自动调平三脚架的制作方法

本实用新型属于三脚架技术领域，涉及到自动调平三脚架。

背景技术：

三脚架适用于车载、船载，在静态和动态状态下对转台系统进行自动升降和调平，使天线和雷达在动态和静态状态下始终对目标保持稳定的工作状态。现有的三脚架结构简单，三个分支杆的下端为自由端，三个分支杆的上端都与转台安装平台铰接，分支杆下端与载体之间的接触面积较小，使得三脚架整体在工作时的稳定性较差。

技术实现要素：

本实用新型为了克服现有技术的缺陷，设计了自动调平三脚架，工作时的稳定性好，不工作时，可以折叠收藏起来，方便携带运输。

本实用新型所采取的具体技术方案是：自动调平三脚架，包括上端都与转台安装平台铰接的三个分支杆，关键是：所述的三脚架还包括带有转动副的固定平台，分支杆与转动副一一对应设置且分支杆下端与转动副铰接、分支杆上端借助球铰与转台安装平台铰接、至少两个转动副与固定平台形成转动配合且三个转动副都是借助锁紧件与固定平台锁紧固定使三个转动副的公共轴线平行设置形成为三脚架的折叠收藏机构。

与固定平台形成转动配合的转动副的数量为两个。

所述的转台安装平台和固定平台的中心处都开设有走线孔。

所述的分支杆为电动推杆或电动伺服缸，固定平台上设置有控制单元，转台安装平台上设置有姿态监测单元，分支杆的驱动单元与控制单元之间为双向连接，分支杆的电源单元输出端与控制单元连接，姿态监测单元的信号输出端与控制单元连接。

所述固定平台的直径为400-550mm，转台安装平台的直径为300-450mm。

所述的固定平台上开设有三个弧形槽，三个弧形槽与固定平台同轴设置且沿固定平台的圆周方向均匀排布，弧形槽沿径向的宽度为10-13mm，弧形槽所对应的圆心角为8°-12°。

本实用新型的有益效果是：利用固定平台可以增大三脚架与载体之间的接触面积，提高三脚架整体在工作过程中的稳定性，转动副和球铰的设置使得三脚架在不工作时，可以将转台安装平台降落到载体上，将三脚架折叠收藏起来，可以降低转台和天线的高度，便于携带运输，而且结构简单，操作方便。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的主视图。

图3为3RPS机构简图。

图4为本实用新型的伺服控制机构原理图。

图5为本实用新型中各分支杆的受力情况。

附图中，1代表转台安装平台，2代表转动副，3代表球铰，4代表分支杆，5代表走线孔，6代表固定平台，7代表弧形槽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做详细说明：

具体实施例，如图1、图2所示，自动调平三脚架，包括上端都与转台安装平台1铰接的三个分支杆4，还包括带有转动副2的固定平台6，分支杆4为电动推杆或电动伺服缸，固定平台6上设置有控制单元，转台安装平台1上设置有姿态监测单元，分支杆的驱动单元与控制单元之间为双向连接，分支杆的电源单元输出端与控制单元连接，姿态监测单元的信号输出端与控制单元连接。电动推杆体积小、精度高、自锁性能好、电机直接驱动不需要油路，更加干净卫生；电动伺服缸强度高、速度高、定位精度高、运动平稳、噪音低、维护成本低。分支杆4与转动副2一一对应设置且分支杆4下端与转动副2铰接、分支杆4上端借助球铰3与转台安装平台1铰接、至少两个转动副2与固定平台6形成转动配合且三个转动副2都是借助锁紧件与固定平台6锁紧固定使三个转动副2的公共轴线平行设置形成为三脚架的折叠收藏机构。

利用固定平台6可以增大三脚架与载体之间的接触面积，提高三脚架整体在工作过程中的稳定性，转动副2和球铰3的设置使得三脚架在不工作时，调整转动副2的角度，使三个转动副2的公共轴线平行设置，此时，三个分支杆4可以向同一个方向旋转，从而将转台安装平台1降落到载体上，将三脚架折叠收藏起来，可以降低转台和天线的高度，便于携带运输，而且结构简单，操作方便。三脚架的质量在25kg以内，重量轻，便于搬运，而且稳定性好，具备防风、防雨、防风沙功能。其中，与固定平台6形成转动配合的转动副2的数量优选为两个，三脚架不工作时，只需要调整这两个转动副2的角度，使这两个转动副2的公共轴线与另一个转动副2的公共轴线平行即可，工作效率更高。

转动副2包括底板、架设在底板上的公共轴、下端与公共轴铰接且上端与分支杆4固定连接的连动板，锁紧件为螺杆，底板的中心处和固定平台6上都开设有螺孔，底板借助由下向上依次穿过两个螺孔的螺杆与固定平台6锁紧固定，底板下端面与螺杆相对应的位置开设有沉槽，螺杆的下端面位于沉槽内使固定平台6的下端面与载体可靠接触，保证三脚架具有较好的稳定性。

作为对本实用新型的进一步改进，转台安装平台1和固定平台6的中心处都开设有走线孔5，电缆和天线都可以通过走线孔5进入载体内，使得整体更加整齐有序。

作为对本实用新型的进一步改进，固定平台6的直径为400-550mm且优选为450mm，与位于其下方的载体具有足够大的接触面积，更加稳定可靠，转台安装平台1的直径为300-450mm且优选为350mm，与转台之间具有足够大的接触面积，连接更加牢固可靠。

