本發(fā)明涉及一種動平臺機構，特別是一種三自由度并聯液壓動平臺，屬于液壓動平臺技術領域。

背景技術：

當前，國內在構型設計、運動學分析，及綜合工作空間的分析與確定剛度分析和機構的系統(tǒng)動力學研究的方面都取得很多的理論成就?，F在的繩牽引并聯機構在觸覺裝置和虛擬現實的力反饋裝置，大型運動仿真器，建筑機器人，大型射電望遠鏡超高速和超大空間輕型機器人及風洞實驗的領域都有廣闊的發(fā)展前景?，F有的繩牽引機構通常采用冗余驅動，結構復雜、成本高、且不易控制操作，并且運動不靈活、回轉空間小，且運行不平穩(wěn)容易發(fā)生晃動，需要提供大量的動力，從而造成能源浪費。通過大量實例調查發(fā)現，對于絕大多數現有動平臺，工作不穩(wěn)定，可控性不高，繩牽引機構通常采用冗余驅動，結構復雜、成本高、且不易控制操作，并且運動不靈活、回轉空間小，且運行不平穩(wěn)容易發(fā)生晃動，需要提供大量的動力，從而造成能源浪費。

技術實現要素：

本發(fā)明針對現有技術的上述不足和缺陷，提供了一種基于十桿機構的四繩牽引三自由度并聯液壓動平臺，該動平臺具有工作平穩(wěn)、可控性高、運動靈活且回轉空間大等特點。

本發(fā)明是通過以下技術方案實現的：

一種基于十桿機構的四繩牽引三自由度并聯液壓動平臺，包括上箱板、六桿機構、牽引機構、外箱體、箱體、液壓缸，由六桿機構、中間連桿，上箱板和液壓機構共同組成一個十桿機構，所述箱體前端裝有外箱體，兩側各裝有兩個鉸鏈，鉸鏈連接繩子，由四根繩子牽引著四個鉸鏈使動平臺實現在水平面的運動；所述上箱板后端與箱體后端轉動連接，所述上箱板與箱體的底板之間裝有液壓缸，通過液壓缸推動上箱板實現上下移動；所述箱體內裝有六桿機構，六桿機構通過中間連桿和支架連接上箱板，通過六桿機構帶動中間連桿使上箱板實現升降運動，從而起到輔助上升作用和回程時使上箱板下落的作用并在上箱板上升運動中促使機構進入死點狀態(tài)；所述箱體內還裝有牽引機構，牽引機構的牽引銷安裝在外箱體內，牽引機構通過牽引銷收縮到外箱體中，使貨物被卸下。

所述牽引機構包括上滑臺、滾珠絲杠、螺母、大連桿、小連桿、牽引銷、滑桿；所述上滑臺下面通過螺母連接滾珠絲杠，滾珠絲杠連接伺服電機，上滑臺內裝有滑桿，滑桿前端穿過支撐板后鉸接大連桿，大連桿鉸接小連桿，小連桿鉸接牽引銷，由伺服電機帶動滾珠絲杠驅動螺母帶動上滑臺及滑桿實現左右移動，從而通過大連桿和小連桿帶動牽引銷使貨物被卸下。

所述六桿機構包括連桿、滑塊、軌道桿、電機架、小帶輪、大帶輪、搖桿、驅動大齒輪、傳動大齒輪、傳動小齒輪、輸入軸、支撐架、銷軸、電機、軸、驅動小齒輪、連桿套，所述驅動大齒輪通過支座安裝在箱體的底板上，并嚙合連接驅動小齒輪，驅動小齒輪和傳動大齒輪安裝在軸上，傳動大齒輪嚙合連接傳動小齒輪，傳動小齒輪和大帶輪安裝在輸入軸上，大帶輪通過傳送帶連接小帶輪，小帶輪安裝在電機輸出軸上，電機通過電機架安裝在箱體的底板上，驅動大齒輪側面通過連桿套連接搖桿，且連桿套可沿驅動大齒輪側面轉動，以及連桿套與搖桿之間滑動連接，搖桿前端通過連桿連接滑塊，滑塊與固定在箱體的底板上的豎立的軌道桿配合滑動連接，搖桿后端通過銷軸連接固定在箱體的底板上的支撐架；滑塊上鉸接中間連桿。

