防倾翻的重载多自由度运动平台的制作方法

1.本发明涉及多自由度运动平台技术领域，具体而言涉及防倾翻的重载多自由度运动平台。


背景技术：

2.6自由度并联机构是并联机器人机构中的一大类，是国内外学者研究得最多的并联机构，广泛应用在飞行模拟器、6维力与力矩传感器和并联机床等领域。
3.相对于串联机器人，并联机器人具有高刚性和高有效载荷重量比以及更高的精度，由于其在重载条件具有优势，因此，并联机器人会在一些重载的环境下作为模拟运动平台，但当其中一个电动缸故障时，很容易发生运动平台的倾翻，造成安全隐患。


技术实现要素：

4.针对现有技术中重载运动平台的缺陷与不足，本发明目的在于在不影响运动平台正常活动的情况下，在保证转动效果不受影响的情况下，提升防倾翻装置自身的稳定性。
5.本发明提出一种防倾翻的重载多自由度运动平台，包括：
6.静平台；
7.动平台；
8.驱动部件，连接在静平台和动平台之间，用于控制所述动平台相对于静平台实现俯仰和侧倾运动；
9.缓冲部件，连接到所述静平台和动平台之间；
10.其中，所述缓冲部件包括折叠杆组和连接到所述折叠杆组上下两端的连接座，其中第一连接座连接到静平台，第二连接座连接到动平台，所述折叠杆组的拉伸和压缩方向为竖直方向，所述折叠杆组被设置成具有拉伸极限和压缩极限，使第一连接座和第二连接座沿竖直方向上在一定范围内自由活动。
11.优选的，所述折叠杆组包括连接到第一连接座、第二连接座之间的一对折叠杆，其中，每个折叠杆具有压缩极限位置和拉伸极限位置，当处于压缩极限位置时，所述折叠杆无法继续折叠压缩，使第一连接座、第二连接座保持在第一间距，当处于拉伸极限位置时，两个折叠杆相互碰撞而限制其继续拉伸，使所述第一连接座、第二连接座保持在第二间距。
12.优选的，所述折叠杆包括上杆和下杆，所述上杆和下杆的结构相同，所述上杆和下杆包括向折叠方向拱起的碰撞结构，所述碰撞结构的两端为铰接端，所述碰撞结构具有第一碰撞面和第二碰撞面，当所述折叠杆处于压缩极限位置时，所述上杆、下杆的第一碰撞面相互接触，当所述折叠杆处于拉伸极限位置时，第一折叠杆的上杆、下杆的第二碰撞面与第二折叠杆的上杆、下杆的第二碰撞面相互接触。
13.优选的，所述第一碰撞面和第二碰撞面为平面。
14.优选的，所述第一碰撞面和第二碰撞面的一端相接。
15.优选的，所述第一碰撞面和第二碰撞面上设有橡胶垫。
16.优选的，所述上杆和下杆还包括加强杆，所述加强杆的第一端和第二端分别连接到碰撞结构的两端。
17.优选的，所述折叠杆组处于拉伸位置和压缩位置时，处于同一竖直平面内。
18.优选的，所述第二连接座包括上下两个连接板，两个所述连接板之间设有十字轴承和位于十字轴承外侧的线性缓冲件，其中，所述第二连接座的上连接板通过球形连接部件与所述线性缓冲件连接，使上连接板随动平台运动时，下连接板保持平行于静平台。
19.优选的，所述线性缓冲件包括气弹簧或线性弹簧结构。
20.优选的，所述线性弹簧结构包括销柱和弹簧，所述第二连接座的下连接板以及所述第一连接座的连接板上设有所述销柱，所述弹簧套在所述销柱外。
21.与现有技术相比，本发明的优点在于：
22.本发明通过在动平台和静平台之间设置自由度大于约束的缓冲部件，第一连接座通过弹簧和球形连接部件的配合，可使第一连接座的上端面随动平台的翻转而翻转，折叠杆组被适应性的拉长或压缩，不影响运动平台正常的运动，仅当伸缩缸失效，动平台失去稳定发生倾斜时，折叠杆组会快速地被拉长或压缩，直至碰撞面上的缓冲垫接触，阻止动平台进一步地倾斜，起到限位保护作用。
附图说明
23.附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：
24.图1是本发明所示的防倾翻的重载多自由度运动平台的结构示意图；
25.图2是本发明所示的缓冲部件的结构示意图；
26.图3是本发明所示的第二连接座的结构示意图；
27.图4是本发明所示的第一连接座的结构示意图；
28.图5是本发明所示的多自由度平台受拉状态的示意图；
29.图6是本发明所示的缓冲部件受拉状态的示意图；
30.图7是本发明所示的多自由度平台受压状态的示意图；
31.图8是本发明所示的缓冲部件受压状态的示意图。
具体实施方式