固定平台6上开设有三个弧形槽7，利用弧形槽7可以将固定平台6与载体固定连接，并且使固定平台6具有一定的旋转角度，从而调节位于转台上的天线的方向。三个弧形槽7与固定平台6同轴设置且沿固定平台6的圆周方向均匀排布，弧形槽7沿径向的宽度为10-13mm且优选为11mm，则用于连接固定平台6与载体的连接杆直径也是11mm，足够大的直径使得连接杆具有足够的强度，弧形槽7所对应的圆心角为8°-12°且优选为10°，满足使用需求即可，确保固定平台6与载体之间具有足够大的接触面积。

三脚架的参数设计过程如下所示：

①三脚架的自由度计算：

根据Kutabach-Grubler公式计算机构自由度，

其中n为三脚架的构件数，g为运动副数量。

如图3所示，3RPS机构中每个分支都含有一个转动副R、一个移动副P和一个球副S，由图3可知，该机构总的构件数n＝8，运动副数g＝9，其中转动副和移动副的自由度数都为1，球面副的自由度数为3，所以按照Kutabach-Grubler公式可以得到：

可见三脚架共有三个自由度，可以实现升降运动和两轴的调平运动。

②运动学反解：

设α，β为转台安装平台绕定坐标系X、Y轴的转角，Zc为转台安装平台中心点相对于定坐标系O-xyz的移动。

A_i点在定坐标系O-xyz下的坐标为：

a_i点在动坐标系c-cxcycz下的坐标为：ai＝(rcθ_i,rsθ_i,0)^T，

设则a_i点在定坐标系O-xyz下的坐标为^oai＝^cRoai，驱动杆长L_i可表示为：L_i＝|ai-Ai|(i＝1,2,3)，将a_i和A_i坐标值代入上式，可得3-RPS并联机构的位置反解：

通过以上分析，若已知α，β、Zc，可以求出各运动分支杆的长度，即整个三脚架是可控的。

③伺服控制机构原理：

伺服控制机构主要包括控制单元、分支杆的驱动单元、分支杆的电源单元、安装在转台安装平台上的姿态监测单元，伺服控制机构的原理框图如图4所示，其中，姿态监测单元采用倾角仪，可以保证系统具有0.2°的调平精度。

伺服控制机构的工作原理为：用户定期将姿态送给控制单元，作为整个系统的核心，其采用具有多轴运动控制功能的控制器，在多轴同步运动控制、前瞻运算方面性能优异，同时采集当前姿态监测单元数据，根据运动学逆解获得期望分支杆长度，通过协调各驱动单元运动实现转台安装平台调整，并可充分保证稳定的转台安装平台精度。同时控制单元还具有极强的数学计算能力，在进行运动控制的同时，也承担了三脚架的运动学正反解计算。

系统启动后则自动读取循环缓冲区中的指向指令，当有新指令出现时，则将其转换为对应于转台安装平台的姿态指令，然后读取系统参数，伺服系统误差体现为分支杆长度的控制精度。

根据当前指向和目标指向，对转台安装平台的指向运动估计进行优化及规划，使得运动过程中各分支杆受力均衡且避免奇异位姿的出现。然后将优化得到的轨迹进行离散，并对各离散位姿进行运动学反解计算，将各分支杆离散长度值在缓冲区组成杆长序列，控制单元分别读取各分支杆长度序列数据，驱动各分支杆进行长度调整，进而实现三脚架的调整。

④分支杆长度及行程的计算：

当转动副的公共轴线中心点到固定平台圆心之间的距离为200mm(即三个转动副的公共轴线中心点位于直径为400mm的圆上)、球铰中心点到转台安装平台圆心之间的距离也是200mm时(即三个球铰中心点位于直径为400mm的圆上)，对三脚架进行初步设计分析，根据②中的运动学反解，利用Matlab编程计算整个三脚架在从初始500mm升至1075mm，并在该高度上实现各方向±10°的位姿调整时，各分支杆所需要的最大长度为1181.4mm，所需要电动推杆的最大行程为574.6mm。

在Adams中建立仿真模型，在转台安装平台上添加集中力模拟负载，力的作用点为距离安装面以上150mm处，力的大小为400N，在平台从0°调整到10°的过程中，各分支杆的受力情况如图5所示，其中，三个分支杆的受力情况分别由MOTION_1、MOTION_2和MOTION_3表示，由图5可知，MOTION_2与MOTION_3的受力大小相等且都随着时间延长而减小，MOTION_1的受力大小随着时间延长而增大，在运动过程中，分支杆最大受力约为155N，所需电机功率为考虑一定余量，选用20W电机，三个电机共60W，整个系统功率为80W。

⑤三脚架处于工作状态时，三个转动副的公共轴线的分布是沿直径为400mm的圆的切线方向；需要收藏三脚架时，将其中两个转动副连带与其连接的分支杆转动一定的角度，使三个转动副的公共轴线平行设置，这样三个分支杆可以向同一方向倾斜，从而使转台安装平台收藏下来，保证三脚架与转台、天线的总高度小于550mm(具体高度与转台和天线的高度有关)。

⑥控制布局及走线：

转台控制盒安装在转台上或者是转台安装平台上，控制单元安装在固定平台上，转台上的所有线缆及位于转台上方的天线都通过转台安装平台上的走线孔、及固定平台上的走线孔走入载体内，该部分走线孔可以根据线缆多少安装航插进行转接。其中，转台线缆主要包括两根动力线和两根信号线，由于转台安装平台上安装有倾角仪，所以还有一根倾角仪线缆，因此，转台安装平台上共有五根线缆(两根动力线、三根信号线)，而分支杆的驱动单元线缆从驱动单元处直接到固定平台上的走线孔，三个驱动单元共三根线缆。