所述箱體下面裝有萬向輪。

所述動平臺上裝有傳感器、單片機，當動平臺達到設定位置或者速度時，傳感器發(fā)出觸發(fā)信號給單片機，單片機輸出控制信號給液壓缸和六桿機構，驅動上箱板可以自動上升將物體卸下，或者單片機輸出控制信號給牽引機構，使牽引機構與被牽引的物體脫開牽引。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明的基于十桿機構的四繩牽引三自由度并聯液壓動平臺，對于以滾珠絲杠副為核心的牽引機構；在人工設計的基礎上基于proe和solidworks對動平臺進行了設計，三維建模和仿真；基于matlab對于十桿機構的尺寸參數的進行了輔助設計和分析計算和運動仿真，并對由六桿機構，中間連桿和上箱板組成的八桿機構的部分構件進行了優(yōu)化設計。對動平臺在繩牽引下整體的運動，采用matlab對其進行了位置和姿態(tài)的計算并應用matlab對小車進行了空間運動仿真，并求出了不同軌跡時，各根繩的繩長隨著空間（位置）和時間的變化，同時對于其他軌跡下的動平臺運動進行了仿真。通過ansys軟件對繩牽引平臺外部的箱體及其他受力部件進行了剛度分析。通過以上設計計算該平臺可以完成以下功能：該動平臺由四根繩牽引，既可以通過上箱體板載物，又可以通過后面的牽引裝置牽引著物體。當動平臺達到設定位置或者特定速度時，傳感器得到觸發(fā)，給通過單片機的控制，上箱板可以自動上升將物體卸下，或者牽引裝置與被牽引的物體脫開牽引；同時該平臺在機械結構上，具有死點反轉自鎖的特性，可以減少動力供給。

附圖說明

圖1為基于十桿機構的四繩牽引三自由度并聯液壓動平臺結構立體示意圖；

圖2為基于十桿機構的四繩牽引三自由度并聯液壓動平臺結構主視圖；

圖3為圖2中沿b-b剖視圖；

圖4為十桿機構中的六桿機構1005結構立體示意圖；

圖5為十桿機構中的六桿機構1005結構俯剖視圖；

圖6為十桿機構中的六桿機構1005結構左視圖；

圖7為六桿機構1005中滑塊和搖桿的極限位置示意圖；

圖8為牽引機構立體示意圖；

圖9為牽引機構主剖視圖；

圖10為牽引機構左視圖；

圖11為牽引機構俯視圖；

圖12為基于十桿機構的四繩牽引三自由度并聯液壓動平臺處于死點位置時的示意圖；

圖13為本發(fā)明的動平臺拉貨與載貨示意圖；

圖14為圖13的俯視圖；

圖15為本發(fā)明的動平臺牽引貨物時卸貨示意圖；

圖16為圖15的俯視圖；

圖17為鉸鏈結構主視圖；

圖18為圖17的左視圖；

圖19為圖17的俯視圖。

具體實施方式

下面結合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。

如圖1至圖12所示，本發(fā)明的基于十桿機構的四繩牽引三自由度并聯液壓動平臺，由上箱板1003、六桿機構1005、牽引機構1006、外箱體8、箱體54、液壓缸1004等組成。

