一种四自由度姿态调平机构的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于并联机器人技术领域，涉及一种四自由度姿态调平机构。
【背景技术】
[0002]随着社会的发展，贸易全球化的进程，节能减排的迫切需要，海洋运输业以其特有的节约能源而越来发达。然而船员们的晕船，工作效率低。精密仪器的保护也在督促着轮船减振系统的提高。随着市场需求的发展，传统的减振系统得到广泛的应用，但是其存在的减振效果越来越满足不了船员们生活工作的的需要;在此提出一种可应用于轮船减振系统的并联机构。
[0003]并联机构通常由动平台、静平台及两平台之间的若干支链组成，具有刚度大、速度快、精度高的优点，在工业机器人、运动模拟器、并联机床等领域得到广泛应用。近年来，并联机构应用于调姿减振系统受到国内外学者的广泛关注，并已经开始了相关的应用研究。并联机构应用于减振，可实现多维、高精度的控制动平台运动，以保持其平稳的位姿。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是:基于上述问题，本发明提供一种四自由度姿态调平机构。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的一个技术方案是:一种四自由度姿态调平机构，包括一个四边形动平台、一个四边形定平台以及连接动平台和定平台对应角的四条支链，第一支链包括依次连接的球副、第一连杆、第一虎克副、第一驱动块、第一移动副和第一方柱，或者第一支链包括依次连接的球副、第一连杆、第一转动副、第一驱动块、圆柱副和圆柱，第二支链包括依次连接的第二虎克副、第二连杆、第二转动副、第二驱动块、第二移动副和第二方柱，第一方柱、圆柱和第二方柱分别固定在定平台上表面的角上，球副和第二虎克副分别与动平台的一个角相连，第一支链与第三支链结构相同并对角设置，第二支链与第四支链结构相同并对角设置，定平台的边长和动平台的边长不等，第一支链、第二支链、第三支链和第四支链分别与动平台、定平台连接形成一个空间并联闭环机构，通过四个输入运动驱动动平台运动，实现两个平动自由度和两个转动自由度。
[0006]进一步地，定平台和动平台均呈正方形，定平台的边长大于动平台的边长。
[0007]进一步地，第二支链、第四支链的第二转动副连接在第二方柱的内侧。
[0008]进一步地，第一支链、第三支链的第一转动副连接在圆柱的内侧。
[0009]进一步地，第一移动副、圆柱副和第二移动副为主动驱动。
[0010]本发明的有益效果是:通过四个主动驱动的移动运动副驱动动平台运动，实现空间内的两维平动运动和两维旋转运动;该机构具有结构简明、运动学相对简单、控制相对简洁的特点；为多维减振、飞行模拟机、少自由度抓取机构构等并联运动装备提供了新机型，为其开发与实用化提供了可能。
【附图说明】
[0011 ]下面结合附图对本发明进一步说明。
[0012]图1是本发明实施例1的结构示意图；
[0013]图2是本发明实施例2的结构示意图。
[0014]其中:1.第一支链，2.第二支链，3.第三支链，4.第四支链，5.动平台，6.定平台，
11.球副，12.第一连杆，13.第一虎克副，14.第一驱动块，15.第一移动副，16.第一方柱，17.第一转动副，18.圆柱副，19.圆柱，21.第二虎克副，22.第二连杆，23.第二转动副，24.第二驱动块，25.第二移动副，26.第二方柱。
【具体实施方式】
[0015]现在结合具体实施例对本发明作进一步说明，以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。
[0016]实施例1
[0017]如图1示的一种四自由度姿态调平机构，包括一个四边形动平台5、一个四边形定平台6以及连接动平台5和定平台6对应角的四条支链，第一支链I包括依次连接的球副11、第一连杆12、第一虎克副13、第一驱动块14、第一移动副15和第一方柱16，第二支链2包括依次连接的第二虎克副21、第二连杆22、第二转动副23、第二驱动块24、第二移动副25和第二方柱26，第一方柱16、圆柱19和第二方柱25分别固定在定平台6上表面的角上，球副11和第二虎克副21分别与动平台5的一个角相连，第一支链I与第三支链3结构相同并对角设置，第二支链2与第四支链4结构相同并对角设置。
[0018]当并联机构应用于轮船需要实现减振功能时，机构中的四个移动副为主动驱动，采用液压缸为驱动方式，需要减振的工作室安装在动平台上。以第一支链为例，在机构工作时，液压缸驱动移动副实现驱动块上下移动。
[0019]当波浪从船体前后面过来时，会造成轮船Z轴的移动和X轴的转动(设第二支链和第四支链的第二方柱的连线为X轴，第一支链和第三支链的第一方柱的连线为Y轴，X轴方向为船体前后)，这时四个液压缸同时驱动移动副向上下移动，此刻机构实现Z轴方向的移动，实现了Z轴方向的移动减振;同时调整第二支链和第四支链移动副速度不同，可实现动平台在X轴方向上转动，实现了 X轴方向的转动减振。
