專利名稱：一種六自由度運動平臺的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及多自由度運動平臺技術領域，特別涉及一種重載六自由度運動平臺。
背景技術：
標準的六自由度運動平臺主要用于重載舉升，通過六個自由度的改變，從而將平臺上的設備或其它物品快速靈活地移動至合適的位置。傳統重載六自由度平臺多采用液壓驅動，需要設備多，功耗大，且噪音、精度等問題也比較嚴重，于是行業內有逐漸向電動發展的趨勢。中國專利文獻CN201723926U公開了一種六自由度機電運動平臺，包括平臺上底板、平臺下底板、以及連接于平臺上底板和平臺下底板之間的六支電動缸組件的電動缸組件，電動缸組件的一端與上鉸支座組件連接后，通過上鉸支座連接座連接至平臺上底板，電動缸組件的另一端通過下鉸支座組件連接至平臺下底板，通過控制六支電動缸組件的行程來實現X、Y、Z三軸直線運動、沿著X、Y、Z三軸轉動，或直線運動與轉動的復合運動。其結構緊湊，整體占有空間小，運動準確，然而電動缸出力普遍較小，若增大出力需要更換較大扭矩的驅動電機，同時需要增大同驅動扭矩相匹配的絲杠和絲杠副的結構尺寸，通過更換驅動電機、絲杠和絲杠副所花費的成本則非常高。上述專利文獻中所用到的鉸支座采用等徑主轉軸，根據對等徑主轉軸受力情況的分析，可以看出，鉸支座在工作時其各部位受力差別較大，在主轉軸的承受載荷點具有較大的作用力，這也是引起主轉軸產生彎曲變形的主要作用力，在靠近主轉軸兩端則受力較小，在增大承重載荷時，若采用等徑增加整個主轉軸直徑的方式，可在一定程度上增強主轉軸的支撐強度；同時，這種等徑增加主轉軸結構方式，無形中將大幅增加了整個主轉軸的重量及主轉軸端與滑動軸承之間的接觸面積。由于主轉軸與其兩端的軸承座之間采用滑動配合，再加上運動平臺上的物體可產生十多噸的支撐重量，若要操縱主轉軸使其旋轉以改變支撐角度，需要克服在主轉軸端上所產生的較大的作用力，這樣勢必消耗較大的動力。同時，上述的軸支座重載荷軸承采用傳統的潤滑油膜，運行時間長時易于失效，且會造成軸與滑動軸承之間的磨損，進而影響軸端的支撐能力，導致承載能力降低，影響軸與滑動軸承的使用壽命。目前現有的氣缸還存在一種電液缸，比如中國專利文獻CN2570509Y公開了一種整體式電液推桿，包括電機、油缸、活塞、活塞桿、導向套、集成塊閥、油泵、泵機座、聯軸器，吸油閥設在油泵上，且與油泵連通，集成塊與油泵、油缸的進油口采用板式直接連接，且由密封圈密封。電液推桿是一種機、電、液一體化的柔性傳動機構，其實際是一種液壓推桿，電動機通過正反轉驅動雙向油泵正反輸出壓力油，經集成塊閥送至油缸，實現活塞桿的往復運動。如果將此電液推桿用于六自由度運動平臺上，雖在一定程度上可以提高定位精度，但其內部結構設置復雜，支撐方式單一，且制作成本較高。實用新型內容[0008]為了解決現有技術的問題，本實用新型提供了一種結構簡單、制作成本低，且通過 雙動力支撐方式為活塞桿提供輔助動力支撐的六自由度運動平臺。[0009]所述技術方案如下[0010]一種六自由度運動平臺，包括上平臺、下平臺和六根電動推桿，所述電動推桿分布 于所述上平臺與下平臺之間，且其兩端分別通過一鉸支座與所述上平臺和下平臺一一對應 鉸接，所述電動推桿，包括缸筒；[0011]承載裝置，設置于所述缸筒內；及[0012]電力驅動裝置，設置于所述缸筒的一端，且二者固定連接，用于驅動所述承載裝置 沿所述缸筒的軸線上下移動；[0013]所述缸筒內還設置一密閉腔室，所述密閉腔室由所述承載裝置、電力驅動裝置及 缸筒圍接而成，所述缸筒上成型有與氣壓/液壓動力源相連接的進氣/液孔，所述進氣/ 液孔與所述密閉腔室相連通，所述承載裝置和電力驅動裝置分別與所述缸筒氣密/液密連 接。