32.为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
33.结合图1所示，本发明提出一种防倾翻的重载多自由度运动平台，主要包括静平台10、动平台20、驱动部件以及缓冲部件。
34.动平台20上通常被安装负载，例如驾驶模拟器、飞行模拟器、动感影院座椅等，驱动部件的第一端均连接到静平台10，第二端均连接到动平台20，能控制动平台20相对于静平台10实现俯仰和侧倾运动，模拟运动环境。
35.在可选的实施例中，驱动部件是并联的伸缩缸30，例如两个或三个伸缩缸30的并联(图示为两个)，可实现更大的负载能力和精准性。
36.进一步的，为了增加多自由度平台的可靠性，结合图示，支撑体11固定到静平台
10，上端设有十字节12，动平台20连接到十字节12，使动平台20能相对于静平台10发生倾斜和俯仰动作。
37.由于负载较大，且通常是载人环境，因此，其安全性备受重视，伸缩缸30通常采用电动缸，电动缸在重载情况下失效时，很容易造成电动缸损坏，使动平台20超出原有行程，具有极大的安全隐患，因此，缓冲部件连接到静平台10和动平台20之间，并位于支撑体11远离伸缩缸30的一侧。
38.如此，缓冲部件作为被动限位部件，连接在主动驱动件的另一侧，起到稳定动平台20的作用，且不会影响伸缩杆30驱动动平台20在正常的行程内活动。
39.进一步的，缓冲部件被设置成自由度大于约束，且优选的，通过弹簧缓冲部件的引入可以对欠约束的防倾翻装置起到弥补自由度，增加稳定性的作用。
40.可选的，缓冲部件包括折叠杆组40和连接到所述折叠杆组40上下两端的连接座50，其中第一连接座52连接到静平台10，第二连接座51连接到动平台20，折叠杆组40的拉伸和压缩方向为竖直方向，折叠杆组40被设置成具有拉伸极限和压缩极限，使第一连接座52和第二连接座51沿竖直方向上在一定范围内自由活动。
41.其中，缓冲部件的上下两端分别连接到第一连接座52和第二连接座51，尤其是缓冲部件被设置成在第一连接座52和第二连接座51之间沿竖直方向上在一定范围内自由活动。由于缓冲部件不会发生倾斜，可降低缓冲部件随动平台20倾倒的风险，且可以降低缓冲部件40铰接处的剪力。
42.如此，通过折叠杆组40在拉伸位置和压缩位置之间的自由变化，可适应动平台20倾斜和俯仰动作时的位移量，不会对动平台20的运动造成干扰，并且为了在限位位置获得可靠的支撑，折叠杆组40在拉伸位置和压缩位置之间变化时，优选处于同一平面内，即，折叠杆组40仅包括上下方向的一个自由度，如此不会导致达到限位位置时，发生水平方向的变形，导致限位失效。
43.结合图2所示，折叠杆组40包括连接到第一连接座52、第二连接座51之间的一对折叠杆，其中，每个折叠杆具有压缩极限位置和拉伸极限位置，当处于压缩极限位置时，折叠杆无法继续折叠压缩，使第一连接座52、第二连接座51保持在第一间距，当处于拉伸极限位置时，两个折叠杆相互碰撞而限制其继续拉伸，使第一连接座52、第二连接座51保持在第二间距。
44.通过折叠杆压缩极限和拉伸极限的方式对第一连接座52、第二连接座51之间的间距进行限位，可保持在限位位置之间不对第一连接座52、第二连接座51之间的相互靠近或远离运动产生阻力，而在到达限位位置时，可达到可靠的限位效果。
45.进一步的，折叠杆包括上杆401和下杆402，上杆401和下杆402的结构相同，上杆401和下杆402包括向折叠方向拱起的碰撞结构41，碰撞结构41的两端为铰接端，碰撞结构41具有第一碰撞面411和第二碰撞面412，当折叠杆处于压缩极限位置时，上杆401、下杆402的第一碰撞面411相互接触，当折叠杆处于拉伸极限位置时，第一折叠杆的上杆401、下杆402的第二碰撞面412与第二折叠杆的上杆401、下杆402的第二碰撞面412相互接触。
46.如此，通过上杆401和下杆402的结构特征，使上杆401和下杆402向折叠的过程中，通过上杆401和下杆402相互碰撞而限制上杆401和下杆402的拉伸和压缩极限。
47.在可选的实施例中，结合图2所示，向折叠方向拱起的碰撞结构41为弯折的杆状，
被构造呈拱形，由三根杆首尾相接形成，其中，第一根杆和第二根杆的表面形成第一碰撞面411和第二碰撞面412。
