[发明专利]基于3PSS-S并联机构的箱体式三自由度稳定平台及其调姿方法

说明书

本发明提供一种基于3PSS‑S并联机构的箱体式三自由度稳定平台及其调姿方法，包括平台机架、虎克铰主轴组件和上平台组件，机架底座的安装端通过连接臂和圆环吊台连接，圆环吊台的中心设有中心球头。底座的第一安装端和长立板连接，底座的第二安装端和直线导轨连接，底座的第三安装端和滚珠丝杠连接，丝杠滑块的安装端和球铰铰座的第一端连接，球铰铰座的第二端通过球铰球窝和二球头杆的第一安装端连接。调姿板的中心通过中心球窝和中心球头连接，调姿板的安装端通过球铰铰座和边缘球窝的第一端连接，边缘球窝的第二端和二球头杆的第二安装端连接。本发明降低了上平台组件因转动引起的不平衡力矩，驱动与自由度约束分离，避免了运动中的干涉。

技术领域

本发明涉及稳定平台技术领域，特别涉及一种基于3PSS-S并联机构的箱体式三自由度稳定平台及其调姿方法。

背景技术

随着我国航空航天科学技术水平的创新发展与国防实力的日益强大，诸如航空运输、空军机械化作战、高空扫描与探测等科学技术被赋予了更高的设计要求与期望，国家航空航天科技事业获得了更具创新意义的研究使命。

航空机械及其挂载设备在航行的过程中难免受到高速气流的扰动，且在飞行过程中，为适应航线变化而产生的主动控制也会使得机体发生姿态变化。这些姿态变化使得机舱内难以获得平稳的工作区域，对于部分航空人工作业，特殊物资运输以及高精密仪器来说都会产生一定的影响，甚至危及到部分人身与财产安全。

鉴于上述实际问题与技术要求，设计了一种基于3PSS-S并联机构的箱体式三自由度稳定平台，在航空机械的航行过程中提供一个持续稳定的工作区域，隔离机体的姿态扰动，为包括但不限于上文所述的航空作业解决相关干扰问题，该设计具有显著的科技应用价值与战略性意义。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于3PSS-S并联机构的箱体式三自由度稳定平台及其调姿方法，主要是利用虎克铰主轴组件中的丝杠滑块沿直线导轨的滑动、中心球头在中心球窝的转动以及二球头杆在球铰球窝和边缘球窝的转动，构成无冗余约束的全向转动三自由度并联调姿平台，使驱动控制与自由度约束相互分离，运动流畅，减少结构运动中的冲突。

本发明提供了一种基于3PSS-S并联机构的箱体式三自由度稳定平台，其包括平台机架、虎克铰主轴组件和上平台组件，所述平台机架通过虎克铰主轴组件和所述上平台组件连接。所述平台机架，其包括机架底座、长立板、短立板、支撑立柱、圆环吊台、连接臂和中心球头，所述机架底座的第一安装端和第二安装端分别与所述长立板和所述短立板的第一安装端固连，相邻两个长立板和短立板之间通过支撑立柱固连，所述机架底座的第三安装端和所述连接臂的第一安装端连接，所述连接臂的第二安装端和所述圆环吊台的第一安装端连接，所述圆环吊台的中心设有中心球头。所述虎克铰主轴组件，其包括驱动电机、联轴器、底座、丝杠滑块、直线导轨、滚珠丝杠、球铰铰座、球铰球窝和二球头杆，所述驱动电机的输出端通过联轴器和所述滚珠丝杠的输入端连接，所述底座的第一安装端和所述长立板的第二安装端固定连接，所述底座的第二安装端和所述直线导轨的固定端连接，所述底座的第三安装端和所述滚珠丝杠的支撑端连接，所述丝杠滑块的第一安装端和第二安装端分别与所述直线导轨和所述滚珠丝杠的滑动端连接，所述丝杠滑块的第三安装端和所述球铰铰座的第一端连接，所述球铰铰座的第二端通过球铰球窝和所述二球头杆的第一安装端连接。所述上平台组件，其包括调姿板、球铰铰座、边缘球窝和中心球窝，所述调姿板的中心和所述中心球窝的第一端固连，所述中心球窝的第二端和所述中心球头连接，所述调姿板的安装端和所述球铰铰座的第一端固连，所述球铰铰座的第二端和所述边缘球窝的第一端连接，所述边缘球窝的第二端和所述二球头杆的第二安装端连接。

可优选的是，所述虎克铰主轴组件的数量为三个，所述虎克铰主轴组件呈正三角形方向布置，以120°分布在所述平台机架中机架底座上。

可优选的是，所述连接臂的外形为悬臂支撑结构，所述连接臂的数量为三个，所述连接臂沿着垂直于所述机架底座中心的轴线以120°间隔分布。