[0014]所述承載裝置包括[0015]活塞桿，設置于所述缸筒內，其為中空結構，其一端伸出所述缸筒端部，并形成閉 合端；[0016]絲杠副，固定與所述活塞桿的下端；[0017]導向套，與所述絲杠副固定連接，其外圓面上設有氣封/液封，且與所述缸筒內壁 氣密/液密連接。[0018]所述電力驅動裝置包括[0019]驅動電機、絲杠和支撐座，所述支撐座的一端與所述驅動電機固定連接，其另一端 與所述缸筒的一端氣密/液密連接，所述絲杠的一端與所述驅動電機連接，且與所述支撐 座形成旋轉密封，所述絲杠的另一端貫穿所述絲杠副并伸至所述活塞桿的空腔內，所述絲 杠與所述絲杠副形成傳動支撐；所述密閉腔室由所述支撐座、絲杠副、導向套及缸筒圍接而 成。[0020]所述絲杠為滾珠絲杠，所述絲杠副為滾珠絲杠副。[0021]所述的鉸支座包括軸承座、主轉軸和副轉軸；所述主轉軸包括彼此連接的承載軸 和非承載軸，所述非承載軸設置于所述承載軸的兩端，其端部與所述軸承座連接，沿所述承 載軸的徑向成型一通孔，所述副轉軸貫穿所述通孔，其兩端伸出所述承載軸的外側，所述電 動推桿的端部與所述副轉軸的兩端連接，且繞所述通孔的中線旋轉，所述承載軸位置處的 軸徑大于所述非承載軸位置處的直徑。[0022]優選地，所述承載軸的母線呈對稱的外凸弧形結構，其中部位置的軸徑大于其兩 側位置的軸徑，所述承載軸與所述非承載軸間通過圓弧過渡連接。[0023]進一步優選，所述承載軸的外圓面成型一對稱的切削平面，所述通孔垂直貫穿兩 所述切削平面。[0024]所述非承載軸與所述軸承座通過滑動軸承旋轉配合，沿所述滑動軸承的徑向成型 有注油孔和多個石墨小孔，所述石墨小孔內填充有石墨填料；[0025]所述軸承座上成型有與所述注油孔相連通的注油通道，所述注油通道的進油口與油杯連通。優選地，所述副轉軸固定于所述通孔內，所述電動推桿的端部套置于所述副轉軸的兩端，二者之間設有第一滑動軸承，用于實現所述電動推桿與副轉軸間的相對旋轉。進一步優選地，沿所述第一滑動軸承的徑向成型有注油孔和多個石墨小孔，所述石墨小孔內填充有石墨填料；所述副轉軸上成型有與所述第一滑動軸承的注油孔相連通的注油通道，所述注油通道的進油口與油杯連接。或優選，所述通孔內設有第二滑動軸承，所述副轉軸與所述第二滑動軸承旋轉配合，所述電動推桿的端部固定于所述副轉軸的兩端。進一步優選，沿所述第二滑動軸承的徑向成型有注油孔和多個石墨小孔，所述石墨小孔內填充有石墨填料；所述副轉軸上成型有與所述第二滑動軸承的注油孔相連通的注油通道，所述注油通道的進油口與油杯連接。所述注油通道的進油口設置于所述副轉軸的中部。本實用新型實施例提供的技術方案帶來的有益效果是A、本實用新型通過在上平臺和下平臺之間設置一雙動力電動推桿，通過在電動推桿內設置一個密閉腔室，通過向密閉腔室內送入壓力氣體/液壓，當電動推桿處于工作靜止支撐狀態時，依靠絲杠與絲杠副之間的支撐作用將重載支撐起，絲杠與絲杠副之間承重較大的作用力，通過向密閉腔室送入壓力氣體/液體，壓力氣體/液壓作用于導向套和絲杠副上，產生向上的支撐作用力，對絲杠副產生一個輔助支撐力，從而進一步消弱絲杠與絲杠副之間的作用力，對絲杠和絲杠副起到一定保護作用，延長其使用壽命。B、當絲杠通過驅動電機帶動其旋轉時，活塞桿伸長，由于是在重載作用下，需要克服絲杠與絲杠副之間的由于壓力所產生的摩擦力，因此需要較大的扭矩驅動電機才能驅動絲杠旋轉，本實用新型通過壓力氣體/液壓對絲杠副產生輔助的支撐力，使絲杠與絲杠副間所產生的作用大大減少，因此，啟動驅動電機旋轉時所需要的動力也就大大減少，同等條件下只需選用較小扭矩的驅動電機即能滿足驅動要求。