48.如图所示的，第一碰撞面411和第二碰撞面412为平面。
49.在其他的实施例中，碰撞结构41还可以是圆弧形的杆状，所形成的第一碰撞面411和第二碰撞面412为弧面。
50.在上述的实施例中，为了使结构紧凑，第一碰撞面411和第二碰撞面412的一端相接。
51.优选的，第一碰撞面411和第二碰撞面412上设有橡胶垫43。如此，可降低碰撞面碰撞形成的噪音和冲击力。
52.进一步的，结合图示，为了增加上杆401和下杆402的结构稳定性和强度，加强杆42的第一端和第二端分别连接到碰撞结构41的两端。
53.结合图5-6所示，以并联运动平台为例，当动平台20被两个伸缩缸30所驱动，使折叠杆组40发生拉伸，当拉伸到上限位时，左侧的折叠杆和右侧的折叠杆发生碰撞，即第一折叠杆的上杆401、下杆402的第二碰撞面412与第二折叠杆的上杆401、下杆402的第二碰撞面412相互接触，以完成限位和缓冲。
54.结合图7-8所示，以并联运动平台为例，当动平台20被两个伸缩缸30所驱动，使折叠杆组40发生压缩，当压缩到下限位时，折叠杆的上杆401和下杆402发生碰撞，即上杆401、下杆402的第一碰撞面411相互接触，以完成限位和缓冲。
55.在上述的实施例中，折叠杆组40处于拉伸位置和压缩位置时，处于同一竖直平面内，折叠杆组40的每个铰接轴轴线平行与静平台10。
56.进一步的，结合图3和图4所示，第一连接座52和第二连接座51均包括两个连接板，两个连接板之间设有十字轴承53和位于十字轴承外侧的线性缓冲件，其中，第二连接座51的上连接板通过球形连接部件与线性缓冲件连接。
57.如此，当动平台20运动时，即动平台20的平面与水平面具有一定的倾角，而折叠杆组40需要保持在竖直平面内，因此，第二连接座51的上连接板通过球形连接部件与线性缓冲件连接，通过线性缓冲部件提供形变，使第二连接座51的上连接板与动平台20保持连接，第二连接座51的下连接板与折叠杆组40保持连接，且下连接板处于水平方向。
58.可选的，线性缓冲件包括气弹簧或线性弹簧结构。
59.其中，线性弹簧结构包括销柱551和弹簧54，第二连接座的下连接板以及第一连接座的连接板上设有销柱551，弹簧54套在销柱551外。
60.在其他的实施例中，线性弹簧结构还可以是设置到弹簧54外侧的护套，旨在阻止弹簧54向偏离轴线方向发生位移或变形。
61.结合图3所示，在具体的实施例中，第二连接座51均包括上安装板511和下连接板55，上安装板511和下连接板55之间设有十字轴承53，可使上安装板511相对于下连接板55倾斜或俯仰，即适应动平台20的角度变化，而保持下连接板55处于水平位置，进一步的，为了提高弹性支撑性，在十字轴承53的外围设有四个弹簧54，并且弹簧54的下部均设有销柱551，可以阻止弹簧发生偏离轴向的变形，弹簧54的顶部设有球形连接部件，可使上安装板511倾斜时，保持弹簧处于竖直状态。
62.可选的，球形连接部件包括碗型结构的球窝512以及可以在球窝512中滑动的滑球
513，球窝512固定到安装板511的下端面，滑球513固定在弹簧54的顶部，以十字轴承53作为中点，当安装板511的左侧倾斜时，左侧的弹簧54压缩，右侧的弹簧54被拉伸，当安装板511的右侧倾斜时，右侧的弹簧54压缩，左侧的弹簧54被拉伸，但保持下连接板55处于水平位置，因此，当动平台20倾斜时，折叠杆组40的伸缩保持在竖直平面内，不会向水平方向产生压力，保证结构的稳定可靠。
63.在上述的实施例中，折叠杆组40处于拉伸位置或压缩位置时，伸缩缸30处于拉伸极限位置或压缩极限位置。即可以在伸缩缸30的极限位置处通过折叠杆组40起到限位作用，防止动平台20产生过渡倾斜和倾翻。
64.结合以上实施例，本发明通过在动平台和静平台之间设置自由度大于约束的缓冲部件，第一连接座通过弹簧和球形连接部件的配合，可使第一连接座的上端面随动平台的翻转而翻转，折叠杆组被适应性的拉长或压缩，不影响运动平台正常的运动，仅当伸缩缸失效，动平台失去稳定发生倾斜时，折叠杆组会快速地被拉长或压缩，直至碰撞面上的缓冲垫接触，阻止动平台进一步地倾斜，起到限位保护作用。
65.虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。