并联式六维输出三十二输入冗余容错驱动模拟器的制作方法

专利名称：并联式六维输出三十二输入冗余容错驱动模拟器的制作方法
技术领域：
本发明涉及并联式冗余输入驱动技术领域，具体是一种并联式六维输出三十二输入冗余容错驱动模拟器。
背景技术：
多自由度冗余容错驱动模拟器特别是六自由度并联模拟器主要应用于大型模拟设备的制造，如海浪模拟系统、地震模拟器、以及核电站等。并联式冗余输入驱动技术是一种用多个驱动源分担一个总驱动力的技术，通过输入驱动器的并联，可以通过纯机械电气系统产生较大的驱动力，而不需要采用庞大的液压系统，避免了成本高、易污染的风险。在并联机构领域，冗余输入是指机构运动输入的数目大于其结构自由度数目。并联机器人具有承载能力大、精度高、运动反解简单、误差小、自重负荷比小、动力性能好、控制容易等一系列优点，但是在几何特性方面也具有很大欠缺，如工作空间小、灵活性差以及工作空间内存在奇异位形等，加入冗余度可以改善它的几何特性。另外由于重载环境下，一个工作循环中的有效驱动扭矩很大，如果采用单一的驱动源，则承载能力有限，容易造成设备寿命太短。而采用冗余驱动机构可以有效的解决这个问题。冗余度机器人在工作空间、灵活性、避障能力及动力特性等方面具有优点，受到了越来越多的重视。与一般并联机构相t匕，并联式冗余输入机构具有更高的刚度、更大的承载力、更大的加速度和更优的性能等许多鲜明的特征，并且可以优化输入力、降低机构关节内力，从而提高其力传递能力，改善动力学性能等。现有的并联输入冗余驱动模拟器冗余度较小，能达到的功率较小，主要采用丝杠传动，采用双连杆协调运动。目前普遍使用的是由六个输入获得六个输出自由度。经对现有文献检索发现，中国专利申请号为:03122951.4，名称为:一种冗余输入并联模拟器。该模拟器的接口模 块包括导轨、输入滑块、连杆、电机，通过接口模块与工作面板的连接，实现模拟器的运行。但是该技术的冗余输入模拟器能够冗余的电机数目较少，故可达最大功率较小，每个电机要求功率很大，成本很高；而且不能差动输出，协调性不好，可操作吨位相对低，不能适应海浪模拟系统、地震模拟器、以及核电站等重型机械设备的使用需求。

发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种并联式六维输出三十二输入冗余容错驱动模拟器。本发明是通过以下技术方案实现的。一种并联式六维输出三十二输入冗余容错驱动模拟器，包括工作台、构成工作面板的两两之间相互垂直的第一工作面板、第二工作面板和第三工作面板、以及连接在工作台与第一工作面板之间的第一组冗余驱动模块、连接在工作台与第二工作面板之间的第二组冗余驱动模块以及连接在工作台与第三工作面板之间的第三组冗余驱动模块，其中，所述第一组冗余驱动模块包括第一四输入单输出冗余驱动单元和第二四输入单输出冗余驱动单元，所述第一四输入单输出冗余驱动单元和第二四输入单输出冗余驱动单元的一端均与工作台铰接，所述第一四输入单输出冗余驱动单元和第二四输入单输出冗余驱动单元的另一端均与第一工作面板固定连接，所述第二组冗余驱动模块包括第一八输入单输出冗余驱动单元、第三四输入单输出冗余驱动单元和第四四输入单输出冗余驱动单元，所述第一八输入单输出冗余驱动单元、第三四输入单输出冗余驱动单元和第四四输入单输出冗余驱动单元的一端均与工作台铰接，所述第一八输入单输出冗余驱动单元、第三四输入单输出冗余驱动单元和第四四输入单输出冗余驱动单元的另一端均与第二工作面板固定连接，所述第三组冗余驱动模块包括第二八输入单输出冗余驱动单元，所述第二八输入单输出冗余驱动单元的一端与工作台铰接，所述第二八输入单输出冗余驱动单元的另一端与第三工作面板固定连接。所述第一四输入单输出冗余驱动单元、第二四输入单输出冗余驱动单元、第三四输入单输出冗余驱动单元以及第四四输入单输出冗余驱动单元均包括:第一驱动杆组件、第二驱动杆组件、第三驱动杆组件、第四驱动杆组件、第五驱动杆组件、第一输入滑块、第三输入滑块、第四输入滑块、第一输入装置、第二输入装置、第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置以及第四驱动装置，其中，所述第五驱动杆组件的一端与工作台铰接，第五驱动杆组件的另一端与第一输入滑块铰接，所述第一驱动杆组件的第一端和第二驱动杆组件的第一端分别与第三输入滑块铰接，所述第三驱动杆组件的第一端和第四驱动杆组件的第一端分别与第四输入滑块铰接，所述第一驱动杆组件的第二端、第二驱动杆组件的第二端、第三驱动杆组件的第二端和第四驱动杆组件的第二端分别与第一输入滑块铰接，所述第三输入滑块安装在第一输入装置上，所述第四输入滑块安装在第二输入装置上，所述第一驱动装置的第一端、第二驱动装置的第一端、第三驱动装置的第一端以及第四驱动装置的第一端分别固定在工作面板上，所述第一驱动装置的第二端和第二驱动装置的第二端分别与第一输入装置相连，所述第三驱动装置的第二端和第四驱动装置的第二端分别与第二输入装置相连。