由于壓力氣體/液壓對重載起到輔助支撐作用，消減了絲杠與絲杠副之間的作用力，因此對于絲杠副和絲杠的結構尺寸也可以進一步消減，極大地降低了電動推桿的制作成本，同時還使電動推桿達到同等的支撐能力。C、本實用新型所采用的鉸支座其承載軸處的軸徑大于非承載軸處的軸徑，保證承載軸具有最小直徑后，根據兩端部的受力情況，適當消減兩端非承載軸的直徑，使鉸支座的主轉軸的結構變得更加合理，同時也不會使鉸支座變得笨重，增加其驅動能耗。B.本實用新型通過對滑動軸承、第一滑動軸承、第二滑動軸承均采用石墨自潤滑和潤滑脂共同作用的潤滑方式，達到重載條件下減少軸間磨損，延長軸承壽命的目的。
為了更清楚地說明本實用新型實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。[0039]圖1為本實用新型所提供的六自由度運動平臺整體結構圖；[0040]圖2是圖1中的電動推桿結構示意圖；[0041]圖3是圖1中的鉸支座結構示意圖；[0042]圖4是圖3中主轉軸端部結構示意圖；[0043]圖5是本實用新型所提供的一種鉸支座結構示意圖；[0044]圖6是本實用新型所提供的另一種鉸支座結構示意圖。[0045]圖中[0046]1、上平臺;2、下平臺；[0047]3、電動推桿，[0048]31、電力驅動裝置，311、驅動電機，312、絲杠，313、支承座；32、承載裝置，321、絲杠 副，322、導向套，323、活塞桿；33、缸筒，331、缸頭；34、氣封/液封；35、進氣孔；36、密閉腔 室；37、軸承；38、聯軸器；39、叉耳；310、旋轉密封；[0049]4、鉸支座；[0050]41、軸承座，411、注油通道；42、主轉軸，421、承載軸，422、非承載軸，423、通孔， 424、切削平面；43、副轉軸，431、注油通道；[0051]44、端蓋；45、支座；46、滑動軸承，461、注油孔，462、石墨小孔；47、石墨填料；[0052]48、油杯；[0053]49、第一滑動軸承；491、注油孔，492、石墨小孔；[0054]410、第二滑動軸承，4101注油孔，4102、石墨小孔。
具體實施方式
[0055]為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本實用新 型實施方式作進一步地詳細描述。[0056]如圖1所示，本實用新型提供了一種六自由度運動平臺，包括上平臺1、下平臺2和 六根電動推桿3，電動推桿3分布于上平臺I與下平臺2之間，且其兩端分別通過一鉸支座 4與上平臺I和下平臺2 —一對應鉸接，每根電動推桿3的缸筒33內設有與進氣/液動力 源相連通的密閉腔室36，進入密閉腔室311中的壓力氣體/液壓作用于電動推桿3的絲杠 副321上，壓力氣體/液壓施加到絲杠副321上的作用力與上平臺I上的重載作用力方向 相反，用于氣動/液壓支撐絲杠副32。[0057]其中的電動推桿3，包括缸筒33、承載裝置32和電力驅動裝置31，；其中的承載 裝置32設置于缸筒33內；電力驅動裝置31設置于缸筒33的一端，且二者固定連接，用于 驅動承載裝置32沿缸筒33的軸線上下移動；缸筒33內還設置一密閉腔室36，密閉腔室36 由承載裝置32、電力驅動裝置31及缸筒33圍接而成，缸筒33上成型有與氣壓動力源相連 接的進氣孔35，進氣孔35與密閉腔室36相連通。[0058]其中的承載裝置32包括活塞桿323、導向套322和絲杠副321。[0059]活塞桿323設置于缸筒33內，其為中空結構，其一端伸出缸筒33端部，并形成閉 合端，圖中通過支撐叉耳39將活塞桿323的伸出端密封；[0060]導向套322的一端與設置于缸筒33內的活塞桿323端部固定連接，其外圓面上設有氣封/液封34或采用多道密封圈密封，以防止漏氣；導向套322的外圓面與缸筒33內壁形成滑動配合；導向套322也可以固定于絲杠副321的下部或中部。