一种并联式多维调姿与隔振一体化平台

1.本发明涉及一种一体化平台，更具体地说，它涉及一种并联式多维调姿与隔振一体化平台。


背景技术：

2.随着人类对海洋、陆地及太空等空间的探索不断深入，越来越多的科技设备被广泛应用于海陆空领域，为船舰、车辆、卫星等载体上的精密仪器与设备提供稳定的惯性空间，尽量消除载体产生的扰动对其性能的发挥至关重要。上述环境对载体造成多维、高幅、宽频随机扰动，因此设计一种大范围多维位姿调整与高带宽隔振的一体化装置十分必要。
3.公开号为cn107225562b的中国专利提出了一种并联调姿隔振复合平台，其通过双层独立的并联机构，可实现位姿和振动的独立隔离，但双层机构形式导致装备的连接件尺寸与整机体积过大，且只能消除高频振动扰动。公开号为cn107225562b的中国专利提出了一种含三角形分支的四自由度串并混联调姿隔振平台，该发明采用串联隔振器与并联调姿平台串联为混联装备，可实现调姿与隔振的独立调控。公开号为cn106842546b的中国专利提出了一种指向和隔振一体化多维并联平台及系统，该发明通过控制音圈电机输出可实现姿态和振动的独立控制。目前，受驱动器带宽限制，隔振装置不具备跨越高、中、低多频段的能力。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种并联式多维调姿与隔振一体化平台，该并联式多维调姿与隔振一体化平台能够大幅调整平台的姿态和固有频率，满足多维、高幅、宽频随机扰动隔离需求。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种并联式多维调姿与隔振一体化平台，包括有动平台、静平台以及连接动平台与静平台的六条主动支链，六条所述主动支链的结构设置相同，其中四条主动支链沿动平台长度方向排列且两两对称设置于两侧，另外两条主动支链位于四条主动支链中间且沿动平台宽度方向排列设置；
6.六条所述主动支链均包括有复合驱动单元、第一连接件、第一定长杆、第二连接件，所述复合驱动单元与静平台连接，所述第一定长杆的一端通过第一连接件与复合驱动单元连接，另一端通过第二连接件与动平台连接；
7.所述静平台上设置有状态监测器，所述动平台上设置有惯性传感器；
8.所述复合驱动单元内设置有两个驱动件，用于根据状态监测器检测到的静平台的运动状态，结合惯性传感器测量动平台，在非惯性下演算两个驱动件的输出值。
9.综上所述，本发明具有以下有益效果：(1)动平台、静平台和六条主支链构成的平台系统，其具备六自由度运动输出、响应速度快，刚度大等特性，可适应多种复杂工况；
10.(2)采用液压可控阻尼器改变复合驱动单元的输出阻尼力，进而调节整个平台的固有频率，可实现高带宽频率振动隔离；
11.(3)融入可控阻尼器的复合驱动单元，其结构简单紧凑，可大幅调整平台的姿态和固有频率，以满足多维、高幅、宽频随机扰动隔离需求。
附图说明
12.图1是并联式多维调姿与隔振一体化平台的整体结构图。
13.图2是主动支链的结构示意图。
14.图3是复合驱动单元的结构示意图。
15.图4是静平台的结构示意图。
16.附图标记：1、动平台；10、可控阻尼器；11、第二连接轴；12、惯性传感器；13、球副；14、第一支座；15、滑块连接板；16、第二支座；17、丝杆滑块；18、丝杆导轨；19、第三支座；2、第一定长杆；20、第三连接轴；21、缸体；22、推杆；3、虎克副十字块；4、第二定长杆；5、静平台；6、陀螺仪；7、伺服电机；8、加速度计；9、第一连接轴。
具体实施方式
17.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.参照图1至图4所示，为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种并联式多维调姿与隔振一体化平台，包括有动平台1、静平台5以及连接动平台1与静平台5的六条主动支链，六条主动支链的结构设置相同。
19.六条主动支链均包括有复合驱动单元、第一连接件、第一定长杆2、第二连接件，复合驱动单元与静平台5连接，第一定长杆2的一端通过第一连接件与复合驱动单元连接，另一端通过第二连接件与动平台1连接；
