线性致动器

摘要

本发明涉及一种线性致动器，尤其是适用于使负载（3）运动的线性致动器（2），包括：腿部4），其利用具有三个旋转自由度的球窝接头通过其端部之一联接至所述负载（3）；板（6），其可沿着属于所述致动器（2）的支撑件（9）的平面的轴线（5）平移运动，所述可运动板（6）通过所述腿部（4）的另一端部机械联接至所述腿部（4）。该线性致动器还包括至少一个第一弹性缆线（7），所述第一弹性缆线通过其端部之一固定至所述可运动板（6），且通过其另一端部固定至所述支撑件（9），并啮合在固定至所述支撑件（9）的第一滑轮中。根据本发明的致动器尤其用于使安装在六足设备上的模拟平台运动。

权利要求

1.一种适用于使负载(3)运动的线性致动器(2)，包括：

·腿部(4)，其利用具有三个旋转自由度的球窝接头通过其端部之一联接至所述负载(3)；

·可运动板，其可沿着属于所述致动器(2)的支撑件的平面的轴线(5)平移运动，所述可运动板通过所述腿部(4)的另一端部机械联接至所述腿部(4)，其特征在于，它还包括至少一个第一弹性缆线，所述第一弹性缆线通过其端部之一固定至所述可运动板，且通过其另一端部固定至所述支撑件，并啮合在固定至所述支撑件的第一滑轮中。

2.根据权利要求1所述的线性致动器，其特征在于，所述第一弹性缆线和所述第一滑轮配置成用以获得所述线性致动器(2)的稳定平衡。

3.根据权利要求1所述的线性致动器，其特征在于，所述第一弹性缆线固定至所述可运动板的第一侧向部分，所述线性致动器包括至少一个第二弹性缆线，所述第二弹性缆线通过其端部之一固定至所述可运动板的第二侧向部分，且通过其另一端部固定至所述支撑件，并啮合在固定至所述支撑件的第二滑轮中，所述第一弹性缆线、第二弹性缆线、第一滑轮和第二滑轮配置成用以获得所述线性致动器(2)的稳定平衡。

4.根据权利要求3所述的线性致动器，其特征在于，所述第一弹性缆线和所述第二弹性缆线沿相同方向作用在所述可运动板上。

5.根据权利要求3所述的线性致动器，其特征在于，所述第一弹性缆线和所述第二弹性缆线沿相反方向作用在所述可运动板上。

6.根据权利要求3所述的线性致动器，其特征在于，所述第一弹性缆线和所述第二弹性缆线是蹦极绳。

7.根据权利要求5和6中任何一项所述的线性致动器，其特征在于，所述第一弹性缆线和所述第二弹性缆线具有不同刚度。

8.六足设备致动器，其特征在于，它包括至少一个根据权利要求1-7中任何一项所述的线性致动器。

9.根据权利要求8所述的六足设备致动器，其特征在于，它适用于使模拟平台运动。

10.根据权利要求9所述的六足设备致动器，其特征在于，它适用于使可运动车辆的导航站的模拟平台运动。

说明书

线性致动器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种线性致动器，其尤其用于使安装在六足设备(hexapod)上的模拟平台运动。

背景技术

[0002] 本发明涉及例如用于飞行器(飞机)和车辆驱动模拟器的运动系统致动器领域。适用本发明的模拟器是包括例如实际导航或驱动室的模拟器。使用实际室意味着模拟器的重量和尺寸均非常大。

[0003] 为了维护模拟器，减少设置模拟器的基础设施成本以及被供应以使模拟器运动的能量的成本，愈发常见地使用电动运动致动器来取代液压运动致动器。

[0004] 与使用电动运动致动器相关的一个问题在于，必须考虑与移位的负载相关联的静态力以及与移位的负载重量和惯性相关联的动态力。

[0005] 存在多种补偿解决方案，例如：气动补偿、液压补偿。

[0006] 气动补偿系统主要利用蓄积器和压缩器运行。压缩机压缩蓄积器中的气体。蓄积器在别处与致动器联接或与补偿气缸联接。气动补偿系统供应相对恒定的单向力。

[0007] 液压补偿系统主要利用蓄积器和液压装置工作。液压装置压缩蓄积器中的油性物质。蓄积器与致动器联接。液压补偿系统也供应相对恒定的单向力。

[0008] 气动和液压补偿解决方案具有如下主要缺陷：

[0009] ·它们占据较大的地面面积；

[0010] ·它们的制造和维护成本昂贵；

[0011] ·它们必须满足严格限制的压力设备使用标准；

[0012] ·它们无法根据施加至致动器的静态力变化而良好地改变，因为补偿力相对恒定。

[0013] 此外，气动补偿系统的启动时间相对较长，从而更加限制了模拟器的使用。

发明内容

[0014] 本发明的一个目的尤其在于克服上述缺点。为此，本发明的主题是一种适用于使负载运动的线性致动器。所述线性致动器包括：

[0015] ·腿部，其利用具有三个旋转自由度的球窝接头通过其端部之一联接至负载；

[0016] ·可运动板，其可沿着属于致动器的支撑件的平面的轴线平移运动，所述可运动板通过腿部的另一端部机械联接至腿部。

[0017] 所述致动器还包括至少一个第一弹性缆线，所述第一弹性缆线通过其端部之一固定至所述可运动板，且通过其另一端部固定至所述支撑件，并啮合在固定至支撑件的第一滑轮中。

