2024年4月24日发(作者：)

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利说明书

(21)申请号 CN2.1

(22)申请日 2012.12.11

(71)申请人 燕山大学

地址 066004 河北省秦皇岛市海港区河北大街西段438号

(72)发明人 赵铁石 唐启敬 崔潇

(74)专利代理机构 石家庄一诚知识产权事务所

代理人 崔凤英

(51)

G09B25/02

权利要求说明书 说明书 幅图

(10)申请公布号 CN 103050047 A

(43)申请公布日 2013.04.17

(54)发明名称

两自由度含闭环的自平衡并联运动

模拟器

(57)摘要

一种两自由度含闭环的自平衡并联

运动模拟器，其主要包括动平台、定平台

以及连接这两个平台的四条分支，其中三

条为结构完全相同的SRU驱动分支，另一

条为UP中间约束分支，每条SRU驱动分

支的每组2个第一万向铰固定在定平台

上，其中一个与转动副连接，另一个与电

动缸连接，上述转动副与球铰连接，该球

铰与动平台连接，UP中间分支中的内设弹

簧的移动副下端固定在定平台的正中心，

其上端与第二万向铰连接，该第二万向铰

与动平台连接，第二万向铰中心在分支球

铰组成的三角形外接圆中心。本发明结构

简单，占用体积小，工作空间大；通过中

间分支平衡静载，增大平台负载能力,降低

电机扭矩和功率，可广泛应用于稳定舰

载、车载装置以及运动模拟。

法律状态

法律状态公告日

法律状态信息

未缴年费专利权终止IPC(主分

类):G09B25/02专利

2022-11-18

号:ZL2申请

日:20121211授权公告

日:20141224

法律状态

专利权的终止

权 利 要 求 说 明 书

1.一种两自由度含闭环的自平衡并联运动模拟器，其主要包括动平台、定平台以及

连接这两个平台的四条分支，其中三条为结构完全相同且均匀分布的SRU驱动分

支，另一条为UP中间约束分支，其特征在于：其定平台上设有三个呈正三角形布

置的三角形底座，每条SRU驱动分支的每组2个第一万向铰上下对称地固定在上

述三角形底座上，其中固定在上面的第一万向铰通过下连杆与转动副连接，固定在

下面的第一万向铰与电动缸的尾部连接，该电动缸的伸缩杆与上述下连杆连接，上

述转动副通过上连杆与球铰连接，该球铰与动平台连接，三个球铰中心在动平台上

成正三角形布置， UP中间分支中的内设弹簧的移动副下端固定在定平台的正中心，

其上端与第二万向铰连接，该第二万向铰与动平台连接。

2.一种两自由度含闭环的自平衡并联运动模拟器，其主要包括动平台、定平台以及

连接这两个平台的四条分支，其中三条为结构完全相同且均匀分布的SRU驱动分

支，另一条为UP中间约束分支，其特征在于：其定平台上设有三个呈正三角形布

置的三角形底座，每条SRU驱动分支的每组2个第一万向铰上下对称地固定在上

述三角形底座上，其中固定在上面的第一万向铰与电动缸的尾部连接，该电动缸的

伸缩杆与上连杆连接，固定在下面的第一万向铰通过下连杆与转动副连接，上述转

动副通过上连杆与球铰连接，该球铰与动平台连接，三个球铰中心在动平台上成正

三角形布置， UP中间分支中的内设弹簧的移动副下端固定在定平台的正中心，其

上端与第二万向铰连接，该第二万向铰与动平台连接。

3.一种两自由度含闭环的自平衡并联运动模拟器，其主要包括动平台、定平台以及

连接这两个平台的四条分支，其中三条为结构完全相同且均匀分布的SRU驱动分

支，另一条为UP中间约束分支，其特征在于：其每条SRU驱动分支的每组2个

第一万向铰内外对称地固定在定平台上，其中固定在里面的第一万向铰通过下连杆