所述第一八输入单输出冗余驱动单元和第二八输入单输出冗余驱动单元均包括:第六驱动杆组件、第七驱动杆组件、第八驱动杆组件、第九驱动杆组件、第十驱动杆组件、第i^一驱动杆组件、第十二驱动杆组件、第十三驱动杆组件、第十四驱动杆组件、第二输入滑块、第五输入滑块、第六输入滑块、第七输入滑块、第八输入滑块、第三输入装置、第四输入装置、第五输入装置、第六输入装置、第五驱动装置、第六驱动装置、第七驱动装置、第八驱动装置、第九驱动装置、第十驱动装置、第十一驱动装置以及第十二驱动装置，其中，所述第十四驱动杆组件的一端与工作台铰接，第十四驱动杆组件的另一端与第二输入滑块铰接，所述第六驱动杆组件的第一端和第七驱动杆组件的第一端分别与第五输入滑块铰接，所述第八驱动杆组件的第一端和第九驱动杆组件的第一端分别与第六输入滑块铰接，所述第十驱动杆组件的第一端和第十一驱动杆组件的第一端分别与第七输入滑块铰接，所述第十二驱动杆组件的第一端和第十三驱动杆组件的第一端分别与第八输入滑块铰接，所述第六驱动杆组件的第二端、第七驱动杆组件的 第二端、第八驱动杆组件的第二端、第九驱动杆组件的第二端、第十驱动杆组件的第二端、第十一驱动杆组件的第二端、第十二驱动杆组件的第二端和第十三驱动杆组件的第二端分别与第二输入滑块铰接，所述第五输入滑块安装在第三输入装置上，所述第六输入滑块安装在第四输入装置上，所述第七输入滑块安装在第五输入装置上，所述第八输入滑块安装在第六输入装置上，所述第五驱动装置、第六驱动装置、第七驱动装置、第八驱动装置、第九驱动装置、第十驱动装置、第十一驱动装置以及第十二驱动装置的第一端固定在工作面板上，所述第五驱动装置的第二端和第六驱动装置的第二端分别与第三输入装置相连，所述第七驱动装置的第二端和第八驱动装置的第二端分别与第四输入装置相连，所述第九驱动装置的第二端和第十驱动装置的第二端分别与第五输入装置相连，所述第十一驱动装置的第二端和第十二驱动装置的第二端分别与第六输入装置相连。第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置以及第四驱动装置均为步进电机。第五驱动装置、第六驱动装置、第七驱动装置、第八驱动装置、第九驱动装置、第十驱动装置、第十一驱动装置以及第十二驱动装置均为步进电机。第一驱动杆组件、第二驱动杆组件、第三驱动杆组件、第四驱动杆组件以及第五驱动杆组件均包括:一个连杆和两个球铰，其中，所述连杆的两端均与球铰相连。第六驱动杆组件、第七驱动杆组件、第八驱动杆组件、第九驱动杆组件、第十驱动杆组件、第i^一驱动杆组件、第十二驱动杆组件、第十三驱动杆组件以及第十四驱动杆组件均包括:一个连杆和两个球铰，其中，所述连杆的两端均与球铰相连。所述第一输入装置包括第一导轨、第一组协调齿轮以及第一丝杆和第二丝杆，所述第三输入滑块安装在第一导轨上，所述第三输入滑块内部设有第一螺母、第二螺母、第一轴承和第二轴承，所述第一螺母和第二螺母的内圈分别与第一丝杆和第二丝杆配合，所述第一螺母和第二螺的外圈分别与第一轴承和第二轴承配合，所述第一丝杆和第二丝杆穿过第三输入滑块，第一丝杆和第二丝杆的一端分别与第一驱动装置和第二驱动装置相连，第一丝杆和第二丝杆的另一端与第一导轨相连，所述第一组协调齿轮为一对渐开线齿轮，一对渐开线齿轮分别安装在 第一丝杆和第二丝杆上；所述第二输入装置包括第二导轨、第二组协调齿轮以及第三丝杆和第四丝杆，所述第四输入滑块安装在第二导轨上，所述第四输入滑块内部设有第三螺母、第四螺母、第三轴承和第四轴承，所述第三螺母和第四螺母的内圈分别与第三丝杆和第四丝杆配合，所述第三螺母和第四螺母的外圈分别与第三轴承和第四轴承配合，所述第三丝杆和第四丝杆穿过第四输入滑块，第三丝杆和第四丝杆的一端分别与第三驱动装置和第四驱动装置相连，第三丝杆和第四丝杆的另一端与第二导轨相连，所述第二组协调齿轮为一对渐开线齿轮，一对渐开线齿轮分别安装在第三丝杆和第四丝杆上。所述第三输入装置包括第三导轨、第三组协调齿轮以及第五丝杆和第六丝杆，所述第五输入滑块安装在第三导轨上，所述第五输入滑块内部设有第五螺母、第六螺母、第五轴承和第六轴承，所述第五螺母和第六螺母的内圈分别与第五丝杆和第六丝杆配合，所述第五螺母和第六螺母的外圈分别与第五轴承和第六轴承配合，所述第五丝杆和第六丝杆穿过第五输入滑块，第五丝杆和第六丝杆的一端分别与第五驱动装置和第六驱动装置相连，第五丝杆和第六丝杆的另一端与第三导轨相连，所述第三组协调齿轮为一对渐开线齿轮，一对渐开线齿轮分别安装在第五丝杆和第六丝杆上；所述第四输入装置包括第四导轨、第四组协调齿轮以及第七丝杆和第八丝杆，所述第六输入滑块安装在第四导轨上，所述第六输入滑块内部设有第七螺母、第八螺母、第七轴承和第八轴承，所述第七螺母和第八螺母的内圈分别与第七丝杆和第八丝杆配合，所述第七螺母和第八螺母的外圈分别与第七轴承和第八轴承配合，所述第七丝杆和第八丝杆穿过第六输入滑块，第七丝杆和第八丝杆的一端分别与第七驱动装置和第八驱动装置相连，第七丝杆和第八丝杆的另一端与第四导轨相连，所述第四组协调齿轮为一对渐开线齿轮，一对渐开线齿轮分别安装在第七丝杆和第八丝杆上