本發(fā)明屬于并聯(lián)機(jī)器人領(lǐng)域，特別涉及一種應(yīng)用于定位、氣象、雷達(dá)等環(huán)境下能夠?qū)崿F(xiàn)精確跟蹤的四自由度單平臺大轉(zhuǎn)角智能太陽追蹤器。

背景技術(shù)：

并聯(lián)機(jī)構(gòu)通常由動平臺、靜平臺及兩平臺之間的若干支鏈組成，具有剛度大、速度快、精度高的優(yōu)點，在工業(yè)機(jī)器人、運(yùn)動模擬器、并聯(lián)機(jī)床等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。近些年，國外已將陸續(xù)將部分機(jī)構(gòu)構(gòu)型應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中（如:delta機(jī)構(gòu)），而國內(nèi)則較少，而且很少應(yīng)用在生產(chǎn)生活中。

在運(yùn)動模擬器、姿態(tài)調(diào)平、太陽能追蹤以及并聯(lián)機(jī)床等領(lǐng)域，通常需要實現(xiàn)大位移、大轉(zhuǎn)角，實現(xiàn)較大工作空間范圍內(nèi)的運(yùn)動。

國內(nèi)太陽能發(fā)電普遍采用固定式太陽能電池安裝方式，盡管這種安裝方式結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，但是無法精確跟蹤太陽位置，光能轉(zhuǎn)換效率較低?，F(xiàn)有研究中，也存在部分運(yùn)動型太陽能機(jī)構(gòu)，單軸或雙軸等多為串聯(lián)機(jī)構(gòu)精度不高。其中雙軸的跟蹤精度相對較高，太陽板能達(dá)到的轉(zhuǎn)換效率相對較大，但遇到惡劣天氣難以保證裝置的安全性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種具有兩個平動自由度和兩個轉(zhuǎn)動自由度的大轉(zhuǎn)角智能太陽追蹤器。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：一種大轉(zhuǎn)角智能太陽追蹤器，包括動平臺和定平臺，所述動平臺和定平臺之間安裝有第一支鏈I、第二支鏈II、第三支鏈III、第四支鏈IV，所述第一支鏈I與所述第三支鏈III結(jié)構(gòu)相同且對稱設(shè)置，所述第二支鏈II與所述第四支鏈IV結(jié)構(gòu)相同且對稱設(shè)置；所述第一支鏈I包括第一連桿，所述第一連桿的上端通過球副與所述動平臺相連，所述第一連桿的下端與第一虎克鉸連接，所述第一虎克鉸通過第一連接塊與所述定平臺通過第一移動副連接；所述第二支鏈II包括第二連桿，所述第二連桿的上端通過第二虎克鉸與動平臺相連，所述第二連桿的下端與第二連接塊通過轉(zhuǎn)動副連接，所述第二連接塊與所述定平臺通過第二移動副連接。

上述方案中，所述第二支鏈II和所述第四支鏈IV中，所述轉(zhuǎn)動副的軸線與所述第二連接塊的移動方向垂直；所述第二虎克鉸兩條軸線互相垂直，所述第二虎克鉸上其中一條軸線與所述第二連接塊的移動方向平行。

上述方案中，所述定平臺由四個相同的鋼制底座構(gòu)成，所述四個鋼制底座呈十字形排列，每個鋼制底座上安裝有滑臺模組，所述滑臺模組上安裝有移動導(dǎo)軌，所述第一連接塊和所述第二連接塊能夠在對應(yīng)的移動導(dǎo)軌上移動。

上述方案中，所述滑臺模組上安裝有伺服電機(jī)，所述伺服電機(jī)為所述滑臺模組的移動提供動力源。

上述方案中，還包括控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)由單片機(jī)及外圍電路組成，并與天氣預(yù)報終端接口連接，構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)平臺閉環(huán)太陽追蹤器。

上述方案中，四個鋼制底座放置在楔子形的支架的斜邊上。

上述方案中，所述支架的斜邊與水平面呈30度—60度的角度。

本發(fā)明的有益效果：第一支鏈、第二支鏈、第三支鏈和第四支鏈分別與動平臺、定平臺連接形成一個空間并聯(lián)閉環(huán)機(jī)構(gòu)，通過四個輸入運(yùn)動驅(qū)動動平臺運(yùn)動，實現(xiàn)兩個平動自由度和兩個轉(zhuǎn)動自由度。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1為本發(fā)明實施例一結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明第一、三支鏈的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明第二、四支鏈的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明實施例二結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為整個大轉(zhuǎn)角智能太陽追蹤器的工作流程示意圖。

圖中：Ⅰ.第一支鏈；Ⅱ.第二支鏈；Ⅲ.第三支鏈；Ⅳ.第四支鏈；1.動平臺；2.球副；3.第一連桿；4.第一虎克鉸；5.第一連接塊；6.第一移動副；7.定平臺；8.第二虎克鉸；9.第二連桿；10.轉(zhuǎn)動副；11.第二連接塊；12.第二移動副；13.滑臺模組；14.支架。

具體實施方式

本發(fā)明的一種轉(zhuǎn)角智能太陽追蹤器，結(jié)合附圖及實施例詳細(xì)說明如下：

本實施例提出的大轉(zhuǎn)角智能太陽追蹤器，使用并聯(lián)機(jī)構(gòu)對太陽光進(jìn)行跟蹤，在東西方向上和南北方向上與太陽方向保持一致；采取自上而下的控制動平臺（太陽能電池板）節(jié)約大量電能；該機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)角度約為-70°~70°。驅(qū)動副處使用蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)有外力的時候（如風(fēng)力）發(fā)生自鎖，防止動平臺移動；遙控鎖定裝置，保護(hù)設(shè)施。