箱體54前端裝有外箱體8，兩側各裝有兩個鉸鏈1049（圖17，18，19），鉸鏈1049連接繩子，由四根繩子牽引著四個鉸鏈1049使動平臺實現在水平面的運動；上箱板1003后端與箱體54后端通過上箱板活動座1053、箱體固定座1053和銷軸轉動連接，上箱板1003與箱體54的底板之間裝有液壓缸1004，通過液壓缸1004推動上箱板1003實現上下移動；箱體54內裝有六桿機構1005，六桿機構1005通過中間連桿1001和支架1002連接上箱板1003，通過六桿機構1005帶動中間連桿1001使上箱板1003實現升降運動，從而起到輔助上升作用和回程時使上箱板1003下落的作用并在上箱板1003上升運動中促使機構進入死點狀態(tài)；箱體54內還裝有牽引機構1006，牽引機構1006的牽引銷129安裝在外箱體8內，牽引機構1006通過牽引銷129收縮到外箱體8中使貨物被卸下。

當牽引物體時是由牽引機構1006將貨物卸下時，由四根繩子牽引著四個鉸鏈使動平臺實現升降運動，動平臺底端設有萬向輪104，萬向輪104為相同的十組，且均勻分布在動平臺的底部。所述動平臺上裝有傳感器、單片機，當動平臺達到設定位置或者速度時，傳感器發(fā)出觸發(fā)信號給單片機，單片機輸出控制信號給液壓缸1004和六桿機構1005，驅動上箱板1003可以自動上升將物體卸下，或者單片機輸出控制信號給牽引機構1006，使牽引機構1006與被牽引的物體脫開牽引。

如圖4至圖7所示，十桿機構中的六桿機構1005，包括連桿1、滑塊2、軌道桿3、電機架4、小帶輪5、大帶輪6、搖桿7、驅動大齒輪9、傳動大齒輪20、傳動小齒輪22、輸入軸24、支撐架28、銷軸29、電機31、軸33、驅動小齒輪35、連桿套36，所述驅動大齒輪9通過支座安裝在箱體54的底板上，并嚙合連接驅動小齒輪35，驅動小齒輪35和傳動大齒輪20安裝在軸33上，傳動大齒輪20嚙合連接傳動小齒輪22，傳動小齒輪22和大帶輪6安裝在輸入軸24上，大帶輪6通過傳送帶連接小帶輪5，小帶輪5安裝在電機31輸出軸上，電機31通過電機架4安裝在箱體54的底板上，驅動大齒輪9側面通過連桿套36連接搖桿7，且連桿套36可沿驅動大齒輪9側面轉動，以及連桿套36與搖桿7之間滑動連接，搖桿7前端通過連桿1連接滑塊2，滑塊2與固定在箱體54的底板上的豎立的軌道桿3配合滑動連接，搖桿7后端通過銷軸29連接固定在箱體54的底板上的支撐架28；滑塊2上鉸接中間連桿1001。通過六桿機構1005帶動與六桿機構1005相連的中間連桿1001工作，通過中間連桿1001運動帶動與中間連桿1001另一端相連的上箱板1003實現升降運動，最后通過上箱板1003的上升將貨物卸下。

如圖8至圖11所示，牽引機構1006包括上滑臺105、滾珠絲杠118、螺母120、大連桿127、小連桿128、牽引銷129、滑桿133；所述上滑臺105下面通過螺母120連接滾珠絲杠118，滾珠絲杠118連接伺服電機，上滑臺105內裝有滑桿133，滑桿133前端穿過支撐板115后鉸接大連桿127，大連桿127鉸接小連桿128，小連桿128鉸接牽引銷129，由伺服電機帶動滾珠絲杠118驅動螺母120帶動上滑臺105及滑桿133實現左右移動，從而通過大連桿127和小連桿128帶動牽引銷129使貨物被卸下。

