一種兩轉(zhuǎn)動兩移動四自由度并聯(lián)激振平臺的制作方法
【專利摘要】一種兩轉(zhuǎn)動兩移動四自由度并聯(lián)激振平臺，其包括動平臺、定平臺以及連接這兩個平臺的四條結(jié)構(gòu)相同的驅(qū)動分支和一條中間約束分支。四條驅(qū)動分支的結(jié)構(gòu)均為PSS結(jié)構(gòu)，每條驅(qū)動分支中，線性模組（電動驅(qū)動式）固定在定平臺上，通過移動副與滑塊連接，連桿的一端通過第一球副與滑塊連接，其另一端通過第二球副與動平臺連接，中間約束分支為PPU結(jié)構(gòu)，該分支中的導(dǎo)軌固定在定平臺上，下連桿一端通過第一移動副與上述導(dǎo)軌連接，其另一端通過第二移動副與上連桿的一端連接，該上連桿的另一端通過萬向鉸與動平臺連接。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)空間兩維的獨立轉(zhuǎn)動自由度和兩維的獨立移動自由度，具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、動態(tài)響應(yīng)快、易于安裝和維護等優(yōu)點。
【專利說明】一種兩轉(zhuǎn)動兩移動四自由度并聯(lián)激振平臺
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種并聯(lián)機構(gòu)，特別是一種并聯(lián)激振平臺。
【背景技術(shù)】
[0002]在工業(yè)產(chǎn)品出廠前一般要通過動力學(xué)環(huán)境的檢驗。為節(jié)約成本，提高效率，經(jīng)常在 實驗室中模擬產(chǎn)品的工作環(huán)境，通常要進行平穩(wěn)、各態(tài)歷經(jīng)的振動試驗，實驗室進行振動試 驗一般通過振動臺完成。到目前為止，市場上的振動平臺有很多，大致可分為一維振動平臺 和多維振動平臺。一維振動平臺主要應(yīng)用于精密小零件的測試，其以低頻率、大負(fù)載、價格 低廉而適用于實驗室中做垂直和水平振動。然而在自然界和工程中，大量的振動現(xiàn)象都是 隨機產(chǎn)生的，由于隨機振動的數(shù)據(jù)是不確定的，不可估的，因此人們很難用多個一維振動平 臺模擬正確的振動規(guī)律。多維激振平臺便可以模擬剛體在空間的任意運動狀態(tài)，能很好的 模擬激勵和響應(yīng)之間的關(guān)系。目前研究較多的是六自由度并聯(lián)激振平臺，其中Stewart機 構(gòu)運用的已經(jīng)比較成熟。但在實際工作中，大多數(shù)運用場合不需要六個自由度的運動，如果 使用六自由度機構(gòu)，便會造成多方面的浪費。空間少自由度并聯(lián)機構(gòu)相對于傳統(tǒng)的六自由 度并聯(lián)平臺而言，具有驅(qū)動元件少，結(jié)構(gòu)簡單，工作空間大，設(shè)計制造和控制成本都相對較 低的特點。但少自由度并聯(lián)機構(gòu)的研究極不平衡，其中二、三自由度的并聯(lián)機構(gòu)比較成熟， 而四、五自由度的并聯(lián)機構(gòu)研究較復(fù)雜仍處于起步階段，在一定程度上限制了該類并聯(lián)機 構(gòu)的發(fā)展和應(yīng)用，但其需求卻非常大，因而對于這方面的機構(gòu)研究具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]中國專利CN1387977A提出了一種能實現(xiàn)兩轉(zhuǎn)兩移的四自由度并聯(lián)機構(gòu)，它也是 由幾組移動副作為驅(qū)動，具有傳動效率高、剛度好、受力性能好等特點，其不足之處在于，驅(qū) 動分支過多，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，安裝維護不方便。中國專利CN102240911提出了一種非完全對 稱的四自由度并聯(lián)機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)較為緊湊，分支簡單便于制造和安裝，但其不足之處在于， 每條分支受力不均，受力性能不好。中國專利CN201573026U提出了一種對稱布置的四自由 度并聯(lián)機構(gòu)，該機構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊、剛度高，但其不足之處在于它的驅(qū)動器安置在分支上，使得 分支的質(zhì)量增大，機構(gòu)的動態(tài)響應(yīng)特性不好。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單緊湊、響應(yīng)速度快、便于制造和安裝兩轉(zhuǎn)動 兩移動四自由度并聯(lián)激振平臺。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]本發(fā)明主要包括動平臺、定平臺以及連接這兩個平臺的五條分支，均勻分布在平 臺周圍的四條分支為結(jié)構(gòu)相同的驅(qū)動分支，中間分支為約束分支。四條驅(qū)動分支的結(jié)構(gòu)均 為PSS結(jié)構(gòu)，即每條驅(qū)動分支都是由移動副滑塊、第一球副、連桿和第二球副所構(gòu)成。