本發(fā)明屬于試驗(yàn)設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及到一種多自由度解耦平臺(tái)及其控制方法。

背景技術(shù)：

1、運(yùn)載火箭等大尺寸試件進(jìn)行全箭模態(tài)試驗(yàn)時(shí)，可采用底部弱剛度支承結(jié)構(gòu)將試件托舉，通常需要在支承結(jié)構(gòu)和試驗(yàn)件之間，串聯(lián)一個(gè)可以釋放兩方向平動(dòng)自由度和兩方向傾斜轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的解耦平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)模態(tài)試驗(yàn)所要求的自由邊界條件。

2、例如申請(qǐng)?zhí)枮?02120413818.1的中國(guó)專利，發(fā)明名稱為多自由度靜壓解耦平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)上述需求。上述專利所提到的傾斜自由度解耦是通過(guò)球頭球、窩結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，但在針對(duì)運(yùn)載火箭等重型試驗(yàn)件時(shí)，大尺寸球頭加工、裝配要求高，生產(chǎn)成本高，配裝廢品率高，在結(jié)構(gòu)整體測(cè)試時(shí)，球頭、球窩結(jié)構(gòu)的修配區(qū)及檢測(cè)修配效果測(cè)試難度大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種多自由度解耦平臺(tái)及控制方法，平臺(tái)采用兩個(gè)正交圓柱面結(jié)構(gòu)，在接觸面設(shè)計(jì)靜壓油膜，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)正交的平動(dòng)方向和兩個(gè)正交的傾斜轉(zhuǎn)動(dòng)方向的無(wú)摩擦運(yùn)動(dòng)，并降低了解耦平臺(tái)的加工、裝配和測(cè)試成本。

2、本發(fā)明提供了一種多自由度解耦平臺(tái)，包括上臺(tái)、中臺(tái)和下臺(tái)。其中，下臺(tái)屬于固定底座，其上方加工有外凸圓柱表面；中臺(tái)下方與下臺(tái)接觸處加工有與下臺(tái)同尺寸內(nèi)凹圓柱表面；中臺(tái)內(nèi)凹圓柱表面可以沿下臺(tái)外凸圓柱表面轉(zhuǎn)動(dòng)與軸向滑動(dòng)，釋放沿軸線的平動(dòng)自由度與旋轉(zhuǎn)自由度；中臺(tái)上方加工有內(nèi)凹圓柱面，此圓柱面軸線與下方圓柱面軸線正交；上臺(tái)下方加工有與中臺(tái)上方內(nèi)凹圓柱面同尺寸外凸圓柱面；上臺(tái)外凸圓柱面可以沿中臺(tái)內(nèi)凹圓柱面轉(zhuǎn)動(dòng)與軸線滑動(dòng)，釋放沿軸線的平動(dòng)自由度與旋轉(zhuǎn)自由度。

3、所述多自由度解耦平臺(tái)中臺(tái)上內(nèi)凹圓柱面和下內(nèi)凹圓柱面分別加工有n組獨(dú)立的靜壓油腔，高壓油通過(guò)節(jié)流器及油路送入靜壓油腔內(nèi)，使中臺(tái)與上臺(tái)及下臺(tái)配合圓柱面內(nèi)形成高壓油膜，消除了相對(duì)運(yùn)動(dòng)摩擦力。

4、所述靜壓油腔的總面積與解耦機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)承載有關(guān)。

5、所述中臺(tái)上內(nèi)凹圓柱面和下內(nèi)凹圓柱面四周設(shè)計(jì)集油槽，靜壓油腔內(nèi)的高壓油液經(jīng)柱面間隙外流后匯入集油槽。

6、所述多自由度解耦平臺(tái)中臺(tái)，安裝有進(jìn)油口與回油口，在中臺(tái)內(nèi)部，進(jìn)油口通過(guò)內(nèi)部油道依次與節(jié)流器和靜壓油腔連接，回油口通過(guò)內(nèi)部油道與集油槽連接；在中臺(tái)外部，進(jìn)油口用來(lái)連接高壓供油管路，回油口用來(lái)連接負(fù)壓回油管路。