；所述第五输入装置包括第五导轨、第五组协调齿轮以及第九丝杆和第十丝杆，所述第七输入滑块安装在第五导轨上，所述第七输入滑块内部设有第九螺母、第十螺母、第九轴承和第十轴承，所述第九螺母和第十螺母的内圈分别与第九丝杆和第十丝杆配合，所述第九螺母和第十螺母的外圈分别与第九轴承和第十轴承配合，所述第九丝杆和第十丝杆穿过第七输入滑块，第九丝杆和第十丝杆的一端分别与第九驱动装置和第十驱动装置相连，第九丝杆和第十丝杆的另一端与第五导轨相连，所述第五组协调齿轮为一对渐开线齿轮，一对渐开线齿轮分别安装在第九丝杆和第十丝杆上；所述第六输入装置包括第六导轨、第六组协调齿轮以及第十一丝杆和第十二丝杆，所述第八输入滑块安装在第六导轨上，所述第八输入滑块内部设有第十一螺母、第十二螺母、第十一轴承和第十二轴承，所述第十一螺母和第十二螺母的内圈分别与第十一丝杆和第十二丝杆配合，所述第十一螺母和第十二螺母的外圈分别与第十一轴承和第十二轴承配合，所述第i 丝杆和第十二丝杆穿过第八输入滑块，第i 丝杆和第十二丝杆的一端分别与第十一驱动装置和第十二驱动装置相连，第十一丝杆和第十二丝杆的另一端与第六导轨相连，所述第六组协调齿轮为一对渐开线齿轮，一对渐开线齿轮分别安装在第十一丝杆和第十二丝杆上。本发明与现有 技术相比，具有以下技术特点:(I)本发明采用六个接口模块，每个接口能冗余Γ8个电机，使每个电机的功率需求降低，可达功率大，冗余接口多，由于采用模块化设计，故可扩展性强；(2)本发明采用的电机功率要求低，因此设备制造容易，成本降低；(3)本发明采用了双丝杠驱动，可以降低单个丝杠的平均应力，延长机械传动系统使用寿命；(4)本发明的每个驱动接口模块都采用了均力机构，即一对协调齿轮，将冗余并联输入转化为系统的单一输入，使整个系统的控制难度相对降低；(5)本发明采用并联输入，且存在冗余度，可以获得很大的输入功率，且，可通过控制驱动装置，使其分时段输入，从而控制了各个自由度的输出，形成了差动输入、输出，因此控制灵活，可以观测单个自由度的运动、位置情况；本发明提供的并联式六维输出三十二输入冗余容错驱动模拟器，通过32个驱动装置的联合作用，采用1-2-3构型，即工作台的三个面上分别有1、2、3个输入模块，并在支链的适当部分采用冗余电机输入，使与工作台铰接的六个连杆具有不同的输出，使得工作台具有六个自由度的运动。本发明可以很好的适应海浪模拟系统、地震模拟器、以及核电站等重型机械设备的使用需求。


通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:图1是本发明的装置立体图；图2是本发明第一四输入单输出冗余驱动单元的立体图；图3是本发明第一八输入单输出冗余驱动单元的立体图；图4是本发明第三输入滑块的剖视图；图中:A为第一工作面板，B为第二工作面板，C为第三工作面板，I为工作台，2为第三四输入单输出冗余驱动单元，3为第一八输入单输出冗余驱动单元，4为第四四输入单输出冗余驱动单元，5为第二八输入单输出冗余驱动单元，6为第一四输入单输出冗余驱动单元，7为第二四输入单输出冗余驱动单元，8为第一导轨，9为第一丝杆，10为第一驱动装置，11为第二驱动装置，12为第二丝杠，13为第三丝杆，14为第三驱动装置，15为第四驱动装置，16为第四丝杆，17为第二导轨,18为第四输入滑块,19为第二组协调齿轮,20为第七球铰，21为第五球铰,22为第四连杆,23为第三连杆,24为第八球铰,25为第六球铰,26为第一输入滑块，27为第^ 球铰,28为第五连杆,29为第十二球铰,30为第四球铰,31为第二球铰，32为第二连杆,33为第一连杆,34为第一组协调齿轮,35为第三球铰,36为第一球铰，37为第三输入滑块,38为第七输入滑块,39为第三导轨,40为第五丝杠,41为第五驱动装置，42为第六驱动装置,43为第六丝杠,44为第七驱动装置,45为第八驱动装置,46为第七丝杠,47为第八丝 杠,48为第四导轨,49为第九驱动装置,50为第十驱动装置,51为第i^一驱动装置，52为第十二驱动装置,53为第十二丝杆,54为第十丝杆,55为第九丝杆，56为第^ 丝杆,57为第八输入滑块,58为第六组协调齿轮,59为第二十五球铰,60为第二十三球铰，61为第十三连杆，62为第六导轨,63为第十二连杆,64为第二十六球铰,65为第二十四球铰，66为第二输入滑块,67为第二十二球铰,68为第二十球铰,69为第二十七球铰，70为第十四连杆,71为第二十八球铰,72为第^ 连杆，73为第十连杆,74为第二^球铰，75为第十八球铰，76为第五组协调齿轮，77为第十六球铰，78为第十九球铰，79为第九连杆，80为第十四球铰,81为第八连杆,82为第十二球铰,83为第十七球铰,84为第四组协调齿轮，85为第十五球铰,86为第四导轨,87为第七连杆,88为第六连杆,89为第十三球铰,90为第三组协调齿轮,91为第^^一球铰,92为第五输入滑块,93为第六输入滑块,94为第五导轨，95为第一轴承,96为第一螺母,97为第二轴承,98为第二螺母。