每條 驅(qū)動分支中，線性模組固定在定平臺上，滑塊通過移動副與線性模組連接，連桿的一端通過 第一球副與滑塊連接，其另一端通過第二球副與動平臺連接，四條驅(qū)動分支分別由四個線 性模組進行驅(qū)動。中間約束分支為PPU結(jié)構(gòu)，即約束分支由導(dǎo)軌、第一移動副、下連桿、第二移動副、和上連桿，萬向鉸所構(gòu)成。其中導(dǎo)軌固定在定平臺上，下連桿一端通過第一移動副 與上述導(dǎo)軌連接，其另一端通過第二移動副與上連桿的一端連接，該上連桿的另一端通過 萬向鉸與動平臺連接。上述驅(qū)動分支中的四個線性模組，對稱分布在定平臺矩形的對角線 上，其移動副的軸線與矩形的對角線重合。該驅(qū)動分支的第二球副在動平臺上成等腰梯形 分布，驅(qū)動分支一與驅(qū)動分支四的第二球副中心連線為梯形的上底邊，驅(qū)動分支二與驅(qū)動 分支三的第二球副中心連線為梯形的下底邊。中間約束分支的萬向鉸安置在動平臺的幾何 中心，其第一移動副軸線與動平臺梯形的上下底邊平行。通過線性模組驅(qū)動四個驅(qū)動分支 的滑塊，可以讓動平臺實現(xiàn)繞X軸和Y軸的轉(zhuǎn)動，以及沿Y軸和Z軸的移動。
[0007]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點:
[0008]1、在空間上能夠?qū)崿F(xiàn)二維獨立的轉(zhuǎn)動自由度和二維獨立的移動自由度，運動之間 沒有耦合性，便于機構(gòu)的分析與控制。
[0009]2、機構(gòu)構(gòu)型簡單，沒有復(fù)雜的零部件，安裝位置也較為規(guī)整，便于機構(gòu)的制造與維 護。
[0010]3、由于本發(fā)明采取線性模組作為驅(qū)動器，并且將其全部布置在定平臺上，使其在 運動空間內(nèi)性能穩(wěn)定，并且具有較快的動態(tài)響應(yīng)。
[0011]4、四自由度并聯(lián)機構(gòu)，能滿足許多實際工作的需求，在很多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前
旦
o
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的主視示意簡圖；
[0013]圖2為本發(fā)明的立體示意簡圖。
【具體實施方式】
[0014]在圖1和圖2所示的四自由度并聯(lián)激振平臺的示意圖中，四條結(jié)構(gòu)相同的PSS驅(qū) 動分支中的線性模組6固定在定平臺7上，滑塊5通過移動副與線性模組連接，連桿3的一 端通過第一球副4與滑塊連接，其另一端通過第二球副2與動平臺I連接，線性模組作為驅(qū) 動器，四條驅(qū)動分支分別由四個線性模組進行驅(qū)動。結(jié)構(gòu)為PPU的中間約束分支中的導(dǎo)軌 13固定在定平臺上，下連桿11 一端通過第一移動副12與上述導(dǎo)軌連接，其另一端通過第二 移動副10與上連桿9的一端連接，該上連桿的另一端通過萬向鉸8與動平臺連接。
[0015]四個驅(qū)動分支的線性模組對稱分布在定平臺矩形B1B2B3B4的對角線上，其移動 副的軸線與矩形的對角線重合。四個驅(qū)動分支的第二球副中心在動平臺上為等腰梯形 A1A2A3A4分布，驅(qū)動分支一的AlBl的第二球副中心Al與驅(qū)動分支四的A4B4的第二球副中 心A4連線為梯形的上底邊，驅(qū)動分支二的A2B2的第二球副中心A2與驅(qū)動分支三的A3B3 的第二球副中心A3連線為梯形的下底邊。中間約束分支的萬向鉸8安置在動平臺的幾何 中心，其第一移動副軸線與動平臺梯形的上下底邊平行。四個驅(qū)動分支的第二球副中心Al、 A2、A3、A4與約束分支的萬向鉸中心0處于同一個平面。通過線性模組驅(qū)動四個驅(qū)動分支 的滑塊，可以讓動平臺實現(xiàn)繞X軸和Y軸的轉(zhuǎn)動，以及沿Y軸和Z軸的移動。
【權(quán)利要求】
1.一種兩轉(zhuǎn)動兩移動四自由度并聯(lián)激振平臺，其主要包括動平臺、定平臺以及連接這 兩個平臺的五條分支，其特征在于:其均勻分布在平臺周圍的四條分支為結(jié)構(gòu)相同的驅(qū)動 分支，中間分支為約束分支；四條驅(qū)動分支的結(jié)構(gòu)均為PSS結(jié)構(gòu),每條驅(qū)動分支中，線性模 組固定在定平臺上，滑塊通過移動副與線性模組連接，連桿的一端通過第一球副與滑塊連 接，其另一端通過第二球副與動平臺連接，四條驅(qū)動分支分別由四個線性模組進行驅(qū)動；中 間約束分支為PPU結(jié)構(gòu)，該分支中的導(dǎo)軌固定在定平臺上，下連桿一端通過第一移動副與 上述導(dǎo)軌連接，其另一端通過第二移動副與上連桿的一端連接，該上連桿的另一端通過萬 向鉸與動平臺連接；上述驅(qū)動分支中的四個線性模組，對稱分布在定平臺矩形的對角線上， 其移動副的軸線與矩形的對角線重合；四個驅(qū)動分支的第二球副在動平臺上成等腰梯形分 布，驅(qū)動分支一與驅(qū)動分支四的第二球副中心連線為梯形的上底邊，驅(qū)動分支二與驅(qū)動分 支三的第二球副中心連線為梯形的下底邊；中間約束分支的萬向鉸安置在動平臺的幾何中 心，其第一移動副軸線與動平臺梯形的上下底邊平行。
【文檔編號】G01M7/06GK103592095SQ201310542455
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月5日
【發(fā)明者】趙鐵石, 何勇, 蘇士如, 邵新光 申請人:燕山大學(xué)