[发明专利]一种四自由度并联调姿隔振平台

说明书

技术领域

本发明涉及一种并联机构，特别涉及一种并联隔振平台。

背景技术

并联平台具有多自由度、结构简单、大承载力及易于控制等优点，被广泛应用。近20年来，研究最多的就是六自由度并联平台，但实际的工作大多不需要六个自由度。空间少自由度并联平台机构和传统的六自由度并联平台相比，驱动元件少，工作空间大、易解耦，具有结构简单，设计制造和控制的成本都相对较低，高刚度，高精度的特点，特别是具有完全相同的分支结构对称具有各向同性的对称少自由度并联机构更具应用潜力。但少自由度并联机构的研究进展很不平衡，其中二、三自由度并联机构的研究基本成熟，而四、五自由度并联机构的研究较复杂仍处于起步阶段，在一定程度上限制了该类并联机器人的发展和应用。而且在车载、船载及航空航天等环境下，相关仪器设备在工作避程中不可避免地要经受大量的空间振动与冲击，严重影响其工作性能和使用寿命。目前大多并联隔振机构都是采用六自由度平台，主要是通过弹簧等阻尼元件，实现被动隔振，主要隔离的是低频或者超低频振动，而少自由度隔振平台的研究相对较少，能够对中低频振动实现主动隔振的平台相对更少。

如中国专利CN200910096797.9公布了三转动一移动四自由度并联机构，其机构上下平台铰链点布置为四边形，上平台边长小于下平台边长，驱动采用旋转电机使P副产生相对位移，四个分支为3-UPS/RPU，为两种结构的运动分支。其不足之处是：不相同结构的运分支会使运动平台的工作空间不对称从而增加操作规划的难度，不易控制，而且不同结构运动分支使设计、制造和装配成本提高。此机构运动分支驱动响应较慢，速度和加速度变化较慢，只能调姿并不能主动隔离中低频振动。如中国专利CN200510052260.4公布了具有被动约束分支四自由度并联机器人机构，其机构为4-SPS/PS机构，属于完全对称少自由度并联机构，上下平台铰链点布置分别为正方形或者矩形，驱动采用液压直线移动驱动装置或者螺旋副直线驱动装置，其不足之处是：系统整体移动性较差，机构的运动范围以及动态性能具有一定的局限性，同时其运动分支驱动不能快速响应，不能实现中低频主动隔振。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机构结构简单、具有大承载面和调姿空间、动态响应快，能隔离中低频振动，可实现空间三个方向转动一个方向移动的四自由度并联调姿隔振平台。

本发明的技术方案如下：

本发明主要包括动平台、定平台、固定平台、中间约束PS分支以及连接动平台和定平台的四个结构相同的PSU驱动分支。其中，在动平台和固定平台之间、位于动平台与定平台中心连线上设有中间约束PS分支，该分支是由转动连接件和伸缩杆组成，该分支的转动连接件与动平台连接，伸缩杆的一端与转动连接件连接，其另一端穿过中间平台中心的通孔，该端为自由端。定平台与中间平台均为等腰梯形，四个直线电机的一端通过连接块固定在中间平台的四个角上，该电机的另一端通过设在定平台四角上的基座固定在定平台上。上述直线电机可倾斜向内布置也可垂直布置，其与定平台面夹角为70～90°。在上述四个直线电机的滑块上均设有连接法兰，该连接法兰通过转动连接件与支撑杆的一端连接，该支撑杆的另一端通过悬臂结构的万向铰与动平台连接，该万向铰与动平台的链接点以正方形布置。

中间约束PS分支位于动平台与定平台中心连线上，通过转动连接件和伸缩杆连接，使平台在空间实现三个转动一个平移；四个直线电机左右对称固定在定平台上形成等腰梯形台构型，通过万向铰、支撑杆和球铰连接动平台，在增大动平台承载面积和工作空间的同时能够减小机构占用体积。直线电机带动连接法兰沿其布置方向移动，连接法兰通过转动连接件带动支撑杆协调摆动控制动平台实现空间三个方向转动一个方向移动的四自由度运动。直线电机的斜腰面与基座面的夹角的大小与动平台运动性能指标有关，采用直线电机使整个系统动态响应性能大大提高，反应异常灵敏快捷，能快速隔离高频振动，精度和动刚度高，速度快、加减速过程短，运动动安静、噪音低，同时具有较高的传动效率。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、中间约束分支在起到约束作用时又起到保护作用，使在无动力下，四个运动分支的承载量减少10～30%，从而最大限度地提高了动平台承载能力和动态性能.。

2、动平台万向铰采用悬臂结构，增大承载面和工作空间，机构占用空间体积小。