絲杠副321與活塞桿323同軸固定于導向套322的另一端。所述電力驅動裝置31包括驅動電機311、絲杠312和支撐座313，支撐座313的一端與驅動電機311連接，其另一端與缸筒33的一端密封連接，絲杠312的一端與驅動電機311通過聯軸器38連接，支撐座313的上端面上設有一凹槽，在凹槽內設置旋轉密封310，同時在支撐座313上還設有軸承37，絲杠312依次貫穿支撐座313、軸承37、絲杠副321并伸至活塞桿323的空腔內，絲杠312與支撐座313之間通過旋轉密封310形成動密封配合，絲杠312與絲杠副321形成傳動支撐；密閉腔室36由支撐座313、絲杠副321、導向套322及缸筒33圍接而成。本實用新型優選絲杠312為滾珠絲杠，絲杠副321為與絲杠312相匹配的滾珠絲杠副，可一定程度上提高調節精度和承載能力。以下是本實用新型中所提供的雙動力電動推桿的具體工作原理。電動推桿部分的驅動原理與傳統的電動推桿一致，由驅動電機311提供扭矩通過聯軸器38傳遞給滾珠絲杠312，從而帶動活塞桿323進行直線往復運動，因滾珠絲杠312的機械特性，在進氣/液孔35位置處設置進氣閥，壓力氣體/液壓由此處進入到缸筒33之中，氣封/液封34與旋轉密封310之間形成可以動態運行的密封腔室36，因此在通入壓力氣體/液壓后，整個推桿在壓力氣體/液壓與電動扭矩組合支撐，支撐后由于壓力氣體/液壓方向與負載方向相反，可以大幅度減少滾珠絲杠312的軸向承載，從而提升整個機械結構的性能。另外，本實用新型的六自由度運動平臺上所提供的鉸支座，其結構如圖3-圖6所
/Jn ο圖3中所示的鉸支座，包括軸承座41、主轉軸42、副轉軸43和支座45，軸承座41固定于支座45的兩端，主轉軸42包括彼此連接的承載軸421和非承載軸422，非承載軸422設置于承載軸421的兩端，其端部與軸承座41連接，沿承載軸421的徑向成型一通孔423 ；非承載軸422的兩端分別與軸承座41旋轉配合，非承載軸422徑向成型一通孔423，副轉軸43貫穿通孔423，其兩端伸出非承載軸422的外側，電動推桿3的端部叉耳39與副轉軸3的兩端連接，且繞通孔423的中線旋轉，承載軸421位置處的軸徑大于非承載軸422位置處的直徑。優選地，承載軸421的母線呈對稱的外凸弧形結構，其中部位置的軸徑大于其兩側位置的軸徑，承載軸421與非承載軸422間通過圓弧過渡連接。承載軸421的軸向長度要大于通孔423的直徑，由于增大載荷作用方向上的結構尺寸即可阻止主轉軸42的彎曲，因此，在圖中將承載軸421的外圓面成型一對稱的切削平面424，通孔423垂直貫穿兩切削平面424，可以降低材料的使用，同時還便于電動推桿3端部的兩叉耳39的裝配。其中在軸承座41內固定一滑動軸承46，主轉軸42與滑動軸承46構成旋轉配合，在主轉軸42與沿滑動軸承46的徑向成型有注油孔461和多個石墨小孔462，石墨小孔462內填充有石墨填料47 ;在軸承座41上成型有與注油孔461相連通的注油通道411，注油通道411的進油口與油杯48連通，軸承座41的端部設置有防止滑動軸承46軸向移動的端蓋44。[0070]這里的副轉軸43設置在通孔423內，二者之間的配合方式有以下兩種，一種為固 定連接，另一種為旋轉配合。