[0018] 在一个尤其有利的实施例中，第一弹性缆线与第一滑轮可配置成用以获得线性致动器的稳定平衡。

[0019] 在另一个实施例中，第一弹性缆线可固定至可运动板的第一侧向部分。线性致动器可包括至少一个第二弹性缆线，该第二弹性缆线通过其端部之一固定至可运动板的第二侧向部分，且通过其另一端部固定至支撑件。第二弹性缆线啮合在固定至支撑件的第二滑轮中。第一弹性缆线和第二弹性缆线、第一滑轮和第二滑轮配置成用以获得线性致动器的稳定平衡。

[0020] 第一弹性缆线和第二弹性缆线可沿相同方向作用在可运动板上。

[0021] 在本发明的另一个实施例中，第一弹性缆线和第二弹性缆线可沿相反方向作用在可运动板上。

[0022] 弹性缆线可以是蹦极绳。

[0023] 在一个尤其有利的实施例中，第一弹性缆线和第二弹性缆线可具有不同刚度。

[0024] 本发明的另一个主题是一种六足设备致动器，其包括至少一个根据本发明的线性致动器。

[0025] 有利地，六足设备致动器可适用于使模拟平台运动。

[0026] 有利地，六足设备致动器可适用于使可运动车辆的导航站的模拟平台运动。

[0027] 本发明的主要优点尤其在于其足够可靠且不易老化。

附图说明

[0028] 从作为非限制性举例说明的下文描述并结合附图将显现出本发明的其他特征和优点，图中：

[0029] ·图1：使用至少一个根据本发明的致动器的六足设备定位器；

[0030] ·图2：根据本发明的致动器；

[0031] ·图3：根据本发明的致动器的补偿系统；

[0032] ·图4：确定根据本发明的致动器的补偿系统的尺寸的实例；

[0033] ·图5：根据本发明的致动器的补偿系统的另一个实施例。

具体实施方式

[0034] 图1示出了一个六足设备(或六足式)定位器1，其包括至少一个根据本发明的致动器2。六足设备定位器1可设定运动中的可运动平台3。六足设备定位器1可根据Stewart平台概念制造，其允许可运动平台3根据六个自由度运动。即，三个平移自由度，对应于纵摇角、横摇角、偏航角(也称为欧拉角)的三个旋转自由度。Stewart平台特别用于生产由K.Cappel设计的模拟器。Stewart平台形成并联机器人家族的一部分。

[0035] 六足设备定位器1特别包括六个致动器。平台3的负载分布在六足设备定位器1的六个致动器上。举例而言，六个致动器可以是根据本发明的致动器2。在另一个示例性实施例中，六足设备定位器可包括至少一个根据本发明的致动器2以及根据现有技术的其他致动器。根据本发明的致动器2特别包括腿部4，该腿部可例如由联杆制造且具有固定长度，或者可由缸体制造且具有可变长度。每个腿部4经由具有三个旋转自由度的球窝接头(图1中未示出)由顶端联接至可运动平台3。球窝接头固定至可运动平台3。每个腿部的底端可沿直线段移位。直线段可由例如倾斜的坡道5制造，托架6在该坡道5上移位。因此，托架6沿着基本上平行于坡道5的轴线移位。腿部4的底端可安装在托架上，以在例如基本上垂直于坡道5的轴线上具有旋转自由度。根据本发明的致动器2也可包括第一弹性补偿装置，其包括至少一个弹性缆线7、8。在图1中且举例而言，第一补偿装置包括两个弹性缆线7、8。例如，第一弹性补偿装置的第一弹性缆线7可通过其端部之一联接至其上固定有坡道5的柱基(底座)9的第一侧向部分。举例而言，柱基9可直接置于地面上。定义柱基9不可运动。第一弹性补偿装置的第一弹性缆线7可通过其另一端部联接至托架6的第一侧。举例而言，第一弹性补偿装置的第二弹性缆线8可通过其端部之一由第一固定附接点10联接至柱基9的第二侧向部分。第一弹性补偿装置的第二弹性缆线8可通过其另一端部联接至托架6的第二侧。举例给出了柱基9上和托架6上的第一补偿装置的弹性缆线的不同附接点，并且可根据六足设备定位器
1的各种其他配置之一调节所述附接点。在图1中，根据所有可能位置中的两个位置示出了根据本发明的弹性补偿器：即，第一位置71、81，其中托架6位于坡道5的第一端部处；第二位置72、82，其中托架位于坡道5的第二端部处。

