本發(fā)明涉及一種并聯(lián)機構(gòu)，尤其涉及一種三自由度運動平臺，控制力矩陀螺儀和飛行器用起降平臺。

背景技術(shù)：

近幾十年來，并聯(lián)運動模擬臺中被研究最多、產(chǎn)品最多的就是六自由度并聯(lián)平臺，尤其是著名的stewart平臺，但是在很多情況下，車輛、艦船等的模擬并不需要六自由度，往往只需要三到四個自由度便可以滿足要求，此時采用六自由度運動平臺便造成了不必要的浪費?？臻g少自由度并聯(lián)平臺與傳統(tǒng)的六自由度并聯(lián)平臺相比，具有驅(qū)動元件少、結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計制造和控制的成本相對較低等優(yōu)點。

三自由度運動平臺的運動主要是運動平臺繞x/y軸轉(zhuǎn)動，且沿z軸上下滑動。傳統(tǒng)的三自由度運動平臺主要是使用電缸或液壓作為支撐驅(qū)動機構(gòu)，雖然承載能力強，但響應(yīng)速度慢，耗能大；也存在使用連桿支撐驅(qū)動，但承載能力不強，結(jié)構(gòu)強度低，如中國發(fā)明專利cn201210135821.7提出一種具有高靈活性的三自由度并聯(lián)機構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)兩維轉(zhuǎn)動和一維移動，但是其不足在于三個驅(qū)動分支不對稱布置，結(jié)構(gòu)的受力性能不好，不能承受很大的負載。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的第一目的在于提供一種響應(yīng)速度快且結(jié)構(gòu)強度高的三自由度運動平臺。

本發(fā)明的第二目的在于提供一種結(jié)構(gòu)強度高，安全可靠的控制力矩陀螺儀。

本發(fā)明的第三目的在于提供一種高穩(wěn)定性的飛行器用起降平臺。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的三自由度運動平臺，包括工作臺、基座、沿基座周向均勻分布的三組支撐裝置和驅(qū)動裝置，支撐裝置連接工作臺和基座。每組支撐裝置包括二轉(zhuǎn)動自由度的支承關(guān)節(jié)、第一推桿、第二推桿和推臂；支承關(guān)節(jié)的上端固定在工作臺上；第一推桿的上端與支承關(guān)節(jié)的下端的外側(cè)鉸接；第二推桿的上端與支承關(guān)節(jié)的下端的內(nèi)側(cè)鉸接；第一推桿的下端與推臂的外側(cè)鉸接；第二推桿的下端與推臂的內(nèi)側(cè)鉸接；推臂可旋轉(zhuǎn)的安裝在基座上，驅(qū)動裝置通過驅(qū)動推臂旋轉(zhuǎn)控制支承關(guān)節(jié)的升降。

由此可見，推臂通過第一推桿和第二推桿與支承關(guān)節(jié)鉸接利用第一推桿和第二推桿的雙推桿結(jié)構(gòu)，增強了支撐裝置的結(jié)構(gòu)強度，提高運動平臺的承受能力。三組支撐裝置沿基座周向均勻分布，進一步增強三自由度運動平臺的結(jié)構(gòu)的受力性能。驅(qū)動裝置通過驅(qū)動推臂旋轉(zhuǎn)控制支承關(guān)節(jié)的升降，沒有滑動連接，有利于提高三自由運動平臺的可靠性和安全性。

進一步方案為，驅(qū)動臂可旋轉(zhuǎn)地安裝在基座上，由驅(qū)動裝置驅(qū)動；第三推桿，其下端與驅(qū)動臂的外側(cè)鉸接，其上端與推臂的外側(cè)鉸接；第四推桿，其下端與驅(qū)動臂的內(nèi)側(cè)鉸接，其上端與推臂的內(nèi)側(cè)鉸接；第三桿與第四桿下端的鉸接軸距大于二者上端的鉸接軸距。由此可見，第三桿與第四桿上下端的差異鉸接軸距的設(shè)置使驅(qū)動臂進行小幅度偏轉(zhuǎn)，控制三自由度運動平臺做出較大的調(diào)整姿勢，從而提高三自由度運動平臺調(diào)節(jié)平衡的響應(yīng)速度。