[0071]其一如圖5所示，副轉軸43固定于通孔423內，電動推桿3上的兩叉耳39套置 于副轉軸43的兩端，電動推桿3上的兩叉耳39與副轉軸43之間設有第一滑動軸承49，用 于實現叉耳39與副轉軸43間的相對旋轉；沿第一滑動軸承49的徑向成型有注油孔491和 多個石墨小孔492，石墨小孔492內填充有石墨填料47，在副轉軸43上成型有與第一滑動 軸承49的注油孔491相連通的注油通道431，注油通道431的進油口與油杯48連接。[0072]其二 如圖6所示，在通孔423內設有第二滑動軸承410，副轉軸43與第二滑動軸 承410旋轉配合，電動推桿3上的兩叉耳39固定于副轉軸43的兩端；沿第二滑動軸承410 的徑向成型有注油孔4101和多個石墨小孔4102，石墨小孔4102內填充有石墨填料47 ;在 副轉軸43上成型有與第二滑動軸承410的注油孔4101相連通的注油通道431，注油通道 431的進油口與油杯48連接。[0073]上述所描述的注油通道431的進油口設置于副轉軸43的中部。[0074]上述本實用新型實施例序號僅僅為了描述，不代表實施例的優劣。[0075]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，并不用以限制本實用新型，凡在本實用 新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保 護范圍之內。
權利要求1.一種六自由度運動平臺，包括上平臺(I)、下平臺(2)和六根電動推桿(3)，所述電動推桿(3 )分布于所述上平臺(I)與下平臺(2 )之間，且其兩端分別通過一鉸支座(4 )與所述上平臺(I)和下平臺(2) —一對應鉸接，所述電動推桿包括 缸筒(33)； 承載裝置(32)，設置于所述缸筒(33)內；及 電力驅動裝置(31)，設置于所述缸筒(33)的一端，且二者固定連接，用于驅動所述承載裝置(32)沿所述缸筒(33)的軸線上下移動； 其特征在于，所述缸筒(33)內還設置一密閉腔室(36)，所述密閉腔室(36)由所述承載裝置(32)、電力驅動裝置(31)及缸筒(33)圍接而成，所述缸筒(33)上成型有與氣壓/液壓動力源相連接的進氣/液孔(35)，所述進氣/液孔(35)與所述密閉腔室(36)相連通，所述承載裝置(32)和電力驅動裝置(31)分別與所述缸筒(33)氣密/液密連接。
2.根據權利要求1所述的六自由度運動平臺，其特征在于， 所述承載裝置(32)包括 活塞桿(323)，設置于所述缸筒(33)內，其為中空結構，其一端伸出所述缸筒(33)端部，并形成閉合端； 絲杠副(321)，固定與所述活塞桿(323)的下端； 導向套(322)，與所述絲杠副(321)固定連接，其外圓面上設有氣封/液封(34)，且與所述缸筒(33)內壁氣密/液密連接。
3.根據權利要求2所述的六自由度運動平臺，其特征在于， 所述電力驅動裝置(31)包括 驅動電機(311)、絲杠(312)和支撐座(313)，所述支撐座(313)的一端與所述驅動電機(311)固定連接，其另一端與所述缸筒(33)的一端氣密/液密連接，所述絲杠(312)的一端與所述驅動電機(311)連接，且與所述支撐座(313)形成旋轉密封，所述絲杠(312)的另一端貫穿所述絲杠副(321)并伸至所述活塞桿(323)的空腔內，所述絲杠(312)與所述絲杠副(321)形成傳動支撐；所述密閉腔室(36)由所述支撐座(13)、絲杠副(321)、導向套(322)及缸筒(33)圍接而成。
4.根據權利要求2或3所述的六自由度運動平臺，其特征在于， 所述絲杠(312)為滾珠絲杠，所述絲杠副(321)為滾珠絲杠副。