7、所述多自由度解耦平臺(tái)的基本控制方法如下：

8、s1：聯(lián)通高壓油源、負(fù)壓抽油泵與多自由度解耦平臺(tái)的供油管路

9、s2：先開(kāi)啟負(fù)壓抽油泵，再開(kāi)啟高壓油源，實(shí)現(xiàn)多自由度解耦平臺(tái)供回油

10、s3：將需釋放自由度的試驗(yàn)件放置于多自由度解耦平臺(tái)上

11、由于試驗(yàn)件反復(fù)吊裝不便，且大質(zhì)量試驗(yàn)件難以整體吊裝，例如運(yùn)載火箭，多為分段吊裝，逐級(jí)組裝，故本發(fā)明還提供一種基于多自由度解耦平臺(tái)的承載系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括：多自由度解耦平臺(tái)，試驗(yàn)件，底部承載機(jī)構(gòu)，下限位裝置，回油管路，負(fù)壓抽油泵，高壓油源，供油管路。

12、該系統(tǒng)控制方法如下：

13、k1：將多自由度解耦平臺(tái)下臺(tái)與可垂向運(yùn)動(dòng)底部承載機(jī)構(gòu)固連；

14、k2：在底部承載機(jī)構(gòu)附近布置可承受試驗(yàn)件質(zhì)量的下限位裝置，該裝置可在承載機(jī)構(gòu)落下時(shí)，避免解耦機(jī)構(gòu)與試驗(yàn)件接觸；

15、k3：將需釋放自由度的試驗(yàn)件放置于下限位裝置上；

16、k4：聯(lián)通高壓油源、負(fù)壓抽油泵與多自由度解耦平臺(tái)的供油管路；

17、k5：先開(kāi)啟負(fù)壓抽油泵，再開(kāi)啟高壓油源，實(shí)現(xiàn)多自由度解耦平臺(tái)供回油；

18、k6：利用底部承載機(jī)構(gòu)舉升將多自由度解耦平臺(tái)與試驗(yàn)件一并舉起。

19、試驗(yàn)件可同時(shí)在兩個(gè)水平方向和兩個(gè)傾斜轉(zhuǎn)動(dòng)方向無(wú)摩擦自由運(yùn)動(dòng)，即實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)件運(yùn)動(dòng)的解耦。

20、本發(fā)明的有益效果如下：

21、1.本發(fā)明采用配合面為圓柱面結(jié)構(gòu)，圓柱面具有加工精度、檢測(cè)精度容易保證的優(yōu)點(diǎn)，且圓柱面間的修配難度小，測(cè)試容易。

22、2.本發(fā)明采用正交圓柱面釋放自由度，可以通過(guò)對(duì)配合圓柱面的正交布置，使多自由度解耦平臺(tái)可以釋放兩個(gè)方向的平動(dòng)自由度與兩個(gè)方向的傾斜旋轉(zhuǎn)自由度。

23、3.本發(fā)明可方便的實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)件托舉與自由度釋放的試驗(yàn)邊界條件。