20.静平台5上设置有状态监测器，动平台1上设置有惯性传感器12；
21.复合驱动单元内设置有两个驱动件，用于根据状态监测器检测到的静平台5的运动状态，结合惯性传感器12测量动平台1，在非惯性下演算两个驱动件的输出值。准确的为伺服电机7的位置输出值和可控阻尼器10的阻尼力输出值。
22.两个驱动件分别为伺服电机7和可控阻尼器10。
23.本发明的设计，通过静平台5上的状态监测器测量外界姿态和振动扰动，惯性传感器12反馈动平台1上的运动状态，利用复合驱动单元动态调整平台位姿和固有频率，实现多维大范围位姿调整与振动隔离，为多维、高幅、宽频随机扰动环境中精密仪器提供安全且稳定的惯性空间。
24.状态监测器包括有陀螺仪6和加速度计8。
25.第一连接件包括有虎克副十字块3，第二连接件包括有球副13和第一支座14。
26.复合驱动单元包括有伺服电机7、丝杆组件、可控阻尼器10以及第二定长杆4，第二定长杆4的一端与第一连接件连接，另一端通过第二支座16与丝杆组件连接；
27.伺服电机7用于通过丝杆组件驱动第二定长杆4移动；
28.可控阻尼器10用于推动第二定长杆4移动。
29.丝杆组件包括有丝杆导轨18和丝杆滑块17以及滑块连接板15，丝杆导轨18固定连接于静平台5伤，丝杆滑块17滑移连接于丝杆导轨18上，丝杆滑块17通过滑块连接板15与第二定长杆4连接。
30.可控阻尼器10包括有第三支座19、缸体21以及推杆22，第三支座19固定安装于静平台5上，缸体21与第三支座19铰接设置，推杆22与第二定长杆4连接。
31.其中，第一支座14与第二定长杆4通过第一连接轴9铰接，第二定长杆4与推杆22通过第二连接轴11铰接，缸体21与第二支座16通过第三连接轴20铰接。
32.本发明采用伺服电机7与可控阻尼器10构成闭环子单元，能够极大拓展驱动器频宽。通过建立不同频率、全域位姿下并联机构系统固有频率与振动特性的数学关系，采用启发式算法搜索各支链最佳阻尼输出值，在此基础上，动态调整可控阻尼器10的阻尼输出特性，同时基于位置控制调控伺服驱动器输出，借助复合驱动子单元位置与阻尼可调性，从而实现多频段扰动下振动隔离。同时，复合驱动子单元可作为并联机构的关节输入，可实现动态环境下动平台1大范围多维位姿补偿。因此，本发明多维、高幅、宽频随机扰动环境下位姿与振动隔离，为精密仪器提供稳定、安全的惯性空间，保障精密仪器性能的充分发挥。
33.通过调整可控阻尼器10的输出阻尼大小，从而调整闭环结构的阻尼特性，改变了并联机构驱动器的频宽。对于低频振动情况，增大可控阻尼器10的阻尼输出，能够快速稳定动平台1。
34.具体的算法构建方法为，将设备上下分为系统一和系统二，建立系统一运动学模型与动力学模型，在此基础上，建立系统一的振动方程，分析系统二的振动方程，以串联的形式组合系统一与系统二，推导系统二中各可控阻尼器10与整个系统的固有频率关系。采用搜索法分析系统一的可达工作空间，建立振动频率扰动下系统固有频率与全域空间中动平台1位移、速度、加速度传递率的数学关系。
35.将可控阻尼器10的阈值作为设计值，设置运动学(速度、加速度)与动力学(驱动力)的物理约束条件，以动平台1位移、速度、加速度传递率为目标函数，采用遗传算法等启发式算法优化可控阻尼器10输出值，在第二次优化时重置可控阻尼器10阈值，避免可控阻尼器10输出值突变，以此反复，最终得到最佳阻尼输出曲线。
36.其中：动力学模型：q为位姿；
37.振动微分方程：
38.固有频率：
39.位移传递率：ω为外界频率扰动，ω0为固有频率。
40.本发明的优点主要在于拓展系统驱动频宽，融入高宽频复合驱动单元到并联机构的关节输入，能满足多维、高幅、宽频随机扰动隔离需求，且结构紧凑、占地空间小、制造简单。
41.其中四条主动支链沿动平台1长度方向排列且两两对称设置于两侧，另外两条主
动支链位于四条主动支链中间且沿动平台1宽度方向排列设置；
42.进一步的，六条主动支链其中四条丝杆导轨18沿动平台1长度方向排列且两两对称设置于两侧；另外两条丝杆导轨18位于四条丝杆导轨18中间，且两条丝杆导轨18的方向与四条丝杆导轨18的方向垂直设置。
43.本发明采用对称结构设计，运动灵活，承载能力强，具有结构简单紧凑，设计合理，加工和装配工艺良好的优点。