5.根據權利要求1所述的六自由度運動平臺，其特征在于， 所述的鉸支座(4)包括軸承座(41 )、主轉軸(42)和副轉軸(43);所述主轉軸(42)包括彼此連接的承載軸(421)和非承載軸(422)，所述非承載軸(422)設置于所述承載軸(421)的兩端，其端部與所述軸承座(41)連接，沿所述承載軸的徑向成型一通孔(423)，所述副轉軸(43)貫穿所述通孔(423)，其兩端伸出所述承載軸的外側，所述電動推桿(3)的端部與所述副轉軸(43)的兩端連接，且繞所述通孔(423)的中線旋轉，所述承載軸(421)位置處的軸徑大于所述非承載軸(422)位置處的直徑。
6.根據權利要求5所述的六自由度運動平臺，其特征在于， 所述承載軸(421)的母線呈對稱的外凸弧形結構，其中部位置的軸徑大于其兩側位置的軸徑，所述承載軸(421)與所述非承載軸(421)間通過圓弧過渡連接。
7.根據權利要求6所述的六自由度運動平臺，其特征在于，所述承載軸(421)的外圓面成型一對稱的切削平面(424 )，所述通孔(423 )垂直貫穿兩所述切削平面(424)。
8.根據權利要求7所述的六自由度運動平臺，其特征在于， 所述非承載軸(422)與所述軸承座(41)通過滑動軸承(46)旋轉配合，沿所述滑動軸承(46)的徑向成型有注油孔(461)和多個石墨小孔(462)，所述石墨小孔(462)內填充有石墨填料(47)； 所述軸承座(41)上成型有與所述注油孔(461)相連通的注油通道(411)，所述注油通道(411)的進油口與油杯(48)連通。
9.根據權利要求8所述的六自由度運動平臺，其特征在于， 所述副轉軸(43)固定于所述通孔(423)內，所述電動推桿的端部套置于所述副轉軸(43)的兩端，二者之間設有第一滑動軸承(49)，用于實現所述電動推桿與副轉軸(43)間的相對旋轉。
10.根據權利要求9所述的六自由度運動平臺，其特征在于， 沿所述第一滑動軸承(49)的徑向成型有注油孔(491)和多個石墨小孔(492)，所述石墨小孔(492)內填充有石墨填料(47)； 所述副轉軸(43)上成型有與所述第一滑動軸承(49)的注油孔(491)相連通的注油通道(431)，所述注油通道(431)的進油口與油杯(48)連接。
11.根據權利要求8所述的六自由度運動平臺，其特征在于， 所述通孔內設有第二滑動軸承(410)，所述副轉軸(43)與所述第二滑動軸承(410)旋轉配合，所述電動推桿的端部固定于所述副轉軸(43)的兩端。
12.根據權利要求11所述的六自由度運動平臺，其特征在于， 沿所述第二滑動軸承(410)的徑向成型有注油孔(4101)和多個石墨小孔(4102)，所述石墨小孔(4102)內填充有石墨填料(47)； 所述副轉軸(43)上成型有與所述第二滑動軸承(410)的注油孔(4101)相連通的注油通道(431)，所述注油通道(431)的進油口與油杯(48)連接。
專利摘要本實用新型公開了一種六自由度運動平臺，包括上平臺(1)、下平臺(2)和六根電動推桿(3)，所述電動推桿(3)分布于所述上平臺(1)與下平臺(2)之間，且其兩端分別通過一鉸支座(4)與所述上平臺(1)和下平臺(2)一一對應鉸接，每根所述電動推桿(3)的缸筒(33)內設有與進氣動力源相連通的密閉腔室(36)，進入所述密閉腔室(36)中的壓力氣體/液壓作用于所述電動推桿(3)的絲杠副(321)上，壓力氣體/液壓施加到所述絲杠副(321)上的作用力與所述上平臺(1)上的重載作用力方向相反，用于氣動支撐所述絲杠副(321)。本實用新型通過采用氣電一體化推桿形式，增加了電動推桿的支撐能力，結構簡單，制作成本低。
文檔編號B66F7/08GK202829455SQ20122042179
公開日2013年3月27日 申請日期2012年8月23日 優先權日2012年8月23日
發明者劉文冬, 崔明寶 申請人:北京摩詰創新科技股份有限公司