一种含有约束机构的4-SPU三自由度并联重载摇摆台

技术领域

本发明属于运动模拟设备技术领域，尤其涉及了一种含有约束机构的4-SPU三自由度并联重载摇摆台。

背景技术

舰船大型装备验证试验中需要模拟高海况下舰船的运动姿态，摇摆台作为一种常用的运动模拟设备，被广泛的应用于模拟不同海况下舰船的运动。这些摇摆台需要具有承载能力大、易于控制、具有抗倾覆能力以及安全性高的特点。由于并联机构具有刚度高的特点，并联摇摆台的应用十分广泛，常见的Stewart六自由度并联平台便被应用于力加载试验、大型车辆系统的整车试验、波浪补偿与海上风机安装等情形。但是目前这些摇摆台负载能力几乎都在百吨以内，驱动装置数量较多导致控制复杂，运动空间有限且易发生倾覆，现有技术缺少一种承载能力百吨以上、易于控制、抗倾覆能力强安全性高的摇摆台。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种含有约束机构的4-SPU三自由度并联重载摇摆台。

本发明所采用的技术方案如下：

摇摆台包括动平台、上球铰、四个约束机构、地基、虎克铰、四个驱动液压缸和下球铰；动平台位于地基的上方且呈水平设置；约束机构和驱动液压缸均位于动平台和地基之间，各个约束机构的顶部通过上球铰与动平台各边的中部铰接，约束机构的底部与地基固定连接，各个驱动液压缸的顶部通过虎克铰与动平台的各个角点铰接，驱动液压缸的底部通过下球铰与地基连接；所述约束机构用于限制动平台的横荡、纵荡与艏摇运动；所述的四个约束机构包括一个PRRS支链类型约束机构和三个PRS支链类型约束机构。

所述的四个约束机构主要由第一约束机构、第二约束机构、第三约束机构和第四约束机构沿着动平台的周向依次排列构成；四个约束机构和四个驱动液压缸位于同一周向方向上，且使得各个约束机构和各个驱动液压缸沿动平台的周向交替布置；所述第一约束机构采用PRRS支链类型约束机构；第二约束机构、第三约束机构和第四约束机构采用PRS支链类型约束机构。

所述的PRRS支链类型约束机构包括第一约束槽杆、第一约束杆、转轴和第一滑块；第一约束槽杆的底部与地基固定连接，第一约束槽杆上开设有沿自身轴向设置的第一条形约束槽，第一滑块可上下移动地连接在第一约束槽杆的第一条形约束槽中，转轴水平安装在第一滑块上，且转轴可绕着自身轴向转动，第一约束杆的底端与转轴铰接且第一约束杆可相对转轴左右摆动，第一约束杆的顶端通过上球铰与动平台连接。

所述的PRS支链类型约束机构包括第二约束槽杆、第二约束杆、和第二滑块；第二约束槽杆的底部与地基固定连接，第二约束槽杆上开设有沿自身轴向设置的第二条形约束槽，第二滑块可上下移动地连接在第二约束槽杆的第二条形约束槽中，第二约束杆的底端与第二滑块铰接，且第二约束杆可相对于第二滑块上下摆动，第二约束杆的顶端通过上球铰与动平台连接。

所述驱动液压缸用于驱动动平台做绕X轴的横摇运动、绕Y轴的纵摇运动、沿Z轴的升沉运动以及横摇纵摇升沉三个运动的复合运动。

所述第一约束机构和第三约束机构用于限制动平台沿X轴方向的纵荡运动，第二约束机构和第四约束机构用于限制动平台沿Y轴方向的横荡运动，所述四个约束机构用于共同限制动平台绕Z轴的艏摇运动。

所述虎克铰均布在动平台底部的四角处，且虎克铰的两旋转轴线分别与X轴和Y轴平行。

所述下球铰均布在地基上部的四角处，驱动液压缸的轴线与地基平面垂直。

所述上球铰均布在动平台四条边的中间位置处，且上球铰与动平台的连接面呈45度的斜面。

本发明通过四组垂直安装的驱动液压缸与四组约束机构并联安装，具有承载能力大、易于控制、抗扭转与抗倾覆能力强、失控安全性高的特点，适合于舰船大型装备验证试验中的运动模拟试验。

本发明的有益效果是：

1、动平台结构尺寸大，上下空间充足，可用于安装或承载不同的大型设备用于摇摆试验，同时四组驱动液压缸垂直安装，充分利用了液压缸的输出力，进一步提升了动平台的承载能力。

2、采用四组约束机构限制动平台横荡，纵荡与艏摇运动，使得动平台只能在四组驱动液压缸的作用下进行横摇，纵摇与升沉运动，这样通过约束机构将六自由度运动降低为三自由度运动，减小了运动耦合效应，降低了控制难度。

