专利名称：大质量构件变半径俯仰运动的控制方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及大质量构件运动控制领域，尤其涉及大质量构件的变半径俯仰运动控 制。
背景技术：
目前，常用的负载绕自质心俯仰运动装置通常的实现方式为在过物块质心的轴 线上安装转轴及轴承，用电机驱动转轴以实现负载绕自质心的俯仰运动。对于需要经常更换负载的装置，上述方法存在以下不足1、更换负载后质心与之 前质心有偏移，无法调整机构的转轴；2、对于大质量构件负载，有时存在电机驱动力不足问 题；3、电机安装位置难以确定或需要传动装置；4、对于运动精度要求较高的装置，要求的 设计精度及安装精度要求较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种通过位置差补方法实 现大质量构件变半径俯仰运动的控制方法；还提供一种结构紧凑、动作精度高、运行可靠的 大质量构件变半径俯仰运动的装置。为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案一种大质量构件变半径俯仰运动的控制方法，其特征在于包括如下步骤1)安装安装固定所述大质量构件；2)俯仰驱动驱动所述大质量构件绕一转动中心点A做俯仰运动，转动一定角度 α，此过程中所述大质量构件的质心0在水平方向上的偏移量为ΔΧ，在竖直方向上的偏移 量为ΔΥ;3)差补驱动在步骤2)进行的同时，驱动所述大质量构件(3)及转动中心点A做 水平差补运动和竖直差补运动，令大质量构件(3)在俯仰运动过程中其质心0相对大地坐 标位置保持不变，所述水平差补运动方向与所述步骤2)中所述水平偏移方向相反，所述水 平差补运动的位移量为ΔΧ，所述竖直差补运动方向与所述步骤2)中所述竖直偏移方向相 反，所述竖直差补运动的位移量ΔY。作为本发明的控制方法的进一步改进所述大质量构件做俯仰运动时，所述角度α的值由角度传感器采集获取，再根据 取得的角度α的值与已知的转动中心点A与质心0之间的间距计算出在水平方向上的偏 移量和在竖直方向上的偏移量。本发明还提供一种一种大质量构件变半径俯仰运动的装置，包括俯仰驱动机构、俯仰工作台、控制单 元以及用来固定大质量构件的载物工作台，所述俯仰驱动机构固定在所述俯仰工作台上， 所述载物工作台的一端与所述俯仰驱动机构相连，所述载物工作台的另一端通过旋转副与 所述俯仰工作台相连，所述控制单元与所述俯仰驱动机构相连，其特征在于，所述俯仰工作台下方设有可令所述大质量构件的质心在完成俯仰运动过程时相对大地坐标位置保持不 变的差补驱动机构，所述差补驱动机构与所述控制单元相连。作为本发明的装置的进一步改进所述差补驱动机构包括竖直驱动单元、水平驱动单元，所述竖直驱动单元的一端 装设于水平驱动单元上，所述竖直驱动单元的另一端与所述俯仰工作台的底部相连。所述旋转副处设有用于检测所述大质量构件在俯仰运动中转动角度的角度传感 器，所述角度传感器与所述控制单元相连。所述俯仰驱动机构包括俯仰驱动缸和用于检测所述俯仰驱动缸在俯仰运动中运 动行程的俯仰距离传感器，所述俯仰驱动缸连接在所述载物工作台和所述俯仰工作台之 间，所述俯仰距离传感器与所述控制单元相连。
所述水平驱动单元包括水平底座、水平驱动缸、水平导轨、水平运动平台，所述水 平驱动缸和所述水平导轨装设在所述水平底座上，所述水平导轨沿所述水平驱动缸伸缩端 的伸缩方向平行设置，所述水平驱动缸伸缩端与所述水平运动平台相连，所述水平运动平 台与所述竖直驱动单元相连。所述水平驱动单元包括用于检测其在差补驱动中水平运动行程的水平距离传感 器，所述水平距离传感器与所述控制单元相连。所述竖直驱动单元包括竖直基座、竖直驱动缸、竖直导轨，所述竖直驱动缸和所述 竖直导轨安装在所述竖直基座上，所述竖直导轨沿所述竖直驱动缸伸缩端的伸缩方向平行 设置，所述竖直驱动缸的伸缩端与所述俯仰工作台底部相连，所述竖直基座与所述水平运 动平台相连。