44.综上所述，本发明的优点为：
45.(1)动平台1、静平台5和六条主支链构成的平台系统，其具备六自由度运动输出、响应速度快，刚度大等特性，可适应多种复杂工况；
46.(2)采用液压可控阻尼器10改变复合驱动单元的输出阻尼力，进而调节整个平台的固有频率，可实现高带宽频率振动隔离；
47.(3)融入可控阻尼器10的复合驱动单元，其结构简单紧凑，可大幅调整平台的姿态和固有频率，以满足多维、高幅、宽频随机扰动隔离需求。
48.以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种并联式多维调姿与隔振一体化平台，包括有动平台(1)、静平台(5)以及连接动平台(1)与静平台(5)的六条主动支链，其特征是：六条所述主动支链的结构设置相同，其中四条主动支链沿动平台(1)长度方向排列且两两对称设置于两侧，另外两条主动支链位于四条主动支链中间且沿动平台(1)宽度方向排列设置；六条所述主动支链均包括有复合驱动单元、第一连接件、第一定长杆(2)、第二连接件，所述复合驱动单元与静平台(5)连接，所述第一定长杆(2)的一端通过第一连接件与复合驱动单元连接，另一端通过第二连接件与动平台(1)连接；所述静平台(5)上设置有状态监测器，所述动平台(1)上设置有惯性传感器(12)；所述复合驱动单元内设置有两个驱动件，用于根据状态监测器检测到的静平台(5)的运动状态，结合惯性传感器(12)测量动平台(1)，在非惯性下演算两个驱动件的输出值。2.根据权利要求1所述的一种并联式多维调姿与隔振一体化平台，其特征是：所述状态监测器包括有陀螺仪(6)和加速度计(8)。3.根据权利要求1所述的一种并联式多维调姿与隔振一体化平台，其特征是：所述第一连接件包括有虎克副十字块(3)，所述第二连接件包括有球副(13)和第一支座(14)。4.根据权利要求1所述的一种并联式多维调姿与隔振一体化平台，其特征是：所述复合驱动单元包括有伺服电机(7)、丝杆组件、可控阻尼器(10)以及第二定长杆(4)，所述第二定长杆(4)的一端与第一连接件连接，另一端通过第二支座(16)与丝杆组件连接；所述伺服电机(7)用于通过丝杆组件驱动第二定长杆(4)移动；所述可控阻尼器(10)用于推动第二定长杆(4)移动。5.根据权利要求4所述的一种并联式多维调姿与隔振一体化平台，其特征是：所述丝杆组件包括有丝杆导轨(18)和丝杆滑块(17)以及滑块连接板(15)，所述丝杆导轨(18)固定连接于静平台(5)伤，所述丝杆滑块(17)滑移连接于丝杆导轨(18)上，所述丝杆滑块(17)通过滑块连接板(15)与第二定长杆(4)连接。6.根据权利要求3所述的一种并联式多维调姿与隔振一体化平台，其特征是：所述可控阻尼器(10)包括有第三支座(19)、缸体(21)以及推杆(22)，所述第三支座(19)固定安装于静平台(5)上，所述缸体(21)与第三支座(19)铰接设置，所述推杆(22)与第二定长杆(4)连接。7.根据权利要求5所述的一种并联式多维调姿与隔振一体化平台，其特征是：六条所述主动支链其中四条丝杆导轨(18)沿动平台(1)长度方向排列且两两对称设置于两侧；另外两条丝杆导轨(18)位于四条丝杆导轨(18)中间，且两条丝杆导轨(18)的方向与四条丝杆导轨(18)的方向垂直设置。

技术总结
本发明公开了一种并联式多维调姿与隔振一体化平台，其技术方案要点是包括有动平台、静平台以及连接动平台与静平台的六条相同的主动支链，主动支链中四条支链沿动平台长度方向排列且两两对称设置于两侧，另外两条支链位于四条主动支链中间且沿动平台宽度方向排列设置；主动支链包括复合驱动单元和定长杆，复合驱动单元一端固定在静平台上，另一端通过虎克副与传动支杆连接，定长杆与动平台通过球铰连接。通过静平台上的状态监测器测量外界姿态和振动扰动，惯性传感器反馈动平台上的运动状态，利用复合驱动单元动态调整平台位姿和固有频率，能够实现多维大范围位姿调整与振动隔离，为多维、高幅、宽频随机扰动环境中精密仪器提供稳定的惯性空间。提供稳定的惯性空间。提供稳定的惯性空间。


技术研发人员：王泽胜 王金莲 洛亮亮 陈杰 姚宇龙 王钊
受保护的技术使用者：杭州科技职业技术学院
技术研发日：2023.06.15
技术公布日：2023/9/20