一种三自由度球形运动平台的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型适用于各类球形模拟仿真设备，属于机械结构技术领域。
【背景技术】
[0002]传统球形运动模拟平台，如图1所示，由六支推缸和上下两个平台组成。每只推缸的上、下各配备有一个万向铰链，用于与上、下两个平台铰接，下平台固定在基础上，借助六支推缸的伸缩运动，完成上平台在空间六个自由度(Χ，Υ，Ζ，α，β，Y)的运动，从而可以模拟出各种空间运动姿态。若在球形运动模拟平台上安装太空模拟舱，则可用于模拟太空舱供客户体验。
[0003]由于结构及控制原因，采用推缸进行耦合运动模拟，由于推缸行程有限，通过推缸运动叠加进行旋转运动时有很大的运动親合性，需要解親控制才能进行旋转运动模拟，故球形运动模拟平台，旋转运动行程有限，不能实现360°旋转，且能耗高，机械结构磨损严重，保养间隔时间短，故障率高。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型旨在提供一种能实现360°旋转的三自由度球形运动平台，能消除传统球形运动平台的耦合性，降低成本、能耗及故障率，延长保养间隔时间。
[0005]为此，本实用新型所采用的技术方案为:一种三自由度球形运动平台，包括底座
(I)、偏航从动盘(10)、俯仰回转体、滚转球形舱(2)、偏航驱动电机组件(11)、俯仰驱动电机(12)、滚转驱动电机(13)和俯仰主动齿轮(3)，所述偏航驱动电机组件(11)安装在底座
(I)上，偏航从动盘(10)水平设置，偏航驱动电机组件(11)带动偏航从动盘(10)绕自身的轴线360°转动；所述俯仰回转体包括同轴设置的环形外圈(4)和环形内圈(5)，所述环形外圈(4)的底部固定安装在偏航从动盘(10)上，所述俯仰驱动电机(12)和俯仰主动齿轮
(3)也安装在偏航从动盘(10)上，环形内圈(5)的外壁上设置有外齿与所述俯仰主动齿轮
(3)啮合，所述俯仰驱动电机(12)通过俯仰主动齿轮(3)带动环形内圈(5)绕自身的轴线进行360°转动；所述滚转球形舱(2)位于俯仰回转体内，环形内圈(5)上固设有两个滚动连接组件￠)，滚转球形舱(2)两端的杆部分别通过轴承(7)安装在各自对应的滚动连接组件￠)内，滚转球形舱(2)的其中一端的杆部套装有滚转从动轮(8)，环绕着滚转从动轮
(8)设置有滚转主动轮(9)，所述滚转从动轮(8)、滚转主动轮(9)和滚转球形舱(2)构成了行星轮传动机构，所述滚转驱动电机驱动滚转主动轮(9)转动，通过滚转从动轮(8)带动滚转球形舱⑵绕自身的轴线进行360°旋转。
[0006]优选为，所述滚转球形舱为太空模拟舱，由模拟舱外壳和模拟舱骨架组成，专用于模拟太空舱。
[0007]进一步，所述环形内圈的一端面与环形外圈齐平，另一端面超出环形外圈，所述环形内圈的外齿仅设置在超出部分上，使结构更为紧凑，进一步降低制造成本。
[0008]所述偏航驱动电机组件(11)包括偏航驱动电机(Ila)和偏航主动轮(Ilb)，所述偏航从动盘(10)与偏航主动轮(Ilb)通过外齿啮合，偏航驱动电机(Ila)通过偏航主动轮(Ilb)带动偏航从动盘(10)转动，所述偏航驱动电机组件(11)与俯仰主动齿轮(3)分别置于俯仰回转体的左右两侧。优化结构布置，降低制造成本。
