驱动冗余式三自由度稳定平台的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及多自由度平台机构设计的技术领域，尤其涉及一种驱动冗余式三自由度稳定平台。
【背景技术】
[0002]多自由度或少自由度的平台设计多以六自由度和三自由度的并联机构作为支撑和驱动机构，实现平台六自由度或三自由度的驱动。相对于六自由度并联机构，以三自由度并联机构为代表的少自由度并联机构具有结构简单、刚度大、灵巧度好、工作空间大、控制容易、造价低等优点。
[0003]通过检索，我们发现现有专利申请中，已有各种自由度平台机构设计的专利申请。
[0004]中国实用新型专利第200420102722.X号，公开了一种两维移动两维转动并联运动平台，其基本结构由固定平台、动平台和五个分支组成，可放置加工工件的动平台通过四个结构完全相同的分支以及一个约束分支与固定平台连接，四个结构完全相同的分支位于动平台的周围呈对称布置，约束分支位于动平台的中央位置具有两维移动X、y和两维转动自由度α、β。
[0005]中国发明专利申请第201410848479.4号，公开了一种基于并联机构的三自由度摇摆台，摇摆台基于并联机构，包括定平台、动平台、以及连接这两个平台的驱动分支机构和静力平衡装置；驱动分支机构为三个，其结构相同、均匀对称布置在定平台与动平台间，通过联动实现动平台的横摇、纵摇和升降运动；静力平衡装置设置在三个驱动分支机构的中心，同时连接定平台与动平台的中心，用于平衡动平台和负载部分重力。
[0006]中国发明专利申请第201510155500.7号，公开了一种三自由度的并联机构，包括定平台、动平台以及位于所述定平台与所述动平台之间的第一分支链、第二分支链、第三分支链和第四分支链，所述第一分支链与所述第三分支链沿水平的第一方向相对而置，所述第二分支链与所述第四分支链沿与所述第一方向垂直的第二方向相对而置，其中，所述第一分支链和所述第三分支链均具有两个转动副和一个胡克铰，所述第二分支链和所述第四分支链均具有两个转动副和一个三自由度转动结构。
[0007]本申请人发现当平台机构存在奇异点(也叫奇异位形、特殊位形、奇异型位、奇异位型)时，其刚度和精度特性迅速恶化，上述专利申请均未涉及如何避开或减少奇异点影响的技术方案。而奇异位形是机构的固有性质也是机器人机构的一个十分重要的运动学特性，机器人的运动、受力、控制以及精度等诸方面的性能都与机构的奇异位形密切相关。因此有必要对并联机构的奇异位形做更深入的研究，以减少和消除奇异位形的影响，进一步提高并联机构的性能，促进并联机构的实用化和产品化的发展。基于上述目的，本申请再次做了现有专利的检索。
[0008]中国发明专利申请第200410069388.7号，公开了一种可用作并联机床结构实现两维平动和一维转动的三自由度冗余并联机构由动平台、静平台及四根单自由度支链组成。其中三根支链两端通过球铰连接动、静平台，另一根支链两端采用平行的转动副连接两平台。该机构具有四个输入、三个输出运动，动平台可以实现两维平动和一维转动，不存在非期望输出运动。冗余驱动可以提高并联机构的刚性和精度，消除机构奇异，扩大姿态空间，改善力学性能。
[0009]中国发明专利申请第200910242687.9号，公开了一种三自由度并联机构形式的五轴机床双摆头及控制方法，其五轴机床双摆头是由静平台、动平台和连接两平台的四个支链组成；其控制方法有七大步骤:一、按对称结构的反解公式求解其雅克比矩阵并建立相应模型；二、按非对称结构的反解公式求解其雅克比矩阵并建立相应模型:三、设计相应的变结构控制器；四、给定双摆头的跟踪轨迹与外载荷，并设定各支链的内力值阈值；五:获取各非冗余支链上力传感器的力反馈值，将其与设定阈值比较；六:按一的雅克比矩阵计算各电机的驱动力，对非冗余支链采用力控制，对冗余支链采用位置跟踪控制；七:按二的雅克比矩阵计算各电机的驱动力，对力反馈值大于阈值的非冗余支链采用位置跟踪控制，对冗余支链和另外的两个非冗余支链采用力控制。