与转动副连接，固定在外面的第一万向铰与电动缸的尾部连接，该电动缸的伸缩杆

与上连杆连接，上述转动副通过上连杆与球铰连接，该球铰与动平台连接，三个球

铰中心在动平台上成正三角形布置， UP中间分支中的内设弹簧的移动副下端固定

在定平台的正中心，其上端与第二万向铰连接，该第二万向铰与动平台连接。

4.一种两自由度含闭环的自平衡并联运动模拟器，其主要包括动平台、定平台以及

连接这两个平台的四条分支，其中三条为结构完全相同且均匀分布的SRU驱动分

支，另一条为UP中间约束分支，其特征在于：其每条SRU驱动分支的每组2个

第一万向铰内外对称地固定在定平台上，其中固定在里面的第一万向铰与电动缸的

尾部连接，该电动缸的伸缩杆与上连杆连接，固定在外面的第一万向铰通过下连杆

与转动副连接，上述转动副通过上连杆与球铰连接，该球铰与动平台连接，三个球

铰中心在动平台上成正三角形布置， UP中间分支中的内设弹簧的移动副下端固定

在定平台的正中心，其上端与第二万向铰连接，该第二万向铰与动平台连接。

说 明 书

技术领域

本发明涉及并联机构，特别涉及一种并联平台。

背景技术

随着人类技术的不断发展，人类探索的领域也在不断的扩展。航天航空技术、海洋

技术都在不断的进步之中。在对海洋及天空的探索中，不可避免的会有各种设备装

备在极端的环境下工作。而这些设备的造价必将非常昂贵，所以在实际应用前必须

做大量的仿真模拟实验，以达到安全标准。随着地面模拟仿真技术的不断完善，很

多天空、海洋实验都在陆地进行。而众所周知的并联机构具有刚度大、机构稳定、

承载能力强、精度高、运动惯性小、反解控制简单的特点。目前，并联模拟运动台

广泛地用于飞机、舰船及汽车等的运动模拟仿真。但是大多数的仿真器具有6个自

由度。控制技术难度大，制造成本高、外形大、工作空间小。尤其对大型仿真器一

般为液压驱动，需要油缸等其他设备，成本高且不易维护。所以少自由度电机驱动

是并联机器人研究热点。提高少自由度并联机器人承载能力是关键问题之一。专利

CN 102626919 A提出了一种轴线无汇交的对称两转一移并联机构，该发明各分支

无轴线汇交，大大降低了制造难度，但是由于分支比较分散，造成机构体积大，工

作空间比较小；专利CN102147046 A提出的两自由度并联机构可实现解耦两自由

度运动，运动性能优良，易于控制，但是驱动电机的布置造成系统的动力学性能差，

惯性力大，承载能力不高。

发明内容

本发明的目的是提供一种体积小、易控制、承载能力强、可实现空间两个方向转

动的两自由度含闭环的自平衡并联运动模拟器。

本发明的技术方案如下：

本发明主要包括动平台、定平台以及连接这两个平台的四条分支，其中三条为结构

完全相同且均匀分布的SRU驱动分支，另一条为UP中间约束分支。每条SRU驱

动分支均由一组2个第一万向铰、电动缸、下连杆、转动副、上连杆和球铰组成。

定平台上设有三个呈正三角形布置的三角形底座，每组2个第一万向铰上下对称地

固定在上述三角形底座上，其中固定在上面的第一万向铰通过下连杆与转动副连接，

固定在下面的第一万向铰与电动缸的尾部连接，该电动缸的伸缩杆与上述下连杆连

接，上述转动副通过上连杆与球铰连接，该球铰与动平台连接，三个球铰中心在动

平台上成正三角形布置, 上连杆、下连杆、电动缸及定平台构成闭环4杆机构，UP

中间分支由第二万向铰和内设弹簧的移动副组成，内设弹簧的移动副下端固定在定

平台的正中心，其上端与第二万向铰连接，该第二万向铰与动平台连接。第二万向

铰中心在分支球铰组成的三角形外接圆中心。当该平台处于工作状态时，负载在移

动副内弹簧的作用下在Z轴方向某一位置达到静载平衡。

上述每条SRU驱动分支还有三种连接方式：

第一种方式，上述每条SRU驱动分支的每组2个第一万向铰上下对称地固定在上