[0020]当波浪从船体左右两侧过来时，会造成轮船Z轴的移动和Y轴的转动，这时四个液压缸同时驱动移动副向上下移动，此刻机构实现Z轴方向的移动，实现了 Z轴方向的移动减振；同时调整第一支链和第三支链移动副速度不同，可实现动平台在Y轴方向上转动，实现了Y轴方向的转动减振。
[0021]当船体需要加速减速时，调整第二支链和第四支链的移动副位置，速度以达到X轴的移动减振。
[0022]实施例2
[0023]如图2示的一种四自由度姿态调平机构，包括一个四边形动平台5、一个四边形定平台6以及连接动平台5和定平台6对应角的四条支链，第一支链I包括依次连接的球副11、第一连杆12、第一转动副17、第一驱动块14、圆柱副18和圆柱19，第二支链2包括依次连接的第二虎克副21、第二连杆22、第二转动副23、第二驱动块24、第二移动副25和第二方柱26，第一方柱16、圆柱19和第二方柱25分别固定在定平台6上表面的角上，球副11和第二虎克副21分别与动平台5的一个角相连，第一支链I与第三支链3结构相同并对角设置，第二支链2与第四支链4结构相同并对角设置。第一支链、第三支链的第一移动副15、第一虎克铰13分别用圆柱副18和第一转动副17替换，原理上是将第一虎克铰13所包含两转动自由度提取出一个合并到第一驱动块14的第一移动副15上。
[0024]并联机构在实现飞行模拟时，动平台安放机舱。
[0025]当模拟飞机起飞时，第二支链的移动副略高速向上驱动，第四支链的移动副略低速向上驱动，此时机构动平台实现X轴的转动和Y轴的伴随移动。让人体会到向上向前的加速超重感觉(设第一支链和第三支链的圆柱的连线为X轴，第二支链和第四支链的第二方柱的连线为Y轴)。
[0026]当模拟飞机平稳飞行转弯时，第一支链和第三支链的圆柱副垂直上下相反驱动，实现X轴的转动，同时让人体会到角加速度的超重感受。
[0027]当模拟飞机降落时只需要按照模拟起飞相反程序即可。
[0028]该并联机构的工作空间减小，精度提高，可应用于多维减振装置，机构中的移动副和圆柱副可为磁流变阻器。在飞行模拟机构应用中，机构的两平移分别为前后和上下平移，可模拟为飞机的前后和上下加速度，机构的两转动可模拟出飞机转弯。四个自由度共同作用可达到身临其境的感觉。
[0029]以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
【主权项】
1.一种四自由度姿态调平机构，其特征是:包括一个四边形动平台、一个四边形定平台以及连接动平台和定平台对应角的四条支链，第一支链包括依次连接的球副、第一连杆、第一虎克副、第一驱动块、第一移动副和第一方柱，或者第一支链包括依次连接的球副、第一连杆、第一转动副、第一驱动块、圆柱副和圆柱，第二支链包括依次连接的第二虎克副、第二连杆、第二转动副、第二驱动块、第二移动副和第二方柱，第一方柱、圆柱和第二方柱分别固定在定平台上表面的角上，球副和第二虎克副分别与动平台的一个角相连，第一支链与第三支链结构相同并对角设置，第二支链与第四支链结构相同并对角设置，定平台的边长和动平台的边长不等，第一支链、第二支链、第三支链和第四支链分别与动平台、定平台连接形成一个空间并联闭环机构，通过四个输入运动驱动动平台运动，实现两个平动自由度和两个转动自由度。2.根据权利要求1所述的一种四自由度姿态调平机构，其特征是:所述的定平台和动平台均呈正方形，定平台的边长大于动平台的边长。3.根据权利要求1所述的一种四自由度姿态调平机构，其特征是:所述的第二支链、第四支链的第二转动副连接在第二方柱的内侧。4.根据权利要求1所述的一种四自由度姿态调平机构，其特征是:所述的第一支链、第三支链的第一转动副连接在圆柱的内侧。5.根据权利要求1所述的一种四自由度姿态调平机构，其特征是:所述的第一移动副、圆柱副和第二移动副为主动驱动。
【专利摘要】本发明涉及一种四自由度姿态调平机构，包括动平台、定平台以及四条支链，第一支链包括依次连接的球副、第一连杆、第一虎克副、第一驱动块、第一移动副和第一方柱，或者第一支链包括依次连接的球副、第一连杆、第一转动副、第一驱动块、圆柱副和圆柱，第二支链包括依次连接的第二虎克副、第二连杆、第二转动副、第二驱动块、第二移动副和第二方柱，第一支链与第三支链结构相同并对角设置，第二支链与第四支链结构相同并对角设置。本发明的有益效果是：具有结构简明、运动学相对简单、控制相对简洁的特点；为少自由度多维减振、飞行模拟、抓取机构机构等并联运动装备提供了新机型，为其开发与实用化提供了可能。
【IPC分类】B25J9/00
【公开号】CN105563467
【申请号】CN201610072188
【发明人】朱伟, 刘晓飞, 戴志明
【申请人】常州大学
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2016年2月2日