[0010]本申请人发现，现有技术中尚未有即能够避开奇异型位，又能够有效地减小铰链间隙引起的运动误差，实现2维转动、I维移动的驱动冗余式三自由度稳定平台。
【发明内容】
[0011]本发明的目的，就是提出一种即能够避开奇异型位，又能够有效地减小铰链间隙引起的运动误差，实现2维转动、I维移动的驱动冗余式三自由度稳定平台。
[0012]本发明为解决上述技术问题，提供了一种驱动冗余式三自由度稳定平台，其包括定平台、动平台、第一分支链、第二分支链、第三分支链、第四分支链和第五分支链，所述第一分支链、第二分支链、第三分支链、第四分支链和第五分支链并联设置在所述定平台和动平台之间，所述第一分支链、第二分支链、第三分支链和第四分支链上各设置有一伸缩驱动装置，所述第一分支链、第二分支链、第三分支链和第四分支链的下端部均铰接在所述定平台上，所述第一分支链、第二分支链、第三分支链和第四分支链的上端部均铰接在所述动平台上，通过对应伸缩驱动装置改变对应分支链的支撑长度并形成彼此相互冗余来实现动平台的2维转动和I维移动。
[0013]其中，所述第一分支链和第二分支链处于第一平面上，所述第三分支链和第四分支链处于第二平面上，所述第一平面和所述第二平面为相向设置，所述第五分支链处于所述第一平面上，且所述第五分支链的上端部通过球副连接在所述动平台上，所述第五分支链的另一端部通过移动副连接在所述定平台上。
[0014]本发明通过四条并联分支链上的四个伸缩驱动装置冗余驱动动平台实现2维转动和I维移动:利用多余的一条分支链作为驱动冗余，结合第五分支链偏置一侧的移动副设置，实现避开机构奇异位型，增加系统刚度，降低驱动力，减小因铰链间隙引起的并联机构的运动误差，提高了并联机构精度、刚性和动态响应能力，以及偏向负载、动平台大惯量的承载能力的目的。
[0015]本发明用冗余避开机构奇异位形及提高机构动态性能、其结构紧凑、活动空间大、易实现位置及力的混合实时控制、可实现空间两自由度转动和单个自由度移动的三自由度并联稳定平台，尤其适用于车、船等运载需要实时稳定平台，可承受X轴超过120_移动的偏向负载。
[0016]较佳的，所述第一分支链和所述第二分支链结构相同，且在所述第一平面上呈相互对称布置，所述第一分支链的上端部与所述第二分支链的上端部之间的间距大于所述第一分支链的下端部与所述第二分支链的下端部之间的间距。
[0017]所述第五分支链处于布置在所述第一分支链和所述第二分支链之间的位置上。
[0018]所述第三分支链和所述第四分支链结构相同，且在所述第二平面上呈相互对称布置，所述第三分支链的上端部与所述第四分支链的上端部之间的间距小于所述第三分支链的下端部与所述第四分支链的下端部之间的间距。
[0019]本发明进一步的将所述第一分支链和所述第二分支链设置为结构相同并对称呈倒八字形布置，并将所述第五分支链处于布置在所述第一分支链和所述第二分支链之间的位置上，配合所述第三分支链和所述第四分支链设置为结构相同并对称呈八字形布置，这样的五条分支链的并联围合结构，既提高了结构的给定刚度，又可以更加有效地克服动平台转动大惯量对机构的影响。
[0020]较佳的，所述第三分支链在所述第一平面上的投影与所述第一分支链相交，所述第四分支链在所述第一平面上的投影与所述第二分支链相交。
[0021]本发明进一