[0036] 图2示出了根据本发明的致动器2的部分视图。图2特别示出了如图1所示的第一和第二弹性缆线7、8。

[0037] 图2还示出了坡道5上的托架6的可能位置中的两个：即，第一位置71、81，其中托架处于坡道5的第一端部处；第二位置72、82，其中托架处于坡道5的第二端部处。第一位置71、81可以是所谓的“底部”位置，第二位置72、82可以是所谓的“顶部”位置。

[0038] 第一滑轮20固定至柱基9的第一侧向部分。第二弹性缆线8在第一滑轮20中啮合，以追随托架6沿着坡道5从第一位置71(例如底部位置)到第二位置72(例如顶部位置)的运动。第一滑轮20特别是回复滑轮(return pulley)。

[0039] 图2中未示出的第二滑轮固定至柱基9的第二侧向部分。第一弹性缆线7啮合在第二滑轮中，以追随托架6沿着坡道5从底部的第一位置71到顶部的第二位置81的运动。第二滑轮特别是回复滑轮。

[0040] 补偿装置的此配置有利地使得可以向托架施加回复力，该回复力根据托架6在坡道5上的位置而变化。回复力通过沿图2中的相同方向作用的第一和第二弹性缆线施加。举例而言，就图2所示的装置而言，回复力为：

[0041] ·当托架6处于底部的第一位置71时最大；

[0042] ·当托架6垂直于第一和第二滑轮时为零；

[0043] ·当托架6处于顶部的第二位置72时相反。

[0044] 有利地，此补偿装置使得可以将托架6返回至稳定的平衡位置，也就是说，返回至回复力为零的位置，而无需供应额外能量。该能力使得可以增加定位器的安全性，因为如果出现问题的话，根据本发明的致动器会返回至稳定平衡，而无需供应额外能量。当能量源存在故障时这尤其有利。

[0045] 图3示意性示出了以断面显示的根据本发明的致动器的一部分。图3特别示出：第二弹性缆线8、柱基9、在两个极端位置81和82中的托架6、第二滑轮。

[0046] 在第一补偿装置的尤其有利的示例性实施例中，弹性缆线7、8可以是蹦极绳，也就是说，由橡胶制成的芯部以及例如由织物制成的护套组成的弹性缆线，其例如在每个端部包括钩，以将它们锚固。

[0047] 第一补偿装置的弹性缆线7、8具有回复功能。因此，可使用诸如弹簧的任何回复装置来取代弹性缆线7、8。然而，使用例如由弹性体制成的缆线的成本有利地较低。有利地，第一补偿装置可根据所使用的弹性体的特征、尤其是弹性而确定尺寸和构造。类似地，可依据根据本发明的致动器的尺寸和特征来选择所使用的弹性体的特征，且更通常地，可依据其中结合根据本发明的致动器的定位器的尺寸和特征进行上述选择。有利地，图3示出的第一补偿装置包括很少的部件。

[0048] 图4示出了弹性缆线7、8相对于根据本发明的致动器的定位实例，从而能够沿根据本发明的线性致动器2的托架6的两个移位方向产生补偿力。与图3类似，图4示出了装置的断面图。以与下文描述的第二弹性缆线8的定位相同的方式执行第一弹性缆线7的定位。

[0049] 弹性缆线7、8的定位和尺寸确定可定义如下：

[0050] ·根据托架6的位移定义弹性缆线7、8供应的静态力，从而获得最适合于根据本发明的线性致动器的补偿；

[0051] ·定义使得可以复制这些力的弹性缆线7、8的定位。

[0052] 确定根据本发明的致动器的尺寸的公式可表示如下：

[0053] ·l＝L+sqrt(A2+(P-c)2)                (1000)

[0054] ·sin(a)＝A/(l-L)＝A/sqrt(A2+(P-c)2)  (1001)

[0055] ·f＝F(l/l0)*cos(a)                  (1002)

[0056] 其中：

[0057] ·P可以是投射在托架6的位移轴线上的第二滑轮的位置，P例如相对于当托架6处于底部的第二位置82时第二弹性缆线8在托架6上的附接点测量得到，P可以独立于托架的行程；