本發(fā)明工作時通過電機31帶動小帶輪5轉動，小帶輪5通過傳送帶帶動大帶輪6轉動，通過大帶輪6轉動帶動大帶輪6內腔的輸入軸24轉動，輸入軸24轉動又可以帶動輸入軸24的外壁上設有的傳動小齒輪22轉動，傳動小齒輪22轉動帶動與傳動小齒輪22相外嚙合的傳動大齒輪20轉動，傳動大齒輪20轉動帶動傳動大齒輪20內腔的軸33轉動，軸33轉動又可以帶動套接在軸33外壁底部的驅動小齒輪35轉動，最后通過驅動小齒輪35帶動與驅動小齒輪35相外嚙合的驅動大齒輪9轉動，通過驅動大齒輪9即可帶動連桿套36工作，再通過連桿套36帶動連桿套36內腔設有的搖桿7運動，通過搖桿7帶動與搖桿7左側連接的連桿1運動，再通過連桿1帶動與連桿1另一端相連接的滑塊2移動，通過滑塊2移動帶動與滑塊2另一端相連接的中間連桿1001轉動，通過中間連桿1001的轉動使與中間連桿1001另一端相連接的支架1002抬起，最后使與支架1002另一端相連接的上箱板1003實現抬起，從而起到輔助上升作用。上升時，主要是液壓缸1004推動上箱板1003實現上下移動，十桿機構1005類似牛頭刨床六桿機構。牽引機構包括伺服電機，通過伺服電機帶動滾珠絲杠118工作，滾珠絲杠118工作又通過螺母120帶動上滑臺105實現左右移動，通過上滑臺105的左右移動帶動滑桿133實現左右移動，最后通過滑桿133的左右移動即可實現與滑桿133另一端相連的大連桿127實現左右移動，大連桿127的左右移動即可帶動與大連桿127另一端相連接的小連桿128移動，最后通過與小連桿128另一端相連的牽引銷129使貨物被卸下。動平臺包括十桿機構中的六桿機構1005，通過六桿機構1005帶動與六桿機構1005相連的連桿1001工作，通過中間連桿1001運動帶動與中間連桿1001另一端相連的上箱板1003實現升降運動，最后通過上箱板1003的上升將貨物卸下。當牽引物體時是由牽引機構1006將貨物卸下時，由四根繩子牽引著四個鉸鏈使動平臺實現升降運動，動平臺底端設有萬向輪104，萬向輪104為相同的十組，且均勻分布在動平臺的底部，圖7中虛線所畫位置為極限位置。

其中繩牽引鉸鏈布置在箱體的前后兩面，防止將貨物卸下時壓到繩子上。在箱體的底部布置有萬向輪以便使其可以沿著各個方向移動。當曲柄ab與x軸成23.333333333333度時為零度，采用一種十桿機構，類似于牛頭刨床機構，但與牛頭刨床不同的是，在六桿機構的運動輸出端，又加上了一個二級桿組，又在二級桿組的末端加了液壓缸的搖桿滑塊機構，采用大齒輪使其兼具牛頭刨床的穩(wěn)定性，極位夾角設定為，其回程時具有急回運動。且通過計算發(fā)現，該機構事先預想的曲柄ab并不能完成360度的回轉運動，因此將其稱為搖桿，通過計算，得出了搖桿的工作角度為279度到336度，通過matlab仿真發(fā)現，在其工作角度，恰好能完成所需的運動，并通過試數法進行優(yōu)化設計。規(guī)定只使電機在大齒輪的設定行程內轉動(或者將齒輪做成棘輪)，以保證其完成所需的運動。且定義：電機正向轉動，牛頭向上運動，通過proe三維軟件對液壓缸對箱板的支撐過程發(fā)現仿真發(fā)現，當液壓缸為動力，箱板向上運動，液壓缸為動力的時候，是不會達到死點位置。因此需要八桿機構發(fā)揮作用。

如圖13，14所示，本發(fā)明的動平臺用于拉貨與載貨時，動平臺上面承載3被承載物體2003，動平臺前面牽引被牽引物體2002，，牽引銷129與被牽引物體2002的結合部位2001。

如圖15，16所示，本發(fā)明的動平臺用于牽引貨物卸貨時，牽引銷129與貨物脫離位置3005，此時牽引銷129與貨物脫離上滑臺移動到了最右端位置3006。