3、当四组驱动液压缸失去驱动力时，由于四组约束机构对动平台横荡，纵荡与艏摇运动的限制，使得动平台只会发生下降运动，而不会发生倾覆的危险，失控安全性高。

附图说明

图1为本发明的左右二等角轴测图；

图2为本发明的主视图；

图3为本发明的俯视图；

图4为本发明的PRRS支链类型约束机构；

图5为本发明的PRS支链类型约束机构；

图中：1、动平台；2、上球铰；3、约束机构；31、第一约束机构；311、第一约束槽；312、第一约束杆；313、转轴；314、第一滑块；32、第二约束机构；321、第二约束槽；322、第二约束杆；323、第二滑块；33、第三约束机构；34、第四约束机构；4、地基；5、虎克铰；6、驱动液压缸；7、下球铰。

具体实施方式

下面结合具体实施案例对本发明进行详细说明，以下实施案例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。

如图1和图2所示，摇摆台包括动平台1、上球铰2、四个约束机构3、地基4、虎克铰5、四个驱动液压缸6和下球铰7；动平台1位于地基4的上方且呈水平设置；约束机构3和驱动液压缸6均位于动平台1和地基4之间，各个约束机构3的顶部通过上球铰2与动平台1各边的中部铰接，约束机构3的底部与地基4固定连接，各个驱动液压缸6的顶部通过虎克铰5与动平台1的各个角点铰接，驱动液压缸6的底部通过下球铰7与地基4连接；约束机构3用于限制动平台1的横荡、纵荡与艏摇运动；四个约束机构3包括一个PRRS支链类型约束机构和三个PRS支链类型约束机构。

上球铰2安装在动平台1各边中间位置处，四个约束机构3布置在动平台1各边中间位置，其中三个为PRS支链类型约束机构，另一个为PRRS支链类型约束机构，四个约束机构3均通过上球铰2与动平台1连接；虎克铰5安装在动平台1底部四角处，下球铰7安装在地基4上部的四角处，驱动液压缸6的两端分别与虎克铰5和下球铰7连接，且驱动液压缸6垂直安装在动平台1的四角处。

动平台1在四个驱动液压缸6的驱动下可分别绕X轴做横摇运动、绕Y轴做纵摇运动、沿Z轴做升沉运动以及横摇纵摇升沉三个运动的复合运动。

如图3所示，四个约束机构3主要由第一约束机构31、第二约束机构32、第三约束机构33和第四约束机构34沿着动平台1的周向依次排列构成，第一约束机构31和第三约束机构33正对设置，第二约束机构32和第四约束机构34正对设置；四个约束机构3和四个驱动液压缸6位于同一周向方向上，且使得各个约束机构3和各个驱动液压缸6沿动平台1的周向交替布置，每相邻的两个约束机构3之间设置有至少一个驱动液压缸6；第一约束机构31采用PRRS支链类型约束机构；第二约束机构32、第三约束机构33和第四约束机构34采用PRS支链类型约束机构。

具体实施中，四个驱动液压缸6与四个约束机构3并联安装在动平台1上，动平台1上下空间充足，可用于安装或承载不同的大型设备用于摇摆试验。

如图4所示，PRRS支链类型约束机构包括第一约束槽杆311、第一约束杆312、转轴313和第一滑块314；第一约束槽杆311的底部与地基4固定连接，第一约束槽杆311上开设有沿自身轴向设置的第一条形约束槽，第一滑块314可上下移动地连接在第一约束槽杆311的第一条形约束槽中，转轴313水平安装在第一滑块314上，且转轴313可绕着自身轴向转动，第一约束杆312的底端与转轴313铰接且第一约束杆312可相对转轴313左右摆动，第一约束杆312的顶端通过上球铰2与动平台1连接。

PRS支链类型约束机构包括第二约束槽杆321、第二约束杆322、和第二滑块323；第二约束槽杆321的底部与地基4固定连接，第二约束槽杆321上开设有沿自身轴向设置的第二条形约束槽，第二滑块323可上下移动地连接在第二约束槽杆321的第二条形约束槽中，第二约束杆322的底端与第二滑块323铰接，且第二约束杆322可相对于第二滑块323上下摆动，第二约束杆322的顶端通过上球铰2与动平台1连接。

驱动液压缸6用于驱动动平台1做绕X轴的横摇运动、绕Y轴的纵摇运动、沿Z轴的升沉运动以及横摇纵摇升沉三个运动的复合运动。

四个约束机构3中的第一约束机构31和第三约束机构33用于限制动平台1沿X轴方向的纵荡运动，第二约束机构32和第四约束机构34用于限制动平台1沿Y轴方向的横荡运动，四个约束机构3用于共同限制动平台1绕Z轴的艏摇运动。

虎克铰5均布在动平台1底部的四角处，且虎克铰5的两旋转轴线分别与X轴和Y轴平行。

下球铰7均布在地基4上部的四角处，驱动液压缸6的轴线与地基4平面垂直。

上球铰2均布在动平台1四条边的中间位置处，上球铰2与动平台1的连接面呈45度的斜面。

以上实施例仅用于说明本发明，而并非是对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴。