[发明专利]一种并联柔索控制的空间三自由度悬吊平台

摘要

本发明公开了一种并联柔索控制的空间三自由度悬吊平台，包括上平台、动平台、下平台、拽引系统、XY轴直线电机系统和Z轴直线电机系统；三个平台之间通过柔索和滑轮实现联动，且动平台上下的铰接点关于动平台的局部坐标系对称且距原点距离相等；在动平台相同铰接位置的两根柔索形成一个曵引循环系统，共组成两个曳引循环系统。本发明简化了正、逆并联机构的计算过程，控制柔索的位移实现动平台的摆动，使实际中计算更快、控制更加容易；滚珠直线电机能以较小的驱动力驱动柔索运动；整体平台加有配重系统，Z轴直线电机系统的驱动力也大大减小，提高了设备的工作效率；同时，上平台、动平台和下平台均中部开孔，增大了设备的摆动空间。

主权项

一种并联柔索控制的空间三自由度悬吊平台(1)，其特征在于：包括上平台(30)、动平台(40)、下平台(50)、拽引系统(60)、XY轴直线电机系统(70)和Z轴直线电机系统(80)；所述上平台(30)和下平台(50)位置水平，周侧通过桁架(100)固定以保持相对位置始终不变，动平台(40)位于上平台(30)和下平台(50)之间；初始位置时，以上平面(30)的形心为原点O1定义三维坐标系X1Y1Z1，以动平台(40)的形心为原点O2定义三维坐标系X2Y2Z2，以下平面(50)的形心为原点O3定义三维坐标系X3Y3Z3，X1轴、X2轴和X3轴平行，Y1轴、Y2轴和Y3平行，Z1轴、Z2轴和Z3轴在同一条竖直线上，平面X1O1Y1和平面X2O2Y2的间距与平面X3O3Y3和平面X2O2Y2的间距相等；所述上平台(30)包括上平台支架(31)，在上平台支架(31)上设置有XZ上滑轮导向系统(10)、YZ上滑轮导向系统(20)、X滚珠直线电机(71)和Y滚珠直线电机(72)；所述XZ上滑轮导向系统(10)包括第一XZ上导向滑轮(11)、第二XZ上导向滑轮(12)、第三XZ上导向滑轮(13)、第四XZ上导向滑轮(14)、第五XZ上导向滑轮(15)、第六XZ上导向滑轮(16)、第七XZ上导向滑轮(17)和第八XZ上导向滑轮(18)，相对Y1Z1面对称布置；其中第一XZ上导向滑轮(11)和第八XZ上导向滑轮(18)设置在上平台支架(31)的下表面，第二XZ上导向滑轮(12)、第三XZ上导向滑轮(13)、第四XZ上导向滑轮(14)、第五XZ上导向滑轮(15)、第六XZ上导向滑轮(16)和第七XZ上导向滑轮(17)设置在上平台支架(31)的上表面，第一XZ上导向滑轮(11)、第二XZ上导向滑轮(12)、第七XZ上导向滑轮(17)和第八XZ上导向滑轮(18)的滑轮面位于竖直平面X1Z1内，第三XZ上导向滑轮(13)、第四XZ上导向滑轮(14)、第五XZ上导向滑轮(15)和第六XZ上导向滑轮(16)的滑轮面位于同一水平面内，位置布置呈G型；所述YZ上滑轮导向系统(20)包括第一YZ上导向滑轮(21)、第二YZ上导向滑轮(22)、第三YZ上导向滑轮(23)、第四YZ上导向滑轮(24)、第五YZ上导向滑轮(25)、第六YZ上导向滑轮(26)、第七YZ上导向滑轮(27)和第八YZ上导向滑轮(28)，相对X1Z1面对称布置；其中第一YZ上导向滑轮(21)和第八YZ上导向滑轮(28)设置在上平台支架(31)的下表面，第二YZ上导向滑轮(22)、第三YZ上导向滑轮(23)、第四YZ上导向滑轮(24)、第五YZ上导向滑轮(25)、第六YZ上导向滑轮(26)和第七YZ上导向滑轮(27)设置在上平台支架(31)的上表面，第一YZ上导向滑轮(21)、第二YZ上导向滑轮(22)、第七YZ上导向滑轮(27)和第八YZ上导向滑轮(28)的滑轮面位于竖直平面Y1Z1内，第三YZ上导向滑轮(23)、第四YZ上导向滑轮(24)、第五YZ上导向滑轮(25)和第六YZ上导向滑轮(26)的滑轮面位于同一水平面内，位置布置呈G型；所述动平台(40)包括运动平台支架(42)，在运动平台支架(42)的上、下表面上以原点O2为中心均均匀设置有四个球铰(41)，上表面按顺时针方向依次记为第一上球铰、第二上球铰、第三上球铰和第四上球铰，下表面按顺时针方向依次记为第一下球铰、第二下球铰、第三下球铰和第四下球铰；第一上球铰和第一下球铰位置相对，第二上球铰和第二下球铰位置相对，第三上球铰和第三下球铰位置相对，第四上球铰和第四下球铰位置相对；所述下平台(50)包括下平台支架，在下平台支架上设置有XZ下滑轮导向系统和YZ下滑轮导向系统；所述XZ下滑轮导向系统包括第一XZ下导向滑轮、第二XZ下导向滑轮、第三XZ下导向滑轮、第四XZ下导向滑轮、第五XZ下导向滑轮、第六XZ下导向滑轮、第七XZ下导向滑轮和第八XZ下导向滑轮，相对Y3Z3面对称布置；其中第一XZ下导向滑轮和第八XZ下导向滑轮设置在下平台支架的上表面，第二XZ下导向滑轮、第三XZ下导向滑轮、第四XZ下导向滑轮、第五XZ下导向滑轮、第六XZ下导向滑轮和第七XZ下导向滑轮设置在下平台支架的下表面，第一XZ下导向滑轮、第二XZ下导向滑轮、第七XZ下导向滑轮和第八XZ下导向滑轮的滑轮面位于竖直平面X3Z3内，第三XZ下导向滑轮、第四XZ下导向滑轮、第五XZ下导向滑轮和第六XZ下导向滑轮的滑轮面位于同一水平面内，位置布置呈G型；所述YZ下滑轮导向系统包括第一YZ下导向滑轮、第二YZ下导向滑轮、第三YZ下导向滑轮、第四YZ下导向滑轮、第五YZ下导向滑轮、第六YZ下导向滑轮、第七YZ下导向滑轮和第八YZ下导向滑轮，相对X3Z3面对称布置；其中第一YZ下导向滑轮和第八YZ下导向滑轮设置在下平台支架的上表面，第二YZ下导向滑轮、第三YZ下导向滑轮、第四YZ下导向滑轮、第五YZ下导向滑轮、第六YZ下导向滑轮和第七YZ下导向滑轮设置在下平台支架的下表面，第一YZ下导向滑轮、第二YZ下导向滑轮、第七YZ下导向滑轮和第八YZ下导向滑轮的滑轮面位于竖直平面Y3Z3内，第三YZ下导向滑轮、第四YZ下导向滑轮、第五YZ下导向滑轮和第六YZ下导向滑轮的滑轮面位于同一水平面内，位置布置呈G型；所述拽引系统(60)包括X拽引循环系统(9)和Y拽引循环系统(8)，X拽引循环系统(9)包括上平台X拽引循环系统和下平台X拽引循环系统，所述Y拽引循环系统(8)包括上平台Y拽引循环系统和下平台Y拽引循环系统；所述上平台X拽引循环系统包括第二拽引柔索(62)和XZ上滑轮导向系统(10)，所述第二拽引柔索(62)的一端与第一上球铰相连，另一端依次经过第一XZ上导向滑轮(11)、第二XZ上导向滑轮(12)、第三XZ上导向滑轮(13)、第四XZ上导向滑轮(14)、第五XZ上导向滑轮(15)、第六XZ上导向滑轮(16)、第七XZ上导向滑轮(17)和第八XZ上导向滑轮(18)后，与第三上球铰相连；所述上平台Y拽引循环系统包括第一拽引柔索(61)和YZ上滑轮导向系统(20)，所述第一拽引柔索(61)的一端与第四上球铰相连，另一端依次经过第一YZ上导向滑轮(21)、第二YZ上导向滑轮(22)、第三YZ上导向滑轮(23)、第四YZ上导向滑轮(24)、第五YZ上导向滑轮(25)、第六YZ上导向滑轮(26)、第七YZ上导向滑轮(27)和第八YZ上导向滑轮(28)后，与第二上球铰相连；在上平台支架(31)上开上通孔(312)，避免上平台支架(31)对第二拽引柔索(62)和第一拽引柔索(61)的干涉；所述下平台X拽引循环系统包括第四拽引柔索(64)和XZ下滑轮导向系统，所述第四拽引柔索(64)的一端与第一下球铰相连，另一端依次经过第一XZ下导向滑轮、第二XZ下导向滑轮、第三XZ下导向滑轮、第四XZ下导向滑轮、第五XZ下导向滑轮、第六XZ下导向滑轮、第七XZ下导向滑轮和第八XZ下导向滑轮后，与第三下球铰相连；所述下平台Y拽引循环系统包括第三拽引柔索(63)和YZ下滑轮导向系统，所述第三拽引柔索(63)的一端与第四下球铰相连，另一端依次经过第一YZ下导向滑轮、第二YZ下导向滑轮、第三YZ下导向滑轮、第四YZ下导向滑轮、第五YZ下导向滑轮、第六YZ下导向滑轮、第七YZ下导向滑轮和第八YZ下导向滑轮后，与第二下球铰相连；在下平台支架上开下通孔，避免下平台支架对第四拽引柔索(64)和第三拽引柔索(63)的干涉；所述XY轴直线电机系统(70)包括X滚珠直线电机(71)和Y滚珠直线电机(72)；所述X滚珠直线电机(71)设置在第四XZ上导向滑轮(14)和第五XZ上导向滑轮(15)之间，对第二拽引柔索(62)进行拽引；所述Y滚珠直线电机(72)设置在第四YZ上导向滑轮(24)和第五YZ上导向滑轮(25)之间，对第一拽引柔索(61)进行拽引；所述Z轴直线电机系统(80)包括直线电机(82)、两根柔索(65)、动滑轮组(81)、配重系统(90)和竖直导轨机构(110)，所述配重系统(90)包括配重块(91)；所述两根柔索(65)的一端与上平台(30)连接，共同绕过动滑轮组(81)后分开成两路，一根与直线电机(82)相连，另一根与配重块(90)相连，通过直线电机(82)或配重块(90)驱动上平台(30)沿着竖直导轨机构(110)往复移动。