進一步方案為，帶傳動裝置包括皮帶、第一輪和第二輪；第一輪可旋轉(zhuǎn)的安裝在基座上，由驅(qū)動裝置驅(qū)動；第二輪固定在推臂上；第一輪和第二輪通過皮帶傳動。第一輪和第二輪之間的傳動能緩和載荷沖擊且運行平穩(wěn)、低噪音、低振動簡單，調(diào)整方便。

另一種方案為，帶傳動裝置包括皮帶、第一輪和第二輪；第一輪可旋轉(zhuǎn)的安裝在基座上，由驅(qū)動裝置驅(qū)動；第二輪可旋轉(zhuǎn)的安裝在推臂上；第一輪和第二輪通過皮帶傳動；第二輪的兩側(cè)分別固定有第一齒輪和第二齒輪；推臂上通過單向軸承可旋轉(zhuǎn)地安裝有位于外側(cè)的第三齒輪和內(nèi)側(cè)的第四齒輪；第三齒輪與第一齒輪嚙合，第四齒輪與第二齒輪嚙合；第三齒輪上升時，其對應(yīng)的單向軸承阻止其相對其對應(yīng)的所述推臂轉(zhuǎn)動；第四齒輪上升時，其對應(yīng)的單向軸承阻止其相對其對應(yīng)的推臂轉(zhuǎn)動。推臂和齒輪同時進行動力傳輸，大大增加傳動載荷，降低傳動磨損，有效地提高傳動效率，保證傳動比的精確性，利于能量最大化利用。

進一步方案為，驅(qū)動臂固定在第一輪上，由驅(qū)動裝置驅(qū)動；第三推桿，其下端與驅(qū)動臂的外側(cè)鉸接，其上端與推臂的外側(cè)鉸接；第四推桿，其下端與驅(qū)動臂的內(nèi)側(cè)鉸接，其上端與推臂的內(nèi)側(cè)鉸接；第三桿與第四桿下端的鉸接軸距大于二者上端的鉸接軸距。由此可見，第三推桿、第四推桿和帶傳動裝置形成并聯(lián)機構(gòu)，進一步地提高支撐裝置對平臺的支承強度，大大增加傳動載荷，降低傳動磨損，提高傳動效率。

進一步方案為，基座下安裝有緩沖件，有利于降低三自由度運動平臺所受到的剛性沖擊。

優(yōu)選的，緩沖件為氣墊?？梢愿鶕?jù)不同的環(huán)境需求，調(diào)節(jié)氣墊內(nèi)的氣壓，使三自由度運動平臺在沖擊力的作用保持平穩(wěn)，減緩沖擊力對三自由度運動平臺損壞。設(shè)置有氣墊的三自由度運動平臺尤其適合安裝在船舶上，氣墊可有效消減船舶和三自由度運動平臺之間的沖擊，利于三自由度運動平臺的穩(wěn)定控制。

進一步方案為，氣墊包括沿基座的周向均布的第一氣墊部、第二氣墊部和第三氣墊部。第一氣墊部、第二氣墊部和第三氣墊部的均勻分布，有利于傳動裝置在基座上獲得均勻的受力點，保證三自由度運動平臺的穩(wěn)定穩(wěn)定性，降低氣墊制造成本。

為實現(xiàn)第二目的，本發(fā)明提供的控制力矩陀螺儀，具有上述方案中的三自由度運動平臺。由此方案可見，控制力矩陀螺安裝在三自由度運動平臺上，形成控制力矩陀螺儀?？刂屏赝勇蒹w積小而動量矩大，從具有該陀螺的控制力矩陀螺儀也可體積較小而定軸性強。用于飛行器、船、無人車等行駛裝置，以向其提供充分的穩(wěn)定性。而且，控制力矩陀螺儀具有不受電磁環(huán)境干擾的優(yōu)點，即使遇到突發(fā)狀況時，也能及時穩(wěn)定行駛裝置，確保安全，能滿足惡劣的環(huán)境下對穩(wěn)定性的需求。也可以通過主動改變?nèi)杂啥冗\動平臺的工作臺的繞x/y軸轉(zhuǎn)動的傾斜角度，改變控制力矩陀螺儀的控制力矩陀螺的姿態(tài)，增強行駛裝置的行駛的靈活性，本方案的三自由度運動平臺結(jié)構(gòu)強度高，安全可靠性高，尤其適合用于傳遞控制力矩，而且無需液壓系統(tǒng)，降低系統(tǒng)重量。