具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明:本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。如图1所示，本实施例提供了一种并联式六维输出三十二输入冗余容错驱动模拟器，包括:第一工作面板、第二工作面板、第三工作面板、工作台1、第一四输入单输出冗余驱动单元6、第一八输入单输出冗余驱动单元3、第二四输入单输出冗余驱动单元7、第二八输入单输出冗余驱动单元5、第三四输入单输出冗余驱动单元2和第四四输入单输出冗余驱动单元4，其中:第一四输入单输出冗余驱动单元6的一端和第二四输入单输出冗余驱动单元7的一端分别固定在第一工作面板上，第一四输入单输出冗余驱动单元6的另一端和第二四输入单输出冗余驱动单元7的另一端分别铰接在工作台I的一个侧表面上。第三四输入单输出冗余驱动单元2的一端、第一八输入单输出冗余驱动单元3的一端和第四四输入单输出冗余驱动单元4的一端分别固定在第二工作面板上，第三四输入单输出冗余驱动单元2的另一端、第一八输入单输出冗余驱动单元3的另一端和第四四输入单输出冗余驱动单元4的另一端分别铰接在工作台I的下表面上，第二八输入单输出冗余驱动单元5的一端固定在第三工作面板上，第二八输入单输出冗余驱动单元5的另一端铰接在工作台I的另一个侧表面上。上述的四个四输入单输出冗余驱动单元的结构相同。上述的两个八输入单输出冗余驱动单元的结构相同。如图2所示，所述第一四输入单输出冗余驱动单元2包括:第一输入滑块26、四个驱动装置、五个驱动杆组件和两个输入装置，其中:驱动装置的一端固定在第二工作面板B上，第一驱动装置10的另一端与第一输入装置的第一丝杆9固连，第二驱动装置11的另一端与第一输入装置的第 二丝杆12相连，第三驱动装置14的另一端与第二输入装置的第三丝杆13相连，第四驱动装置15的另一端与第二输入装置的第四丝杆16相连，第一驱动杆组件的一端和第二驱动杆组件的一端分别与第三输入滑块37铰接，第三驱动杆组件的一端和第四驱动杆组件的一端分别与第四输入滑块18铰接，第一驱动杆组件的另一端、第二驱动杆组件的另一端、第三驱动杆组件的另一端和第四驱动杆组件的另一端分别与第一输入滑块26的下表面铰接，第五驱动杆组件的一端与第一输入滑块的上表面铰接，第五驱动杆组件的另一端与工作台I的下表面铰接。上述的四个驱动装置都是步进电机。所述第一输入装置包括:第一导轨8、第三输入滑块38、第一丝杠9和第二丝杠12，第一组协调齿轮34，其中:第一丝杠9的一端与第一驱动装置10固连，第一丝杠9的另一端与第一导轨8固连，第二丝杠12的一端与第二驱动装置11固连，第二丝杠12的另一端与第一导轨8固连，第一丝杠9和第二丝杠12都穿过第三输入滑块37，第一组协调齿轮34分别安装在第一丝杆9和第二丝杆12上，第三输入滑块内部包括第一轴承95、第一螺母96、第二轴承97和第二螺母98,第一螺母96内圈与第一丝杆9配合,外圈与第一轴承95配合，第二螺母98内圈与第二丝杆12配合，外圈与第二螺母98配合。所述第二输入装置包括:第二导轨17、第四输入滑块18、第三丝杠13和第四丝杠16，第二组协调齿轮19，其中:第三丝杠13的一端与第三驱动装置14固连，第三丝杠13的另一端与第二导轨17固连，第四丝杠16的一端与第四驱动装置15固连，第四丝杠16的另一端与第二导轨17固连，第三丝杠13和第四丝杠16都穿过第四输入滑块18，第二组协调齿轮19分别安装在第三丝杆13和第四丝杆16上。上述的第二输入装置中的输入滑块内部还包括两个螺母和两个轴承，所述两个螺母的内圈分别与输入装置中的两个丝杆配合，两个螺母的外圈分别与两个轴承配合。所述第一驱动杆组件包括:第一连杆33、第一球铰36和第二球铰31，其中:第一连杆33的一端与第一球铰36相连，第一连杆33的另一端与第二球铰36相连，第一球铰r36固定在第三输入滑块37上表面,第二球铰31固定在第一输入滑块26下表面。所述第二驱动杆组件包括:第二连杆32、第三球铰35和第四球铰30，其中:第二连杆32的一端与第三球铰35相连，第二连杆32的另一端与第四球铰30相连，第三球铰35固定在第三输入滑块37上表面,第四球铰30固定在第一输入滑块26的下表面。所述第三驱动杆组件包括:第三连杆23、第五球铰21和第六球铰25，其中:第三连杆23的一端与第五球铰21相连,第三连杆23的另一端与第六球铰25相连,第五球铰21固定在第四输入滑块18上表面,第六球铰25固定在第一输入滑块26的下表面。所述第四驱动杆组件包括:第四连杆22、第七球铰20和第八球铰24，其中:第四连杆22的一端与第七球铰20相连，第四连杆22的另一端与第八球铰24相连，第七球铰20固定在第四输入滑块18上表面,第八球铰24固定在第一输入滑块26的下表面。所述第五驱动杆组件包括:第五连杆28、第九球铰27和第十球铰29，其中:第五连杆28的一端与第九球铰27相连，第五连杆28的另一端与第十球铰29相连，第九球铰27固定在第一输入滑块26上表面，第十球铰29与工作台I固连。