[0009]本实用新型的有益效果:三自由度球形运动平台分别对三个旋转轴(偏航轴、俯仰轴、滚转轴)进行运动控制和解算，通过回转支撑结构实现了球形运动平台偏航、滚转、俯仰三个旋转轴的360°运动。由于三个自由度由三组互相独立的伺服机构进行控制，运动系统无耦合性，对传动机构不需要进行解耦，与传统的六自由度运动相比，能高效的模拟偏航、滚转、俯仰三个自由度的运动，同时解决了传统六自由度运动平台不能实现360°旋转运动仿真。由于三自由度球形运动平台采用了回转支撑结构作为旋转运动的轨道同时兼顾运动平台框架，不仅使运动平台本身耦合性较低，还降低了运动控制成本和故障率，降低了结构件的磨损，同时也降低了伺服控制成本，延长了保养间隔时间。
【附图说明】
[0010]图1为传统球形运动模拟平台。
[0011]图2为本实用新型的立体图。
[0012]图3为本实用新型的正视图。
[0013]图4为图3的右视图。
[0014]图5为本实用新型中滚转球形舱与俯仰回转体的安装示意图。
【具体实施方式】
[0015]下面通过实施例并结合附图，对本实用新型作进一步说明:
[0016]如图2—图5所示，一种三自由度球形运动平台，主要由底座1、滚转球形舱2、俯仰主动齿轮3、环形外圈4、环形内圈5、滚动连接组件6、轴承7、滚转从动轮8、滚转主动轮
9、偏航从动盘10、偏航驱动电机组件11、俯仰驱动电机12、滚转驱动电机13等组成。
[0017]偏航驱动电机组件11安装在底座I上，偏航从动盘10水平设置，偏航驱动电机组件11带动偏航从动盘10绕自身的轴线360°转动。最好是，偏航驱动电机组件11由偏航驱动电机Ila和偏航主动轮Ilb组成，偏航从动盘10与偏航主动轮Ilb通过外齿啮合，偏航驱动电机Ila通过偏航主动轮Ilb带动偏航从动盘10转动，从而将偏航驱动电机Ila的动力传递到偏航从动盘10。底座I作为整个三自由度球形运动平台的安装座。偏航从动盘10与偏航主动轮Ilb也可以采用带轮、链轮等结构进行动力传递，也可以由偏航驱动电机Ila直接驱动偏航从动盘10转动。
[0018]环形外圈4和环形内圈5同轴设置，两者均为环形件，共同组成了俯仰回转体，作为滚转球形舱2的回转支撑结构。环形外圈4的底部固定安装在偏航从动盘10上，俯仰驱动电机12和俯仰主动齿轮3也安装在偏航从动盘10上，环形内圈5的外壁上设置有外齿与俯仰主动齿轮3啮合，俯仰驱动电机12通过俯仰主动齿轮3带动环形内圈5转动，即环形外圈4相对偏航从动盘10固定不动，环形内圈5相对环形外圈4绕自身的轴线进行360°转动，从而实现了滚转球形舱2的俯仰运动。
[0019]最好是，偏航驱动电机组件11与俯仰主动齿轮3分别置于俯仰回转体的左右两侦牝即在俯仰回转体的左右两侧错开设置。
[0020]为简化结构，降低制造成本，并使整体结构更为紧凑，最好是，环形内圈5的一端面与环形外圈4齐平，另一端面超出环形外圈4，即环形内圈5的厚度大于环形外圈4的厚度，环形内圈5的外齿仅设置在超出部分上，环形内圈5与环形外圈4重合的部分为滑动连接。当然，也可以在环形外圈4上设置内齿，而在环形内圈5的整个外壁上设置外齿同时与环形外圈4、俯仰主动齿轮3啮合，环形内圈5的厚度为环形外圈4与俯仰主动齿轮3的厚度之和，这种结构需要在环形外圈4上设置内齿，由于大直径内齿圈的加工难度较高，因此制造成本尚，不易实施。
[0021]滚转球形舱2位于俯仰回转体内，环形内圈5上固设有两个滚动连接组件6，滚动连接组件6随环形内圈5 —起转动。滚转球形舱2两端的杆部分别通过轴承7安装在各自对应的滚动连接组件6内。滚转球形舱2的其中一端的杆部套装有滚转从动轮8，环绕着滚转从动轮8设置有滚转主动轮9，滚转从动轮8、滚转主动轮9和滚转球形舱2构成了行星轮传动机构，滚转从动轮8充当行星轮传动机构的太阳轮，滚转主动轮9充当行星轮传动机构的行星轮，滚转球形舱2充当行星轮传动机构的行星架。滚转驱动电机13驱动滚转主动轮9转动，通过滚转从动轮8带动滚转球形舱2绕自身的轴线进行360°旋转，从而实现了滚转球形舱2的滚转运动。
