弹簧结构形式的多自由度并联机构广义力及力矩测试装置

摘要

本发明公开了一种弹簧结构形式的多自由度并联机构广义力及力矩测试装置。包括多自由度并联机构，横置弹簧、斜拉弹簧、固定外框及连接机构；固定外框与并联机构的底座无相对运动，连接机构与多自由度并联机构的活动平台刚性活动连接，固定外框及连接机构由若干弹簧连接在一起。本发明提供了一种紧凑的、理想的、简洁的力与力矩测试装置，可用于测试各种多自由度平台的广义力与力矩的测量及加载。

说明书

技术领域

本发明涉及力及力矩测试设备，特别是涉及一种弹簧结构形式的多自由度并联机构广义力及力矩测试装置。

背景技术

目前的广义力及力矩测试装置基本上是六维力传感器测试。在广义力及力矩测试装置研究中，常用的斯图尔特(Stewart)平台结构形式的广义力及力矩测试装置采用球面副形式或者弹性球铰，或者在其结构上进行改进，由于采用斯图尔特(Stewart)平台结构形式，机构复杂，加工精度及安装精度要求高，价格昂贵。而其他形式的三垂直筋结构、筒形、双环形、四垂直筋结构、盒式结构、十字结构、圆柱形、双头形、三梁结构、八垂直筋结构的广义力及力矩测试装置或机构复杂，或测量误差较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种弹簧结构形式的多自由度并联机构广义力及力矩测试装置，可以用于进行多自由度力及力矩的测试。

本发明采用的技术方案是：包括多自由度并联机构，连接机构与多自由度并联机构的被测活动平台刚性活动连接，固定外框与多自由度并联机构的底座无相对运动；3根横置弹簧在水平面上投影的夹角为120°，3根横置弹簧的一端与连接机构的外表面连接，另一端与固定外框的内圆柱表面连接在一起；6根斜拉弹簧分为三组，每一组由两根斜拉弹簧组成，三根斜拉弹簧的一端与固定外框的内圆柱表面上部连接，三根斜拉弹簧的另一端与连接机构的外表面上部连接，另外三根斜拉弹簧的一端与固定外框的下部连接，另外三根斜拉弹簧的另一端与连接机构的外表面上部连接，同一组的两根斜拉弹簧在同一竖直平面上，三组弹簧在水平面上投影的夹角为120°，且三组斜拉弹簧与3根横置弹簧在水平面上投影的夹角为60°。

所述的多自由度并联机构为具有2～6个自由度以上的并联机构组成。

所述的连接机构为圆柱平台或者具有衍架结构的装置。

所述的广义力也称为空间作用力，可以分解成沿X、Y、Z轴的力Fx、Fy、Fz和绕X、Y、Z轴的力矩τ_x、τ_y、τ_z。

本发明与背景技术相比具有的有益效果是：本发明利用弹簧形式的广义力及力矩测试装置对广义力及力矩检测，为广义力及力矩测试提供了一种紧凑的、理想的、简洁的方案，是对传统广义力及力矩测试装置的突破。并且由于并联多自由度机构具有刚度大，结构稳定，承载能力强，精度高，运动惯性小等特点，广泛应用于运动仿真器、娱乐设备、地震模拟等试验及产品中，使得本发明具有更广阔的应用前景，具有重要价值。

附图说明

图1是本发明的立体示意图；

图2是本发明的前视图；

图3是本发明的俯视图；

图4是图3的A-A剖面图。

图中：1、多自由度并联机构，2、活动平台，3、底座，4、固定外框，5、横置弹簧，6、连接机构，7、横置弹簧。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1、图2、图3及图4所示，包括多自由度并联机构1，连接机构6与多自由度并联机构1的被测活动平台2刚性活动连接(连接机构6与被测活动平台2之间无相对运动，但两者连接成为一体可作自由运动)，多自由度并联机构1的底座3与大地固连在一起，固定外框4与底座3无相对运动(固定外框4的外圆柱表面与外界物体刚性固定连接，其中外界物体与大地固连在一起)3根横置弹簧7在水平面上投影的夹角为120°，3根横置弹簧7的一端与连接机构6(本发明中的圆柱平台)的外表面连接，另一端与固定外框4的内圆柱表面连接在一起；6根斜拉弹簧5分为三组，每一组由两根斜拉弹簧5组成，三根斜拉弹簧5的一端与固定外框4的内圆柱表面上部连接，三根斜拉弹簧5的另一端与连接机构6的外表面上部连接，另外三根斜拉弹簧5的一端与固定外框4的下部连接，另外三根斜拉弹簧5的另一端与连接机构6的外表面上部连接，同一组的两根斜拉弹簧5在同一竖直平面上，三组弹簧水平面上投影的夹角120°，且三组斜拉弹簧与3根横置弹簧7在水平面上投影的夹角为60°。

所述的多自由度并联机构1为具有2～6个自由度以上的并联机构组成。

所述的连接机构6为圆柱平台或者具有衍架结构的装置。

本发明的工作原理如下：

本发明通过将采用弹簧结构形式的多自由度并联机构广义力及力矩测试装置的连接机构6与多自由度并联机构1的被测活动平台2刚性活动连接(连接机构6与被测活动平台2之间无相对运动，但两者连接成为一体可作自由运动)，多自由度并联机构1的底座3与大地固连在一起，固定外框4与底座3无相对运动(固定外框4的外圆柱表面与外界物体刚性固定连接，其中外界物体与大地固连在一起)，多自由度并联机构1的被测活动平台2运动时，连接机构6随之运动，横置弹簧7及斜拉弹簧5与固定外框4内圆柱表面相连的一端保持静止，与连接机构6外圆柱表面连接的一端随连接机构6运动，通过检测连接机构6的位姿，计算出横置弹簧7及斜拉弹簧5与固定外框4内圆柱表面相连一端的位姿，从而计算出横置弹簧7及斜拉弹簧5的变化量，最后在三维空间解析出多自由度并联机构活动平台的广义力及力矩。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。