所述竖直驱动单元包括用于检测其在差补驱动中竖直运动行程的竖直距离传感 器，所述竖直距离传感器与所述控制单元相连。与现有技术相比，本发明的优点在于(1)本发明的大质量构件变半径俯仰运动的控制方法，采用驱动大质量构件沿转 动中心点做俯仰运动，并采用对水平方向上的偏移量ΔΧ与竖直方向上的偏移量ΔΥ进行 反向差补运动的控制方法，实现大质量构件变半径俯仰运动过程中其自质心位置相对大地 坐标不变；步骤简单，在控制过程中，通过传感器采集的角度α、以及已知的AO间距计算水 平偏移量“ ΔΧ”和竖直偏移量“ ΔΥ”的数值，精度高、可使动作更精准可靠。(2)本发明的大质量构件变半径俯仰运动的装置，采用俯仰驱动机构驱动载物工 作台上的大质量负载做俯仰运动，装置整体结构紧凑；在大质量构件的质心发生偏移时，能 够通过竖直驱动单元与水平驱动单元做出相应补偿运动来修正所述质心位置的偏移量，实 现大质量构件的质心在俯仰运动中相对大地坐标始终不变；在竖直驱动单元与水平驱动单 元中设置相应距离传感器，可利用传感器向控制单元反馈各驱动机构的位移，使各运动更 精确；使用驱动缸驱动，驱动力大；在驱动缸的伸缩杆旁设置平行的导轨，可使水平驱动单 元或竖直驱动单元的动作更平稳、流畅。
图1是本发明的控制方法的流程示意图；图2是本发明的实施例的原理示意图3是本发明的实施例的主视结构示意图；图4是本发明的实施例的俯仰驱动机构的主视结构示意图；图5是本发明的实施例的水平驱动单元的主视结构示意图；图6是本发明的实施例的图5的俯视结构示意图；图7是本发明的实施例的水平驱动单元的水平底座的俯视结构示意图；图8是本发明的实施例的竖直驱动单元的立体结构示意图。图中各标号表示1、俯仰驱动机构；101、俯仰距离传感器；102、俯仰驱动缸；2、载物工作台；3、大质量构件；4、旋转副；401、角度传感器；5、差补驱动机构；501、竖直驱动单元；502、竖直距离 传感器；503、水平驱动单元；504、水平距离传感器；505、竖直基座；506、竖直导轨；507、竖 直驱动缸；508、水平底座；509、水平驱动缸；510、水平导轨；511、水平运动平台；6、俯仰工 作台；7、控制单元。
具体实施例方式以下将结合附图对本发明实施例作详细的说明。如图1、图2所示，本发明的大质量构件变半径俯仰运动的控制方法，包括下列步 骤1)安装首先将大质量构件3安装在载物工作台2上，设大质量构件3的质心为 0，0点相对大地坐标为(X，Y)；2)俯仰驱动控制单元7控制俯仰驱动机构1推动载物工作台2绕旋转副4的中 心A点做俯仰运动，转动一定角度α，设此时的0点的坐标为(Χ+ΔΧ，Υ+ΔΥ)，角度传感器 401将采集到的角度α的数值传输给控制单元7，控制单元7通过角度α与已知的AO点 间的间距“L”计算出质心0在水平方向上的偏移量“ΔΧ”和竖直方向上的偏移量“ Δ Y”的 数值；其中ΔΥ = Lsina，ΔΧ = L(l_cosa )。3)差补驱动在步骤2)进行的同时，控制单元7向竖直驱动单元501发送启动指 令，当竖直距离传感器502检测到竖直驱动单元501沿步骤2)竖直偏移的反方向运动到 “ Δ Y”位置时，控制单元7向竖直驱动单元501发送停止指令；同时，控制单元7向水平驱动 单元503发送启动指令，当水平距离传感器504检测到水平驱动单元503沿步骤2)水平偏 移的反方向运动到“ ΔΧ”位置时，控制单元7向水平驱动单元503发送停止指令，水平驱动 单元503停止运动；此时0点相对大地坐标为(X，Y)，回到了最初位置，令大质量构件3做 俯仰运动过程中，其质心0相对于大地坐标保持不变。本实施例中，如图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8所示，本发明的大质量构件变 半径俯仰运动的装置，包括俯仰驱动机构1、俯仰工作台6、用于安装大质量构件3的载物工 作台2、差补驱动机构5和控制单元7，载物工作台2的一端与俯仰驱动机构1连接，载物工 作台2的另一端通过旋转副4与俯仰工作台6相连，控制单元7控制俯仰驱动机构1驱动 载物工作台2以及安装在其上的大质量构件3绕旋转副4做俯仰运动，差补驱动机构5固 定在俯仰工作台6下，控制单元7控制差补驱动机构5对俯仰运动中产生的大质量构件3 的质心0的偏移量进行修正、补偿。