[0022]可以将滚转球形舱2设置为太空模拟舱，由模拟舱外壳2a和模拟舱骨架2b组成，专用于模拟太空舱，模拟舱外壳2a上再开设有舱门和逃生窗。
【主权项】
1.一种三自由度球形运动平台，其特征在于:包括底座(I)、偏航从动盘(10)、俯仰回转体、滚转球形舱⑵、偏航驱动电机组件(11)、俯仰驱动电机(12)、滚转驱动电机(13)和俯仰主动齿轮(3)，所述偏航驱动电机组件(11)安装在底座(I)上，偏航从动盘(10)水平设置，偏航驱动电机组件(11)带动偏航从动盘(10)绕自身的轴线360°转动；所述俯仰回转体包括同轴设置的环形外圈(4)和环形内圈(5)，所述环形外圈(4)的底部固定安装在偏航从动盘(10)上，所述俯仰驱动电机(12)和俯仰主动齿轮(3)也安装在偏航从动盘(10)上，环形内圈(5)的外壁上设置有外齿与所述俯仰主动齿轮(3)啮合，所述俯仰驱动电机(12)通过俯仰主动齿轮(3)带动环形内圈(5)绕自身的轴线进行360°转动；所述滚转球形舱(2)位于俯仰回转体内，环形内圈(5)上固设有两个滚动连接组件￠)，滚转球形舱(2)两端的杆部分别通过轴承(7)安装在各自对应的滚动连接组件￠)内，滚转球形舱(2)的其中一端的杆部套装有滚转从动轮(8)，环绕着滚转从动轮(8)设置有滚转主动轮(9)，所述滚转从动轮(8)、滚转主动轮(9)和滚转球形舱(2)构成了行星轮传动机构，所述滚转驱动电机驱动滚转主动轮(9)转动，通过滚转从动轮(8)带动滚转球形舱(2)绕自身的轴线进行360°旋转。2.按照权利要求1所述的三自由度球形运动平台，其特征在于:所述滚转球形舱(2)为太空模拟舱，由模拟舱外壳(2a)和模拟舱骨架(2b)组成。3.按照权利要求1所述的三自由度球形运动平台，其特征在于:所述环形内圈(5)的一端面与环形外圈(4)齐平，另一端面超出环形外圈(4)，所述环形内圈(5)的外齿仅设置在超出部分上。4.按照权利要求1所述的三自由度球形运动平台，其特征在于:所述偏航驱动电机组件(11)包括偏航驱动电机(Ila)和偏航主动轮(11b)，所述偏航从动盘(10)与偏航主动轮(Ilb)通过外齿啮合，偏航驱动电机(Ila)通过偏航主动轮(Ilb)带动偏航从动盘(10)转动，所述偏航驱动电机组件(11)与俯仰主动齿轮(3)分别置于俯仰回转体的左右两侧。
【专利摘要】本实用新型公开了一种三自由度球形运动平台，偏航驱动电机组件安装在底座上，偏航驱动电机组件带动偏航从动盘绕自身的轴线360°转动；环形外圈的底部固定安装在偏航从动盘上，环形内圈的外壁上设置有外齿与俯仰主动齿轮啮合，俯仰驱动电机通过俯仰主动齿轮带动环形内圈绕自身的轴线进行360°转动；环形内圈上固设有两个滚动连接组件，滚转球形舱两端的杆部分别通过轴承安装在各自对应的滚动连接组件内，滚转球形舱的其中一端的杆部套装有滚转从动轮，环绕着滚转从动轮设置有滚转主动轮，滚转驱动电机驱动滚转主动轮转动，通过滚转从动轮带动滚转球形舱绕自身的轴线进行360°旋转。消除了耦合性，降低了成本、能耗及故障率，延长了保养间隔时间。
【IPC分类】B64G7/00
【公开号】CN204713437
【申请号】CN201520261916
【发明人】张纯碧
【申请人】重庆幻羽科技有限公司
【公开日】2015年10月21日
【申请日】2015年4月27日