為實現(xiàn)第三目的，本發(fā)明提供的飛行器起降平臺，具有上述的三自由度運動平臺。本發(fā)明的三自由度運動平臺結(jié)構(gòu)強度高，尤其適合用于傳遞控制力矩，而且無需液壓系統(tǒng)，降低系統(tǒng)重量。三自由度運動平臺充當飛行器起降平臺，由三自由度運動平臺的工作臺繞x/y軸轉(zhuǎn)動，沿z軸滑動，可有效保持預(yù)定的姿態(tài)角度，且三自由度運動平臺的支撐裝置可使平臺傾轉(zhuǎn)較大角度，在較大震動的環(huán)境下為飛行器提供安全的起降平臺。

附圖說明

圖1是三自由度運動平臺實施例的立體圖；

圖2是三自由度運動平臺實施例的軸銷緩沖機構(gòu)示意圖；

圖3是控制力矩陀螺儀實施例的立體圖；

圖4是圖3的局部剖切圖；

圖5是飛行器起降平臺的附加平臺的示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例并對照附圖對本發(fā)明進行說明。

三自由度運動平臺實施例

如圖1所示，三自由度運動平臺100包括工作臺110、基座120、沿基座周向均勻分布的三組支撐裝置130和驅(qū)動裝置140，支撐裝置130連接工作臺110和基座120。每組支撐裝置130包括二轉(zhuǎn)動自由度的支承關(guān)節(jié)131、第一推桿132、第二推桿133和推臂134；支承關(guān)節(jié)131的上端固定在平臺110上；第一推桿132的上端與支承關(guān)節(jié)131的下端的外側(cè)鉸接；第二推桿133的上端與支承關(guān)節(jié)131的下端的內(nèi)側(cè)鉸接；第一推桿132的下端與推臂134的外側(cè)鉸接；第二推桿133的下端與推臂134的內(nèi)側(cè)鉸接；推臂134可旋轉(zhuǎn)的安裝在基座120上，驅(qū)動裝置140通過驅(qū)動推臂134旋轉(zhuǎn)控制支承關(guān)節(jié)131的升降。

其中，二轉(zhuǎn)動自由度的支承關(guān)節(jié)的機構(gòu)可以是球鉸、萬向節(jié)和其它二轉(zhuǎn)動自由度連接機構(gòu)，本發(fā)明選用虎克鉸作為轉(zhuǎn)動自由度的支撐關(guān)節(jié)。支承關(guān)節(jié)的內(nèi)、外側(cè)是相對于三自由度運動平臺的方位描述，即，靠近三自由度運動平臺中心的一側(cè)為支承關(guān)節(jié)的內(nèi)側(cè)，遠離三自由度運動平臺中心的一側(cè)為支承關(guān)節(jié)的外側(cè)。

推臂134通過第一推桿132和第二推桿133與支承關(guān)節(jié)131鉸接，利用第一推桿132和第二推桿133的雙推桿結(jié)構(gòu)，增強支撐裝置130的結(jié)構(gòu)強度，提高運動平臺110的承受能力。三組支撐裝置130沿基座120周向均勻分布，進一步增強三自由度運動平臺100的結(jié)構(gòu)的受力性能。驅(qū)動裝置140通過驅(qū)動推臂130旋轉(zhuǎn)控制支承關(guān)節(jié)131的升降，沒有滑動連接，有利于提高三自由運動平臺的可靠性和安全性。

驅(qū)動臂135可旋轉(zhuǎn)地安裝在基座120上，由驅(qū)動裝置140驅(qū)動；第三推桿136，其下端與驅(qū)動臂135的外側(cè)鉸接，其上端與推臂134的外側(cè)鉸接；第四推桿137，其下端與驅(qū)動臂135的內(nèi)側(cè)鉸接，其上端與推臂134的內(nèi)側(cè)鉸接；第三桿133與第四桿134下端的鉸接軸距大于二者上端的鉸接軸距。由此可見，第三桿133與第四桿134上下端的差異鉸接軸距的設(shè)置，使驅(qū)動臂135進行小幅度偏轉(zhuǎn)，間接控制三自由度運動平臺做出較大的調(diào)整姿勢，從而提高三自由度運動平臺調(diào)節(jié)平衡的響應(yīng)速度。

帶傳動裝置138包括皮帶1381、第一輪1382和第二輪1383；第一輪1382可旋轉(zhuǎn)的安裝在基座120上，由驅(qū)動裝置140驅(qū)動；第二輪1383可旋轉(zhuǎn)的安裝在推臂134上；第一輪1382和第二輪1383通過皮帶1381傳動；第二輪1383的兩側(cè)分別固定有第一齒輪1384和第二齒輪1385，固定安裝可通過焊接、粘結(jié)、一體成型等方式實現(xiàn)；推臂134上通過單向軸承（未示出）可旋轉(zhuǎn)地安裝有位于外側(cè)的第三齒輪1386和內(nèi)側(cè)的第四齒輪1387；第三齒輪1386與第一齒輪1384嚙合，第四齒輪1387與第二齒輪1385嚙合；第三齒1386輪上升時，其對應(yīng)的單向軸承阻止其相對其對應(yīng)的所述推臂134轉(zhuǎn)動；第四齒輪1387上升時，其對應(yīng)的單向軸承阻止其相對其對應(yīng)的推臂134轉(zhuǎn)動。推臂134和齒輪同時進行動力傳輸，大大增加傳動載荷，降低傳動磨損，有效地提高傳動效率，保證傳動比的精確性，利于能量最大化利用。

優(yōu)選的，第三推桿、第四推桿和帶傳動裝置形成并聯(lián)機構(gòu)，進一步地提高支撐裝置對平臺的支承強度，大大增加傳動載荷，降低傳動磨損，提高傳動效率。

可選的，三自由度運動平臺100的驅(qū)動傳動不限于以上的傳動方式，還可以僅帶傳動裝置和推桿一起驅(qū)動推桿轉(zhuǎn)動。

優(yōu)選的，單向軸承可旋轉(zhuǎn)地支承在推桿與推臂之間的鉸軸上。

在三自由度運動平臺100底部安裝緩沖件，降低三自由度運動平臺所受到的剛性沖擊，為工作臺提供良好的緩沖。

優(yōu)選的，緩沖件為氣墊，可以根據(jù)不同的環(huán)境需求，調(diào)節(jié)氣墊內(nèi)的氣壓，使三自由度運動平臺在沖擊力的作用保持平穩(wěn)，減緩沖擊力對三自由度運動平臺損壞。設(shè)置有氣墊的三自由度運動平臺尤其適合安裝在船舶上，氣墊可有效消減船舶和三自由度運動平臺之間的沖擊，利于三自由度運動平臺的穩(wěn)定控制。

氣墊包括沿基座的周向均布的第一氣墊部201、第二氣墊部202和第三氣墊部203。一氣墊部201、第二氣墊部202和第三氣墊部203的均勻分布，有利于傳動裝置在基座上獲得均勻的受力點，保證三自由度運動平臺的穩(wěn)定穩(wěn)定性，降低氣墊制造成本。

可選的，氣墊的第一氣墊部201、第二氣墊部202和第三氣墊部203可通過連接部連為整體。作為一種改進，第一氣墊部201、第二氣墊部202、第三氣墊部203和連接部分別由獨立氣艙組成，這樣有利于防止氣體互竄，避免氣墊局部垮塌。