實施例一：本發(fā)明的一種大轉(zhuǎn)角智能太陽追蹤器，如圖1所示，第一支鏈I和第三支鏈III結(jié)構(gòu)相同；第二支鏈II和第四支鏈IV結(jié)構(gòu)相同。具體說明如下：

如圖2、圖3所示，第一支鏈和第三支鏈均包括：球副2、第一連桿3、第一虎克鉸4、第一連接塊5、第一移動副6。第二支鏈和第四支鏈均包括：第二虎克鉸8、第二連桿9、轉(zhuǎn)動副10、第二連接塊11、第二移動副12。

如圖2所示，第一支鏈Ⅰ中，第一連桿3的上端部分通過球副2與動平臺1相連，第一連桿3的下端部分與虎克鉸4連接，第一虎克鉸4通過連接塊5與移動副6連接，移動副6與定平臺7上的滑臺模組連接。

如圖3所示，第二支鏈Ⅱ中，第二連桿9的上端部分通過第二虎克鉸8與動平臺1相連，第二連桿9的下端部分與轉(zhuǎn)動副10連接，轉(zhuǎn)動副10通過第二連接塊11與第二移動副12連接，第二移動副12與定平臺7上的滑臺模組連接。第二、四支鏈中，轉(zhuǎn)動副10的軸線與定平臺7滑臺模組13上中心滑塊的移動方向垂直；第二虎克鉸的兩條軸線互相垂直；其中的一條軸線與第二移動副軸線平行。

動平臺1選用10mm厚的鋁板，四條支鏈中的連桿均采用材質(zhì)為碳纖維的碳纖維管，該型材具有密度小、強(qiáng)度高、抗拉性高等特點；而從動S副與動平臺鏈接處使用外斜30°的結(jié)構(gòu)，可充分增大S副轉(zhuǎn)角運(yùn)用。其中，球鉸鏈、萬向節(jié)選擇標(biāo)準(zhǔn)件，而轉(zhuǎn)動鉸鏈可采用徑向軸承實現(xiàn)。

當(dāng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)應(yīng)用于大轉(zhuǎn)角追蹤太陽時，控制模塊捕捉太陽信息并發(fā)出指令，電機(jī)收到指令進(jìn)行工作，驅(qū)動滾珠絲杠，采用伺服電機(jī)為驅(qū)動方式,需要接收太陽光的工作室安裝在動平臺上。以第一支鏈為例，伺服電機(jī)驅(qū)動滾珠絲杠實現(xiàn)移動副的左右移動。

當(dāng)太陽從東向西時，控制模塊捕捉到天空中太陽的信息，第一支鏈的移動副略高速向右移動，第三支鏈的移動副略低速向右移動，此時機(jī)構(gòu)動平臺實現(xiàn)X軸的轉(zhuǎn)動和Y軸方向的伴隨移動。（設(shè)第二、四支鏈的第二滑臺模組的連線為X軸，第一、三支鏈的第一滑臺模組的連線為Y軸），這時第一、三兩個伺服電機(jī)按控制驅(qū)動移動副前后進(jìn)行工作，同時，分別調(diào)整第一、三支鏈移動副的速度，可以在東、西方向準(zhǔn)確跟蹤太陽。

當(dāng)太陽偏南或偏北時,第二、四支鏈的移動副前后移動，此時機(jī)構(gòu)動平臺實現(xiàn)Y軸的轉(zhuǎn)動和X軸的伴隨移動，這時第二、四兩個伺服電機(jī)按控制驅(qū)動移動副前后進(jìn)行工作，此刻機(jī)構(gòu)實現(xiàn)Y軸的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)了南、北方向調(diào)整轉(zhuǎn)角；同時，分別調(diào)整第二、四支鏈移動副的速度，可以在南、北方向準(zhǔn)確跟蹤太陽。

應(yīng)用控制模塊中的傳感器捕捉天空太陽的角度信息并將信息發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)這些信息計算出太陽的精確方位，給出并聯(lián)機(jī)構(gòu)動平臺（太陽能電池板）的位姿，代入并聯(lián)運(yùn)動裝備反解方程計算出驅(qū)動副的位置。然后單片機(jī)驅(qū)動并聯(lián)機(jī)構(gòu)的四個伺服電機(jī)控制運(yùn)動副運(yùn)動到相應(yīng)的位置，使光照始終與太陽能電池板保持垂直,進(jìn)而最大化的接收太陽能。應(yīng)用現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實時與天氣預(yù)報連接，在未來可發(fā)生惡劣天氣時，主機(jī)可對所有追蹤裝置遙控關(guān)閉，進(jìn)入鎖定狀態(tài)保護(hù)裝置。

實施例二：本實施例的一種大轉(zhuǎn)角智能太陽追蹤器的機(jī)構(gòu)如圖4所示，與實施例一類似，同樣包括結(jié)構(gòu)相同的第一支鏈Ⅰ、第二支鏈Ⅱ、第三支鏈Ⅲ、第四支鏈Ⅳ與動平臺1以及定平臺7。本實施例與實施例一不同的是：所述的四個滑臺模組13放置在斜邊與水平面呈30度—60度的楔子形支架14的斜邊上。該實施方案適用于要求更大轉(zhuǎn)角、工作空間的場合。實施例二在與實施例一在受同樣載荷時，受力變化得到明顯改善，在受力方面優(yōu)于實施例一，適用于對轉(zhuǎn)角、工作空間、受力要求更高的情況。

以上對本發(fā)明的描述僅僅是示意性的，而不是限制性的，所以，本發(fā)明的實施方式不局限于上述的具體實施方式。如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)范圍的情況下，做出其他變化或變型，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。