旋转副4处设有用于检测大质量构件3在俯仰运动中转动角度的角度测量传感器401，角度传感器401与控制单元7相连。俯仰驱动机构1包括俯仰驱动缸102和用于检测俯仰驱动缸102在俯仰运动中运动行程的俯仰距离传感器101，俯仰驱动缸102连接在载物 工作台2和俯仰工作台6之间，俯仰距离传感器101与控制单元7相连。差补驱动机构5包括竖直驱动单元501、水平驱动单元503，竖直驱动单元501的 一端装设于水平驱动单元503上，竖直驱动单元501的另一端与俯仰工作台6的底部相连。水平驱动单元503包括水平底座508、水平驱动缸509、水平导轨510、水平运动平 台511、以及水平距离传感器504，水平驱动缸509和水平导轨510装设在水平底座508上， 水平导轨510沿水平驱动缸509伸缩端的伸缩方向平行设置，水平驱动缸509伸缩端与水 平运动平台511相连，水平运动平台511与竖直驱动单元501相连，水平距离传感器504与 控制单元7相连，用于检测水平驱动单元503在差补驱动中水平运动行程。竖直驱动单元501包括竖直基座505、竖直驱动缸507、竖直导轨506、以及竖直距 离传感器502，竖直驱动缸507和竖直导轨506安装在竖直基座505上，竖直导轨506沿竖 直驱动缸507伸缩端的伸缩方向平行设置，竖直驱动缸507的伸缩端与俯仰工作台6底部 相连，竖直基座505与水平运动平台511相连，竖直距离传感器502与控制单元7相连，用 于检测竖直驱动单元501在差补驱动中竖直运动行程。俯仰驱动缸102、竖直驱动缸507、水平驱动缸509均采用液压缸。采用距离传感器采集各驱动机构的位移数据，对各零件加工及组装的精度要求 低，同时能够保证各驱动机构的位移精确度，使质心0的位移差补方法更精准可靠。以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施 例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域 的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，例如差补驱动机构 的水平和竖直两向差补增加成三向差补，应视为本发明的保护范围。
权利要求
一种大质量构件变半径俯仰运动的控制方法，其特征在于包括如下步骤1)安装安装固定所述大质量构件(3)；2)俯仰驱动驱动所述大质量构件(3)绕一转动中心点A做俯仰运动，转动一定角度α，此过程中所述大质量构件(3)的质心O在水平方向上的偏移量为ΔX，在竖直方向上的偏移量为ΔY；3)差补驱动在步骤2)进行的同时，驱动所述大质量构件(3)及转动中心点A做水平差补运动和竖直差补运动，令大质量构件(3)在俯仰运动过程中其质心O相对大地坐标位置保持不变，所述水平差补运动方向与所述步骤2)中的所述水平偏移方向相反，所述水平差补运动的位移量为ΔX，所述竖直差补运动方向与所述步骤2)中的所述竖直偏移方向相反，所述竖直差补运动的位移量为ΔY。
2.根据权利要求1所述的大质量构件变半径俯仰运动的控制方法，其特征在于所述 大质量构件(3)做俯仰运动时，所述角度α的值由角度传感器(401)采集获取，再根据取 得的角度α的值与已知的转动中心点A与质心O之间的间距计算出在水平方向上的偏移 量和在竖直方向上的偏移量。
3.一种大质量构件变半径俯仰运动的装置，包括俯仰驱动机构(1)、俯仰工作台(6)、 控制单元(7)以及用来固定大质量构件(3)的载物工作台(2)，所述俯仰驱动机构(1)固定 在所述俯仰工作台(6)上，所述载物工作台(2)的一端与所述俯仰驱动机构(1)相连，所述 载物工作台(2)的另一端通过旋转副(4)与所述俯仰工作台(6)相连，所述控制单元(7) 与所述俯仰驱动机构(1)相连，其特征在于，所述俯仰工作台(6)下方设有可令所述大质量 构件(3)的质心在完成俯仰运动过程时相对大地坐标位置保持不变的差补驱动机构(5)， 所述差补驱动机构(5)与所述控制单元(7)相连。