技術(shù)特征：

1.一種多自由度解耦平臺(tái)，其特征在于，包括上臺(tái)、中臺(tái)和下臺(tái)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多自由度解耦平臺(tái)，其特征在于，所述多自由度解耦平臺(tái)中臺(tái)上內(nèi)凹圓柱面和下內(nèi)凹圓柱面分別加工有多組獨(dú)立的靜壓油腔，高壓油通過(guò)節(jié)流器及油路送入靜壓油腔內(nèi)，使中臺(tái)與上臺(tái)及下臺(tái)配合圓柱面內(nèi)形成高壓油膜，可以消除相對(duì)運(yùn)動(dòng)摩擦力。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多自由度解耦平臺(tái)，其特征在于，所述中臺(tái)的上內(nèi)凹圓柱面和下內(nèi)凹圓柱面四周設(shè)計(jì)集油槽，靜壓油腔內(nèi)的高壓油經(jīng)柱面間隙外流后匯入集油槽。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種多自由度解耦平臺(tái)，其特征在于，所述中臺(tái)，安裝有進(jìn)油口與回油口。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種多自由度解耦平臺(tái)，其特征在于，所述中臺(tái)內(nèi)部，進(jìn)油口通過(guò)內(nèi)部油道依次與節(jié)流器和靜壓油腔連接，回油口通過(guò)內(nèi)部油道與集油槽連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種多自由度解耦平臺(tái)，其特征在于，所述中臺(tái)外部，進(jìn)油口用來(lái)連接高壓供油管路，回油口用來(lái)連接負(fù)壓回油管路。

7.根據(jù)權(quán)利要求1-6所述的一種多自由度解耦平臺(tái)，其特征在于，可多個(gè)多自由度解耦平臺(tái)協(xié)同使用，承載同一試驗(yàn)件。

8.根據(jù)權(quán)利要求1-7所述的一種多自由度解耦平臺(tái)，其特征在于，可實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)件同時(shí)在兩個(gè)水平方向和兩個(gè)傾斜轉(zhuǎn)動(dòng)方向無(wú)摩擦自由運(yùn)動(dòng)。

9.一種基于如權(quán)利要求1-8所述的多自由度解耦平臺(tái)的承載系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：多自由度解耦平臺(tái)，底部承載機(jī)構(gòu)，下限位裝置，回油管路，負(fù)壓抽油泵，高壓油源，供油管路；底部承載機(jī)構(gòu)為可垂向運(yùn)動(dòng)承載機(jī)構(gòu)，多自由度解耦平臺(tái)的下臺(tái)與底部承載機(jī)構(gòu)固連；所述下限位裝置可在底部承載機(jī)構(gòu)落下時(shí)，避免解耦機(jī)構(gòu)與試驗(yàn)件接觸。

10.一種如權(quán)利要求9所述的多自由度解耦平臺(tái)的承載系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種多自由度解耦平臺(tái)、一種基于多自由度解耦平臺(tái)的承載系統(tǒng)及其控制方法，該平臺(tái)包括：上臺(tái)、中臺(tái)和下臺(tái)，其中下臺(tái)屬于固定底座，其上方加工有外凸圓柱表面；中臺(tái)下方與下臺(tái)接觸處加工有與下臺(tái)同尺寸內(nèi)凹圓柱表面；中臺(tái)內(nèi)凹圓柱表面可以沿下臺(tái)外凸圓柱表面轉(zhuǎn)動(dòng)與軸向滑動(dòng)，釋放沿軸線的平動(dòng)自由度與旋轉(zhuǎn)自由度；中臺(tái)上方加工有內(nèi)凹圓柱面，此圓柱面軸線與下方圓柱面軸線正交；上臺(tái)下方加工有與中臺(tái)上方內(nèi)凹圓柱面同尺寸外凸圓柱面；上臺(tái)外凸圓柱面可以沿中臺(tái)內(nèi)凹圓柱面轉(zhuǎn)動(dòng)與軸線滑動(dòng)，釋放沿軸線的平動(dòng)自由度與旋轉(zhuǎn)自由度。使用該多自由度解耦平臺(tái)，試驗(yàn)件可同時(shí)在兩個(gè)水平方向和兩個(gè)傾斜轉(zhuǎn)動(dòng)方向無(wú)摩擦自由運(yùn)動(dòng)。

技術(shù)研發(fā)人員：李亞男,侯京鋒,朱曦全,竇雪川,郝巖研,高飛,王沖,石航,芮鵬,劉玥,王麗娟,張慧,丁可欣
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京強(qiáng)度環(huán)境研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19