毅, 劉新華, 許世永 申請人:中國兵器工業(yè)集團第七○研究所