[0058] ·A可以是第二滑轮投射在基本上与托架6的位移轴线正交的轴线上的位置，P相对于第二弹性缆线8在托架6上的附接点测量得到，A可以独立于托架的行程；

[0059] ·L可以是第二弹性缆线8在柱基9上的第一固定附接点10与第二滑轮之间的长度，L可能独立于托架6的行程；

[0060] ·c可以表示托架6的行程长度：当托架处于底部的第二位置82时，c例如为零；且当托架处于顶部的第一位置81时，c例如为cmax；

[0061] ·a可以是托架6的位移轴线与穿过第一固定附接点10和第二滑轮的中心的直线之间的角度；

[0062] ·l可以是第二滑轮与第二弹性缆线8的附接点之间的弹性体的长度，l依据托架6在坡道5上的位置而变化；

[0063] ·l0可以是当第二弹性缆线8松弛时的长度，也就是说，当第二弹性缆线8未附接时的长度；

[0064] ·F可以是缆线8施加在托架6上的回复力，回复力可取决于缆线8的长度并特别取决于比率I/I0和缆线8的弹性，弹性取决于用于制造缆线8的材料，F因此可以为取决于l/l0的函数；

[0065] ·f可以为第二弹性缆线8施加在托架6上的回复力的位移轴线上的投影。

[0066] 在这些参数中，c取决于根据本发明的致动器的使用条件，c因此是固定参数。类似地，c＝0和c＝cmax时f值取决于根据本发明的致动器的使用情况，因此f固定。

[0067] 为了便于安装根据本发明的致动器，可选定I0，以使得I0＝L+A：这样，c＝P时f为零。

[0068] 应注意，使用一个或两个缆线时均采用相同方式确定致动器的尺寸，因为力以相同方式分布在两个缆线上。

[0069] 图5示出了根据本发明的线性致动器的第二实施例的一个实例。图5是根据本发明的致动器2的一部分的断面图。

[0070] 举例而言，图2示出的根据本发明的线性致动器2的第二实施例可包括第二补偿装置，该第二补偿装置包括四个弹性缆线。这四个弹性缆线取代了图1、2、3、4中示出的第一和第二弹性缆线7、8。在图5中，仅举例示出了两个弹性缆线，其他两个弹性缆线相对于托架6的位移轴线与第三和第四弹性缆线41、51对称地配置。在另一个实施例中，可以使用仅两个弹性缆线，这两个弹性缆线定位成使得如与在该实例中引证的四个弹性缆线类似的方式作用。

[0071] 第二补偿装置特别包括第三弹性缆线41。第三弹性缆线41可以一方面固定至托架6，而另一方面经由第二固定附接点42固定至柱基9。第三弹性缆线41啮合在固定至柱基9的第三滑轮40中。例如，第三滑轮40可垂直于托架6的行程的底端设置。也可设想到其他位置，而不会损害第二补偿系统提供的优点。

[0072] 第二补偿装置还包括一方面固定至托架6且另一方面经由第三固定附接点52固定至柱基9的第四缆线51。第四弹性缆线51啮合在固定至柱基9的第四滑轮50中。举例而言，第四滑轮50坐落在托架6的行程的顶端处。也可设想到其他位置，而不会损害第二补偿系统提供的优点。

[0073] 第二补偿装置提供了与第一补偿装置相同的优点。第二补偿装置还具有能够使用不同刚度的第三和第四弹性缆线41、51以增强回复力的管理的优点。这是因为第三和第四弹性缆线41、51沿相反方向施加了回复力。

[0074] 根据本发明的线性致动器使用的补偿装置可确定尺寸并定义如下：

[0075] ·根据托架6的位移定义待补偿的静态力，从而定义线性致动器2的最佳补偿；

[0076] ·定义弹性缆线组合，使得可以减小之前定义的静态力。

[0077] 有利地，通过本发明中描述的被动补偿装置补偿静态力，使得可以减小根据本发明的致动器的马达(电机)驱动链的尺寸确定。

[0078] 能够补偿施加至根据本发明的致动器的静态力的力的产生使得可以将根据本发明的致动器的能耗减小至最大程度。

[0079] 有利地，根据本发明的致动器使得可以产生可变力，因为待补偿的静态力依照根据本发明的致动器的动态配置而变化。

[0080] 在根据本发明的致动器中，补偿力可有利地反向，这使得补偿装置能够针对致动器的所有运行配置均有效。

[0081] 有利地，补偿系统本身不消耗能量。

[0082] 根据本发明的致动器也提供了相对于包括加压补偿装置的致动器的增强安全性。这是因为根据本发明的致动器有利地使得可以避免致动器全速返回到其稳定平衡位置。

[0083] 有利地，根据本发明的致动器使得其可以没有死行程。

[0084] 有利地，每个弹性缆线可以一个或多个弹性缆线或者蹦极绳的方式实施，从而能够非常优良地相对于使模拟平台运动的力改变补偿。