4.根据权利要求3所述的大质量构件变半径俯仰运动的装置，其特征在于，所述差补 驱动机构(5)包括竖直驱动单元(501)、水平驱动单元(503)，所述竖直驱动单元(501)的 一端装设于水平驱动单元(503)上，所述竖直驱动单元(501)的另一端与所述俯仰工作台 (6)的底部相连。
5.根据权利要求3或4所述的大质量构件变半径俯仰运动的装置，其特征在于，所述旋 转副(4)处设有用于检测所述大质量构件(3)在俯仰运动中转动角度的角度传感器(401)， 所述角度传感器(401)与所述控制单元(7)相连。
6.根据权利要求3或4所述的大质量构件变半径俯仰运动的装置，其特征在于，所述俯 仰驱动机构(1)包括俯仰驱动缸(102)和用于检测所述俯仰驱动缸(102)在俯仰运动中运 动行程的俯仰距离传感器(101)，所述俯仰驱动缸(102)连接在所述载物工作台(2)和所述 俯仰工作台(6)之间，所述俯仰距离传感器(101)与所述控制单元(7)相连。
7.根据权利要求4所述的大质量构件变半径俯仰运动的装置，其特征在于，所述水平 驱动单元(503)包括水平底座(508)、水平驱动缸(509)、水平导轨(510)、水平运动平台 (511)，所述水平驱动缸(509)和所述水平导轨(510)装设在所述水平底座(508)上，所述 水平导轨(510)沿所述水平驱动缸(509)伸缩端的伸缩方向平行设置，所述水平驱动缸 (509)伸缩端与所述水平运动平台(511)相连，所述水平运动平台(511)与所述竖直驱动单 元(501)相连。
8.根据权利要求4或7所述的大质量构件变半径俯仰运动的装置，其特征在于，所述水平驱动单元(503)包括用于检测其在差补驱动中水平运动行程的水平距离传感器(504)， 所述水平距离传感器(504)与所述控制单元(7)相连。
9.根据权利要求4所述的大质量构件变半径俯仰运动的装置，其特征在于，所述竖直 驱动单元(501)包括竖直基座(505)、竖直驱动缸(507)、竖直导轨(506)，所述竖直驱动缸 (507)和所述竖直导轨(506)安装在所述竖直基座(505)上，所述竖直导轨(506)沿所述竖 直驱动缸(507)伸缩端的伸缩方向平行设置，所述竖直驱动缸(507)的伸缩端与所述俯仰 工作台(6)底部相连，所述竖直基座(505)与所述水平运动平台(511)相连。
10.根据权利要求4或9所述的大质量构件变半径俯仰运动的装置，其特征在于，所 述竖直驱动单元(501)包括用于检测其在差补驱动中竖直运动行程的竖直距离传感器 (502)，所述竖直距离传感器(502)与所述控制单元(7)相连。
全文摘要
本发明公开了一种大质量构件变半径俯仰运动的控制方法和装置，采用驱动大质量构件绕一转动中心点做俯仰运动，并采用对水平方向上的偏移量ΔX与竖直方向上的偏移量ΔY进行反向差补运动的控制方法，实现大质量构件变半径俯仰运动过程中其自质心位置相对大地坐标不变。大质量构件变半径俯仰运动的装置，包括俯仰驱动机构、俯仰工作台、控制单元以及用来固定大质量构件的载物工作台，所述俯仰工作台下方设有可令所述大质量构件的质心在完成俯仰运动过程时相对大地坐标位置保持不变的差补驱动机构，所述差补驱动机构与所述控制单元相连。本发明具有结构紧凑、动作精度高、运行可靠的优点。
文档编号G05B19/02GK101819413SQ201010132089
公开日2010年9月1日 申请日期2010年3月25日 优先权日2010年3月25日
发明者吴学忠, 崔红娟, 张旭, 王雄, 邱华诚, 陈志华, 陶溢 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学