述定平台的三角形底座上，其中固定在上面的第一万向铰与电动缸的尾部连接，该

电动缸的伸缩杆与上连杆连接，固定在下面的第一万向铰通过下连杆与转动副连接，

该转动副通过上连杆与球铰连接，该球铰与动平台连接。

第二种方式, 上述每条SRU驱动分支的每组2个第一万向铰内外对称地固定在定平

台上，其中固定在里面的第一万向铰通过下连杆与转动副连接，固定在外面的第一

万向铰与电动缸的尾部连接，该电动缸的伸缩杆与上连杆连接，上述转动副通过上

连杆与球铰连接，该球铰与动平台连接。

第三种方式，上述每条SRU驱动分支的每组2个第一万向铰内外对称地固定在定

平台上，其中固定在里面的第一万向铰与电动缸的尾部连接，该电动缸的伸缩杆与

上连杆连接，固定在外面的第一万向铰通过下连杆与上述转动副连接，该转动副通

过上连杆与球铰连接，该球铰与动平台连接。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、结构简单，占用体积小，工作空间大，可实现二维转动，存在冗余驱动，克服

奇异位形。

2、UP中间分支中的移动副内设有刚度较大的弹簧，通过中间分支能够起到平衡静

载荷，以达到最大限度增加平台负载能力、减小驱动电机扭矩和功率的作用。

3、本发明为电动缸驱动，在其工作空间内性能稳定，在承受负载时仍具有较高的

动态响应，易于安装和维护。

4、两个自由度，易于控制，在很多领域有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例1立体结构示意简图。

图2为本发明中间分支结构的剖视图。

图3为本发明实施例2立体结构示意简图。

图4为本发明实施例3立体结构示意简图。

图5为本发明实施例4立体结构示意简图。

具体实施方式

实施例1

在图1所示的两自由度含闭环的自平衡并联运动模拟器结构示意简图中，三条结构

完全相同SRU驱动分支呈均匀分布，定平台10上设有三个呈正三角形布置的三角

形底座11，每组2个第一万向铰7上下对称地固定在上述三角形底座上，其中固

定在上面的第一万向铰通过下连杆6与转动副4连接，固定在下面的第一万向铰与

电动缸5的尾部连接，该电动缸的伸缩杆与上述下连杆连接，上述转动副通过上连

杆3与球铰2连接，该球铰与动平台1连接，三个球铰中心在动平台上成正三角形

布置。UP中间分支中的内设弹簧的移动副9（如图2 所示）下端固定在定平台的

正中心，其上端与第二万向铰8连接，该第二万向铰与动平台连接，第二万向铰中

心在分支球铰组成的三角形外接圆中心。

实施例2

在图3所示的两自由度含闭环的自平衡并联运动模拟器结构示意简图中，每条

SRU驱动分支的每组2个第一万向铰7上下对称地固定在定平台的三角形底座11

上，其中固定在上面的第一万向铰与电动缸5的尾部连接，该电动缸的伸缩杆与上

连杆3连接，固定在下面的第一万向铰通过下连杆6与上述转动副连接。其它构件

和连接关系与实施例1相同。

实施例3

在图4所示的两自由度含闭环的自平衡并联运动模拟器结构示意简图中，每条

SRU驱动分支的每组2个第一万向铰7内外对称地固定在定平台10上，其中固定

在里面的第一万向铰通过下连杆6与转动副4连接，固定在外面的第一万向铰与电

动缸5的尾部连接，该电动缸的伸缩杆与上连杆3连接。其它构件和连接关系与实

施例1相同。

实施例4

在图5所示的两自由度含闭环的自平衡并联运动模拟器结构示意简图中，每条

SRU驱动分支的每组2个第一万向铰7内外对称地固定在定平台10上，其中固定

在里面的第一万向铰与电动缸5的尾部连接，该电动缸的伸缩杆与上连杆3连接，

固定在外面的第一万向铰通过下连杆6与上述转动副连接。其它构件和连接关系与

实施例1相同。