[发明专利]一种二级Stewart机构并联构型六自由度振动激励系统

权利要求书

1.一种二级Stewart机构并联构型六自由度振动激励系统，采用二级Stewart机构六自由度并联构型，包括十二条作动器支路、多条空气弹簧支路、多条辅助支撑支路、上平台组件、下平台组件及实时控制硬件系统；其特征在于：

系统的机构构型为二级Stewart机构六自由度并联构型，其十二条作动器支路分为两组，每组在空间中的布局方式为Stewart构型，此两组Stewart构型通过并联方式组成二级Stewart机构六自由度并联构型；

所述的二级Stewart机构六自由度并联构型将十二条作动器支路分为两组，每组六条作动器组成一个经典Stewart构型机构；每个Stewart经典构型上台面均为水平面；两个Stewart构型机构在同一个水平面高度上，并且两个Stewart构型机构的上台面中心连成一条直线，整台上台面中心在此直线之上，布局方式为两个Stewart构型机构的上台面中心绕整台中心的Z轴旋转对称，即两个Stewart经典构型的上台面中心与整台上台面中心所连射线方向互成180°夹角，绕整台中心的Z轴旋转180°后两个Stewart经典构型的上台面中心完全重合；两个Stewart经典构型的上台面中心在以整台上台面中心为圆心，以一定距离为半径的圆上；

所述的构型为二级Stewart机构六自由度并联构型，包括两个并联的经典单级Stewart构型；其中的经典单级Stewart构型包括上台面、下台面、6条作动器支路以及空气弹簧支路或辅助支撑支路，每条作动器支路经由上铰点与上台面相连，每条作动器支路经由下铰点与下台面相连，六个上铰点与六个下铰点分别分布于上台面包络圆以及下台面包络圆上；每两个相邻上铰点可分为一组，共三组，每组上铰点与上台面中心形成的夹角相同，每两个相邻下铰点可分为一组，共三组，每组下铰点与下台面中心形成的夹角相同；经典单级Stewart构型以上台面中心指向某一组上铰点中点方向为X轴正方向，以下台面中心指向上台面中心方向为Z轴正方向，并满足右手坐标系；

两个经典单级Stewart构型的排布方向共有四种实现方式：

实现方式1为每个经典单级Stewart构型X轴正方向均指向每个经典单级Stewart构型上台面中心与整台上台面中心连线的反方向，即单级X轴正方向向外的旋转对称实现方式；

实现方式2为每个经典单级Stewart构型X轴正方向均指向每个经典单级Stewart构型上台面中心与整台上台面中心连线的方向，即单级X轴正方向向内的旋转对称实现方式；

实现方式3为两个经典单级Stewart构型X轴正方向同向，均与整台的X轴方向平行，即单级X轴方向与整台X轴方向平行的旋转对称实现方式；

实现方式4为两个经典单级Stewart构型X轴正方向同向，均与整台的X轴方向垂直，即单级X轴方向与整台X轴方向垂直的旋转对称实现方式，

所述的空气弹簧支路，每条包括一个空气弹簧及其相关连接件，对所连接的上台面产生相应的竖直支撑力；

所述的辅助支撑支路，每条包括一个螺纹丝杆升降机、一个S型力传感器及其相关连接件，在充气或非工作状态下对上台面产生相应的竖直支撑力；

所述的实时控制硬件系统包括控制计算机、多通道A/D数据采集卡、多通道D/A数据输出卡、功率放大器、加速度传感器、力传感器、位移传感器、信号调理器及传感器工装；其中加速度传感器经传感器工装安装于上平台组件，力传感器通过连接件安装于辅助支撑系统支路，位移传感器经传感器工装安装于作动器支路，多通道A/D数据采集卡及多通道D/A数据输出卡安装于控制计算机机箱内，A/D采集卡通过屏蔽线、接线盒与传感器及其配套信号调理器相连，D/A输出卡通过BNC屏蔽线与功率放大器相连，功率放大器与作动器一一配套，组成实时硬件控制系统的控制回路；加速度传感器用于测量上平台的六自由度加速度，经过信号调理器、多通道A/D数据采集卡作为反馈信号，经过控制计算机进行解算产生在二级Stewart机构六自由度并联构型下的控制信号，再经过多通道D/A数据输出卡、功率放大器产生驱动信号，进而控制作动器输出轴向运动，推动上平台组件产生期望的模拟振动信号；力传感器用于测量辅助支撑系统对上台面的支撑力，经多通道A/D数据采集卡作为反馈信号，经过高速控制计算机进行解算产生在二级Stewart机构六自由度并联构型下的控制信号，再经过多通道D/A数据输出卡产生充放气控制信号，控制各空气弹簧支路的充放气过程；位移传感器用于测量各作动器支路电机的位置，经过信号调理器、多通道A/D数据采集卡作为反馈信号，经过控制计算机进行解算产生在二级Stewart机构六自由度并联构型下的位移闭环控制信号，再经过多通道D/A数据输出卡、功率放大器产生驱动信号，进而控制作动器位置稳定于中心位置附近，保持上平台组件的安全与稳定；

所述二级Stewart机构并联构型六自由度振动激励系统运行时，试件安装于上平台组件上方，随后调整辅助支撑和空气弹簧将上平台调平并卸载重力；开启高速控制计算机，在用户交互界面输入期望的时频域振动控制指令，产生相应的六自由度振动激励信号，包括正弦扫频、随机或用户导入时域振动信号，为试件提供星载、弹载、机载、舰载或车载复杂环境下的多自由度振动激励。