如图3所示，所述第一八输入单输出冗余驱动单元3包括:第二输入滑块66、八个驱动装置、九个驱动杆组件和四个输入装置，其中:驱动装置的一端固定在第二工作面板B上，第五驱动装置41的另一端与第三输入装置的第五丝杆40相连，第六驱动装置42的另一端与第三输入装置的第六丝杆43相连，第七驱动装置44的另一端与第四输入装置的第七丝杆46相连，第八驱动装置45的另一端与第四输入装置的第八丝杆47相连，第九驱动装置49的另一端与第五输入装置的第九丝杆55相连，第十驱动装置50的另一端与第五输入装置的第十丝杆54相连，第十一驱动装置51的另一端与第六输入装置的第十一丝杆56固连，第十二驱动装置52的另一端与第六输入装置的十二丝杆55相连，第六驱动杆组件的一端、第七驱动杆组件的一端固定在第五输入滑块92上，第八驱动杆组件的一端、第九驱动杆组件的一端固定在第六输入滑块93上，第十驱动杆组件的一端、第十一驱动杆组件的一端固定在第七输入滑块38上，第十二驱动杆组件的一端、第十三驱动杆组件的一端固定在第八输入滑块57上，第六驱动杆组件的另一端、第七驱动杆组件的另一端、第八驱动杆组件的另一端、第九驱动杆组件的另一端、第十驱动杆组件的另一端、第十一驱动杆组件的另一端、第十二驱动杆组件 的另一端和第八驱动杆组件的另一端分别固定在第二输入滑块66的下表面，第十四驱动杆组件的一端固定在第二输入滑块66上，第十四驱动杆组件的另一端与工作台I固连。上述的八个驱动装置都是步进电机。所述第三输入装置包括:第三导轨39、第五输入滑块92、第五丝杠40和第六丝杠43，第三组协调齿轮90，其中:第五丝杠40的一端与第五驱动装置41固连，第五丝杠40的另一端与第三导轨39固连，第六丝杠43的一端与第六驱动装置42固连，第六丝杠43的另一端与第三导轨39固连，第五丝杠40和第六丝杠43都穿过第五输入滑块92，第三组协调齿轮90分别安装在第五丝杆40和第六丝杆43上。所述第四输入装置包括:第四导轨86、第六输入滑块93、第七丝杠46和第八丝杠47，第四组协调齿轮84，其中:第七丝杠46的一端与第七驱动装置44固连，第七丝杠46的另一端与第四导轨86固连，第八丝杠47的一端与第八驱动装置45固连，第八丝杠47的另一端与第四导轨86固连，第七丝杠46和第八丝杠47都穿过第六输入滑块93，第四组协调齿轮84分别安装在第七丝杆46和第八丝杆47上。所述第五输入装置包括:第五导轨94、第七输入滑块38、第九丝杠55和第十丝杠54，第五组协调齿轮76，其中:第九丝杠55的一端与第九驱动装置49固连，第九丝杠55的另一端与第五导轨94固连，第十丝杠54的一端与第十驱动装置50固连，第十丝杠54的另一端与第五导轨94固连，第九丝杠55和第十丝杠54都穿过第七输入滑块38，第五组协调齿轮76分别安装在第九丝杆55和第十丝杆54上。所述第六输入装置包括:第六导轨62、第八输入滑块57、第^ 丝杠56和第十二丝杠53,第六组协调齿轮58,其中 第H 丝杠56的一端与第^ 驱动装置51固连,第十一丝杠56的另一端与第六导轨62固连，第十二丝杠53的一端与第十二驱动装置52固连，第十二丝杠53的另一端与第六导轨62固连，第十一丝杠56和第十二丝杠53都穿过第八输入滑块57，第六组协调齿轮58分别安装在第i^一丝杆56和第十二丝杆53上。上述的八输入单输出冗余驱动单元中的所有输入装置中的输入滑块内部还包括两个螺母和两个轴承，所述的两个螺母内圈分别与输入装置中的两个丝杆配合，外圈分别与两个轴承配合。所述第六驱动杆组件包括:第六连杆88、第i^一球铰91和第十二球铰82，其中:第六连杆88的一端与第十一球铰91相连，第六连杆88的另一端与第十二球铰82相连，第i 球铰91固定在第五输入滑块92上,第十二球铰82固定在第二输入滑块66的下表面。所述第七驱动杆组件包括:第七连杆87、第十三球铰89和第十四球铰80，其中:第七连杆87的一端与第十三球铰89相连，第七连杆87的另一端与第十四球铰80相连，第十三球铰89固定在第五输入滑块92上,第十四球铰80固定在第二输入滑块66的下表面。所述第八驱动杆组件包括:第八连杆81、第十五球铰85和第十六球铰77，其中:第八连杆81的一端与第十五球铰85相连，第八连杆81的另一端与第十六球铰77相连，第十五球铰85固定在第六输入滑块93上,第十六球铰77固定在第二输入滑块66的下表面。所述第九驱动杆组件包括:第九连杆79、第十七球铰83和第十八球铰75，其中:第九连杆79的一 端与第十七球铰83相连，第九连杆79的另一端与第十八球铰75相连，第十七球铰83固定在第六输入滑块93上,第十八球铰75固定在第二输入滑块66的下表面。所述第十驱动杆组件包括:第十连杆73、第十九球铰78和第二十球铰68，其中:第十连杆73的一端与第十九球铰78相连，第十连杆73的另一端与第二十球铰68相连，第十九球铰78固定在第七输入滑块38上,第二十球铰68固定在第二输入滑块66的下表面。所述第i^一驱动杆组件包括:第i^一连杆72、第二i^一球铰74和第二十二球铰67，其中:第十一连杆72的一端与第二十一球铰74相连，第十一连杆72的另一端与第二十二球铰67相连，第二H^一球铰74固定在第七输入滑块38上，第二十二球铰67固定在第二输入滑块66的下表面。所述第十二驱动杆组件包括:第十二连杆63、第二十三球铰60和第二十四球铰65，其中:第十二连杆63的一端与第二十三球铰60相连，第十二连杆63的另一端与第二十四球铰65相连,第二十三球铰60固定在第八输入滑块58上,第二十四球铰65固定在第二输入滑块66的下表面。所述第十三驱动杆组件包括:第十三连杆61、第二十五球铰59和第二十六球铰64，其中:第十三连杆61的一端与第二十五球铰59相连，第十三连杆61的另一端与第二十六球铰64相连,第二十五球铰59固定在第八输入滑块58上,第二十六球铰64固定在第二输入滑块66的下表面。所述第十四驱动杆组件包括:第十四连杆70、第二十七球铰69和第二十八球铰71,其中:第十四连杆70的一端与第二十七球铰69相连,第十四连杆70的另一端与第二十八球铰71相连,第二十七球铰6g固定在第二输入滑块66上,第二十八球铰72固定在工作台I上。本实施例的工作原理如下:第一驱动装置10和第二驱动装置11输入转矩带动第一丝杆9和第二丝杆12转动，第三驱动装置14和第四驱动装置15输入转矩带动第三丝杆13和第四丝杆16转动，通过协调齿轮的啮合使第一丝杆9和第二丝杆12同步，通过协调齿轮的啮合使第三丝杆13和第四丝杆16同步，第一丝杆9和第二丝杆12通过螺旋传动带动螺母、轴承运动，继而带动第三输入滑块38运动，第三丝杆13和第四丝杆16通过螺旋传动带动螺母、轴承运动，继而带动第四输入滑块18运动，第三输入滑块38带动第一驱动杆组件和第二驱动杆组件运动，第四输入滑块18带动第三驱动杆组件和第四驱动杆组件运动，第一驱动杆组件、第二驱动杆组件、第三驱动杆组件和第四驱动杆组件带动第一输入滑块26的运动，继而带动第五驱动杆组件的运动，继而实现了第一四输入单输出冗余驱动单元6对工作台I的作用。第五驱动装置41和第六驱动装置42输入转矩带动第五丝杆40和第六丝杆43转动，第七驱动装置44和第八驱动装置45输入转矩带动第七丝杆46和第八丝杆47转动，第九驱动装置49和第十驱动装置50输入转矩带动第九丝杆55和第十丝杆54转动，第十一驱动装置51和第十二驱动装置52输入转矩带动第十一丝杆56和第十二丝杆53转动，通过协调齿轮的啮合使第五丝杆40和第六丝杆43同步，通过协调齿轮的啮合使第七丝杆46和第八丝杆47同步，通过协调齿轮的啮合使第九丝杆55和第十丝杆54同步，通过协调齿轮的啮合使第十一丝杆56和第十二丝杆53同步，第五丝杆40和第六丝杆43通过螺旋传动带动螺母、轴承运动，继而带动第五输入滑块92运动，第七丝杆46和第八丝杆47通过螺旋传动带动螺母、轴承运动，继而带动第六输入滑块93运动，第九丝杆55和第十丝杆54通过螺旋传动带动螺母、轴承运动，继而带动第七输入滑块38运动，第十一丝杆56和第十二丝杆53通过螺旋传动带动螺母、轴承运动，继而带动第八输入滑块运动，第五输入滑块92带动第六驱动杆组件和第七驱动杆组件运动，第六输入滑块93带动第八驱动杆组件和第九驱动杆组件运动 ，第七输入滑块38带动第十驱动杆组件和第i^一驱动杆组件运动，第八输入滑块57带动第十二驱动杆组件和第十三驱动杆组件运动，第六驱动杆组件、第七驱动杆组件、第八驱动杆组件、第九驱动杆组件、第十驱动杆组件、第十一驱动杆组件、第十二驱动杆组件和第十三驱动杆组件的共同作用下带动第二输入滑块66的运动，继而带动了第十四驱动杆组件的运动，继而实现了第一八输入单输出冗余驱动单元3对工作台I的作用。本实施例主要通过第一四输入单输出冗余驱动单元6和第二四输入单输出冗余驱动单元7的协调控制实现前后运动，通过第三四输入单输出冗余驱动单元2、第一八输入单输出冗余驱动单元3和第四四输入单输出冗余驱动单元4的协调控制实现上下运动，主要通过第二八输入单输出冗余驱动单元5的协调控制实现左右运动，通过四个四输入单输出冗余驱动单元和两个八输入单输出冗余驱动单元的协调控制实现三个平面内的转动。这样就实现了工作台六个自由度的运动。以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
权利要求
1.一种并联式六维输出三十二输入冗余容错驱动模拟器，其特征在于，包括工作台、构成工作面板的两两之间相互垂直的第一工作面板、第二工作面板和第三工作面板、以及连接在工作台与第一工作面板之间的第一组冗余驱动模块、连接在工作台与第二工作面板之间的第二组冗余驱动模块以及连接在工作台与第三工作面板之间的第三组冗余驱动模块，其中，所述第一组冗余驱动模块包括第一四输入单输出冗余驱动单元和第二四输入单输出冗余驱动单元，所述第一四输入单输出冗余驱动单元和第二四输入单输出冗余驱动单元的一端均与工作台铰接，所述第一四输入单输出冗余驱动单元和第二四输入单输出冗余驱动单元的另一端均与第一工作面板固定连接，所述第二组冗余驱动模块包括第一八输入单输出冗余驱动单元、第三四输入单输出冗余驱动单元和第四四输入单输出冗余驱动单元，所述第一八输入单输出冗余驱动单元、第三四输入单输出冗余驱动单元和第四四输入单输出冗余驱动单元的一端均与工作台铰接，所述第一八输入单输出冗余驱动单元、第三四输入单输出冗余驱动单元和第四四输入单输出冗余驱动单元的另一端均与第二工作面板固定连接，所述第三组冗余驱动模块包括第二八输入单输出冗余驱动单元，所述第二八输入单输出冗余驱动单元的一端与工作台铰接，所述第二八输入单输出冗余驱动单元的另一端与第三工作面板固定连接。