優(yōu)選的，第一推桿132和第二推桿133的下端與推臂134鉸鏈鏈接，第三推桿136和第四推桿137下端與驅(qū)動臂135鉸鏈鏈接，優(yōu)選的，鉸鏈連接的銷軸上設(shè)有緩沖結(jié)構(gòu)，如圖2所示。彈簧2直徑大的一端固定在銷軸座1上，彈簧4直徑大的一端固定在銷軸座5上，彈簧2和彈簧4直徑小的一端固定在中間軸承上。利用中間軸承，有效減少推臂與推桿之間的摩擦。優(yōu)選的，彈簧設(shè)有預(yù)緊力，當受到剛性沖擊時，彈簧吸收沖擊力發(fā)生形變，減弱沖擊力對三自由度運動平臺的損壞。

控制力矩陀螺儀實施例

如圖3所示，控制力矩陀螺儀包括控制力矩陀螺301和三自由度運動平臺302?？刂屏赝勇?01通過工作臺303固定在三自由度運動平臺302上。本實施例的三自由度運動平臺302與前述實施例中的三自由度運動平臺的區(qū)別在于工作臺303的結(jié)構(gòu)。如圖4所示，工作臺303內(nèi)設(shè)置有容納控制力矩陀螺301的內(nèi)腔，控制力矩陀螺301中部與工作臺303相連接，控制力矩陀螺301四周懸空不與工作臺303發(fā)生接觸，有利于控制力矩陀螺定軸性的發(fā)揮。控制力矩陀螺體積小而動量矩大，從具有該陀螺的控制力矩陀螺儀也可體積較小而定軸性強。用于飛行器、船、無人車等行駛裝置，以向其提供充分的穩(wěn)定性。而且，控制力矩陀螺儀具有不受電磁環(huán)境干擾的優(yōu)點，即使遇到突發(fā)狀況時，也能及時穩(wěn)定行駛裝置，確保安全，能滿足惡劣的環(huán)境下對穩(wěn)定性的需求。也可以通過主動改變?nèi)杂啥冗\動平臺的工作臺的繞x/y軸轉(zhuǎn)動的傾斜角度，改變控制力矩陀螺儀的控制力矩陀螺的姿態(tài)，增強行駛裝置的行駛的靈活性，本方案的三自由度運動平臺結(jié)構(gòu)強度高，尤其適合用于傳遞控制力矩，而且無需液壓系統(tǒng)，降低系統(tǒng)重量。

控制力矩陀螺固定在三自由度運動平臺上，三自由度運動平臺的基座可不安裝緩沖裝置，直接與所需控制的對象如行駛裝置進行連接。

飛行器起降平臺實施例

本發(fā)明提供的飛行器起降平臺，具有三自由度運動平臺實施例中所述的三自由度運動平臺。三自由度運動平臺結(jié)構(gòu)強度高，尤其適合用于傳遞控制力矩，而且無需液壓系統(tǒng)，降低系統(tǒng)重量。三自由度運動平臺充當飛行器起降平臺，由三自由度運動平臺的工作臺繞x/y軸轉(zhuǎn)動，沿z軸滑動，可有效保持預(yù)定的姿態(tài)角度，且三自由度運動平臺的支撐裝置可使平臺傾轉(zhuǎn)較大角度，在較大震動的環(huán)境下，為飛行器提供安全起降的平臺。

優(yōu)選的，三自由度運動平臺作為飛行器起降平臺時，在工作臺上還可安裝附加的平臺401，滿足不同飛行器的需要，如圖5所示。

當三自由運動平臺的基座底部的緩沖件為氣墊時，該飛行器起降平臺尤其適合安裝在船舶上，氣墊可有效消減船舶和三自由度運動平臺之間的沖擊，利于三自由度運動平臺的穩(wěn)定控制。

以上是結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明所作的詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施方式只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下做出若干等同替代或明顯變型，而且性能或用途相同，都應(yīng)當視為屬于本發(fā)明由所提交的權(quán)利要求書確定的專利保護范圍。