2.根据权利要求1所述的并联式六维输出三十二输入冗余容错驱动模拟器，其特征在于，所述第一四输入单输出冗余驱动单元、第二四输入单输出冗余驱动单元、第三四输入单输出冗余驱动单元以及第四四输入单输出冗余驱动单元均包括:第一驱动杆组件、第二驱动杆组件、第三驱动杆组件、第四驱动杆组件、第五驱动杆组件、第一输入滑块、第三输入滑块、第四输入滑块、第一输入装置、第二输入装置、第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置以及第四驱动装置，其中，所述第五驱动杆组件的一端与工作台铰接，第五驱动杆组件的另一端与第一输入滑块铰接，所述第一驱动杆组件的第一端和第二驱动杆组件的第一端分别与第三输入滑块铰接，所述第三驱动杆组件的第一端和第四驱动杆组件的第一端分别与第四输入滑块铰接，所述第一驱动杆组件的第二端、第二驱动杆组件的第二端、第三驱动杆组件的第二端和第四驱动杆组件的第二端分别与第一输入滑块铰接，所述第三输入滑块安装在第一输入装置上，所述第四输入滑块安装在第二输入装置上，所述第一驱动装置的第一端、第二驱动装置的第一端、第三驱动装置的第一端以及第四驱动装置的第一端分别固定在工作面板上，所述第一驱动装置的第二端和第二驱动装置的第二端分别与第一输入装置相连，所述第三驱动装置的第二端和第四驱动装置的第二端分别与第二输入装置相连。
3.根据权利要求1所述的并联式六维输出三十二输入冗余容错驱动模拟器，其特征在于，所述第一八输入单输出冗余驱动单元和第二八输入单输出冗余驱动单元均包括:第六驱动杆组件、第七驱动杆组件、第八驱动杆组件、第九驱动杆组件、第十驱动杆组件、第十一驱动杆组件、第十二驱动杆组件、第十三驱动杆组件、第十四驱动杆组件、第二输入滑块、第五输入滑块、第六输入滑块、第七输入滑块、第八输入滑块、第三输入装置、第四输入装置、第五输入装置、第六输入装置、第五驱动装置、第六驱动装置、第七驱动装置、第八驱动装置、第九驱动装置 、第十驱动装置、第十一驱动装置以及第十二驱动装置，其中，所述第十四驱动杆组件的一端与工作台铰接，第十四驱动杆组件的另一端与第二输入滑块铰接，所述第六驱动杆组件的第一端和第七驱动杆组件的第一端分别与第五输入滑块铰接，所述第八驱动杆组件的第一端和第九驱动杆组件的第一端分别与第六输入滑块铰接，所述第十驱动杆组件的第一端和第十一驱动杆组件的第一端分别与第七输入滑块铰接，所述第十二驱动杆组件的第一端和第十三驱动杆组件的第一端分别与第八输入滑块铰接，所述第六驱动杆组件的第二端、第七驱动杆组件的第二端、第八驱动杆组件的第二端、第九驱动杆组件的第二端、第十驱动杆组件的第二端、第十一驱动杆组件的第二端、第十二驱动杆组件的第二端和第十三驱动杆组件的第二端分别与第二输入滑块铰接，所述第五输入滑块安装在第三输入装置上，所述第六输入滑块安装在第四输入装置上，所述第七输入滑块安装在第五输入装置上，所述第八输入滑块安装在第六输入装置上，所述第五驱动装置、第六驱动装置、第七驱动装置、第八驱动装置、第九驱动装置、第十驱动装置、第十一驱动装置以及第十二驱动装置的第一端固定在工作面板上，所述第五驱动装置的第二端和第六驱动装置的第二端分别与第三输入装置相连，所述第七驱动装置的第二端和第八驱动装置的第二端分别与第四输入装置相连，所述第九驱动装置的第二端和第十驱动装置的第二端分别与第五输入装置相连，所述第十一驱动装置的第二端和第十二驱动装置的第二端分别与第六输入装置相连。
4.根据权利要求2所述的并联式六维输出三十二输入冗余容错驱动模拟器，其特征在于，第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置以及第四驱动装置均为步进电机。
5.根据权利要求3所述的并联式六维输出三十二输入冗余容错驱动模拟器，其特征在于，第五驱动装置、 第六驱动装置、第七驱动装置、第八驱动装置、第九驱动装置、第十驱动装置、第十一驱动装置以及第十二驱动装置均为步进电机。
6.根据权利要求2所述的并联式六维输出三十二输入冗余容错驱动模拟器，其特征在于，第一驱动杆组件、第二驱动杆组件、第三驱动杆组件、第四驱动杆组件以及第五驱动杆组件均包括:一个连杆和两个球铰，其中，所述连杆的两端均与球铰相连。
7.根据权利要求3所述的并联式六维输出三十二输入冗余容错驱动模拟器，其特征在于，第六驱动杆组件、第七驱动杆组件、第八驱动杆组件、第九驱动杆组件、第十驱动杆组件、第十一驱动杆组件、第十二驱动杆组件、第十三驱动杆组件以及第十四驱动杆组件均包括:一个连杆和两个球铰，其中，所述连杆的两端均与球铰相连。
8.根据权利要求2所述的并联式六维输出三十二输入冗余容错驱动模拟器，其特征在于，所述第一输入装置包括第一导轨、第一组协调齿轮以及第一丝杆和第二丝杆，所述第三输入滑块安装在第一导轨上，所述第三输入滑块内部设有第一螺母、第二螺母、第一轴承和第二轴承，所述第一螺母和第二螺母的内圈分别与第一丝杆和第二丝杆配合，所述第一螺母和第二螺的外圈分别与第一轴承和第二轴承配合，所述第一丝杆和第二丝杆穿过第三输入滑块，第一丝杆和第二丝杆的一端分别与第一驱动装置和第二驱动装置相连，第一丝杆和第二丝杆的另一端与第一导轨相连，所述第一组协调齿轮为一对渐开线齿轮，一对渐开线齿轮分别安装在第一丝杆和第二丝杆上； 所述第二输入装置包括第二导轨、第二组协调齿轮以及第三丝杆和第四丝杆，所述第四输入滑块安装在第二导轨上，所述第四输入滑块内部设有第三螺母、第四螺母、第三轴承和第四轴承，所述第三螺母和第四螺母的内圈分别与第三丝杆和第四丝杆配合，所述第三螺母和第四螺母的外圈分别与第三轴承和第四轴承配合，所述第三丝杆和第四丝杆穿过第四输入滑块，第三丝杆和第四丝杆的一端分别与第三驱动装置和第四驱动装置相连，第三丝杆和第四丝杆的另一端与第二导轨相连，所述第二组协调齿轮为一对渐开线齿轮，一对渐开线齿轮分别安装在第三丝杆和第四丝杆上。
9.根据权利要求3所述的并联式六维输出三十二输入冗余容错驱动模拟器，其特征在于，所述第三输入装置包括第三导轨、第三组协调齿轮以及第五丝杆和第六丝杆，所述第五输入滑块安装在第三导轨上，所述 第五输入滑块内部设有第五螺母、第六螺母、第五轴承和第六轴承，所述第五螺母和第六螺母的内圈分别与第五丝杆和第六丝杆配合，所述第五螺母和第六螺母的外圈分别与第五轴承和第六轴承配合，所述第五丝杆和第六丝杆穿过第五输入滑块，第五丝杆和第六丝杆的一端分别与第五驱动装置和第六驱动装置相连，第五丝杆和第六丝杆的另一端与第三导轨相连，所述第三组协调齿轮为一对渐开线齿轮，一对渐开线齿轮分别安装在第五丝杆和第六丝杆上； 所述第四输入装置包括第四导轨、第四组协调齿轮以及第七丝杆和第八丝杆，所述第六输入滑块安装在第四导轨上，所述第六输入滑块内部设有第七螺母、第八螺母、第七轴承和第八轴承，所述第七螺母和第八螺母的内圈分别与第七丝杆和第八丝杆配合，所述第七螺母和第八螺母的外圈分别与第七轴承和第八轴承配合，所述第七丝杆和第八丝杆穿过第六输入滑块，第七丝杆和第八丝杆的一端分别与第七驱动装置和第八驱动装置相连，第七丝杆和第八丝杆的另一端与第四导轨相连，所述第四组协调齿轮为一对渐开线齿轮，一对渐开线齿轮分别安装在第七丝杆和第八丝杆上； 所述第五输入装置包括第五导轨、第五组协调齿轮以及第九丝杆和第十丝杆，所述第七输入滑块安装在第五导轨上，所述第七输入滑块内部设有第九螺母、第十螺母、第九轴承和第十轴承，所述第九螺母和第十螺母的内圈分别与第九丝杆和第十丝杆配合，所述第九螺母和第十螺母的外圈分别与第九轴承和第十轴承配合，所述第九丝杆和第十丝杆穿过第七输入滑块，第九丝杆和第十丝杆的一端分别与第九驱动装置和第十驱动装置相连，第九丝杆和第十丝杆的另一端与第五导轨相连，所述第五组协调齿轮为一对渐开线齿轮，一对渐开线齿轮分别安装在第九丝杆和第十丝杆上； 所述第六输入装置包括第六导轨、第六组协调齿轮以及第十一丝杆和第十二丝杆，所述第八输入滑块安装在第六导轨上，所述第八输入滑块内部设有第十一螺母、第十二螺母、第十一轴承和第十二轴承，所述第十一螺母和第十二螺母的内圈分别与第十一丝杆和第十二丝杆配合，所述第十一螺母和第十二螺母的外圈分别与第十一轴承和第十二轴承配合，所述第i 丝杆和第十二丝杆穿过第八输入滑块，第i 丝杆和第十二丝杆的一端分别与第十一驱动装置和第十二驱动装置相连，第十一丝杆和第十二丝杆的另一端与第六导轨相连，所述第六组协调齿轮为一对渐开线齿轮，一对渐开线齿轮分别安装在第i^一丝杆和第十二丝杆上。
全文摘要
本发明公开了一种并联式六维输出三十二输入冗余容错驱动模拟器，包括工作台和三个相互垂直的工作面板，还包括四个四输入单输出冗余驱动单元和两个八输入单输出冗余驱动单元，四输入单输出冗余驱动单元的一端固定在工作面板上，四输入单输出冗余驱动单元的另一端铰接在工作台上，八输入单输出冗余驱动单元的一端固定在工作面板上，八输入单输出冗余驱动单元的另一端铰接在工作台上。本发明整体为1-2-3构型，在支链的适当部分采用冗余电机输入，这样可以兼顾了控制的方便性和输入功率的要求。本发明原理简单，控制灵活，系统寿命高，可达功率高，协调性好，可以很好的适应海浪模拟系统、地震模拟器、以及核电站等重型机械设备的使用需求。
文档编号G09B25/02GK103247217SQ20131014790
公开日2013年8月14日 申请日期2013年4月25日 优先权日2013年4月25日
发明者马春翔, 陈康, 郑茂琦, 陈伟聪, 高峰, 张建政 申请人:上海交通大学