一种大负载的海洋钻井用并联运动稳定平台

摘要

本发明涉及一种大负载的海洋钻井用并联运动稳定平台，设有上平台、下平台、六条伺服电机运动支链和三条液压运动支链，上、下平台构成并联机构；上平台作为海洋钻井平台所用的海洋钻机的基座，通过上平台中的螺纹孔与钻机相连接。本发明通过六条伺服电机运动支链实现了平台的六自由度稳定运动，以及平台的高速度和高加速度的运行，使本发明的平台具有运动行程较大、反应灵敏和偏移量较大等特点，三条液压运动支链的液压缸的高支撑力起到了增大负载的作用，使本并联运动稳定平台可以满足海洋大型钻机使用的需求。本发明结构紧凑，负载大，运动稳定，适用于海洋钻井施工的并联稳定平台，也可广泛应用于机器人领域和海运等领域。

权利要求

1.一种大负载的海洋钻井用并联运动稳定平台，设有上平台、下平台和伺服电机运动支链，上、下平台构成并联机构；其特征在于：所述的上、下平台均为六边形，每个六边形中各有三条长边和短边分别相等，且两平台安装时上平台的长边对应下平台的短边；所述的上平台的下表面、下平台的上表面分别与六条伺服电机运动支链铰接，同时上平台、下平台上还铰接有三条液压运动支链，即上平台的每一条长边侧均通过一组伺服电机运动支链和一条液压运动支链与下平台的每一条短边侧铰接；在上平台的每一条长边侧相对的中点均设置有一个活塞杆连接孔；

所述的六条伺服电机运动支链均设有一个丝杠、伺服驱动器、伺服电机和轴销，每台伺服电机均固定在下平台上，丝杠与伺服驱动器连接构成伺服电动缸，伺服驱动器一端通过轴销以转动副运动方式与伺服电机的主轴连接，丝杠一端也通过轴销以转动副运动方式与上平台连接；当控制信号通过伺服驱动器、伺服电机控制伺服电动缸做转动副运动时，通过六条伺服电机运动支链上的伺服驱动器协调运动实现空间六个自由度的精密运动；

所述的三条液压运动支链的两端在上、下平台上分别构成三角形，每条液压运动支链均设有液压缸、活塞杆和球面副，液压缸与下平台、活塞杆与上平台之间通过球面副形成球铰接，液压缸与活塞杆之间采用圆柱副连接，液压缸在整个并联平台中是以需约束的形式存在，液压缸会随着整个平台的运动发生运动，通过驱动液压缸使液压缸的高支撑力用于增大并联运动稳定平台的负载。

2.根据权利要求1所述的一种大负载的海洋钻井用并联运动稳定平台，其特征在于：所述的上平台作为六自由度并联机构的运动输出端，作为海洋钻井平台所用的海洋钻机的基座，通过上平台中的螺纹孔与钻机相连接。

3.根据权利要求1所述的一种大负载的海洋钻井用并联运动稳定平台，其特征在于：所述的上平台上的活塞杆连接孔用于固定液压缸的活塞杆尾端，实现对活塞杆运动偏移和行程的限制。

说明书

一种大负载的海洋钻井用并联运动稳定平台

技术领域

[0001] 本发明涉及一种大负载的海洋钻井用并联运动稳定平台，特别是一种适用于海洋钻井施工的并联稳定平台，也可以广泛应用于机器人领域和海运等领域。

背景技术

[0002] 由于传统的串联机构存在支撑力较小等缺陷，无法满足大型工业生产的需求，使并联机构逐渐成为当今世界许多科研机构研究的主课题之一。在本发明前，已经有诸多关于3自由度并联机构、4自由度并联机构、6自由度并联机构等研究报导，目前现代机构学已将并联机构广泛应用于微电子制造、光电子、航天装备、超精密加工、精密操作机器人、生物医学工程、智能装备等领域。还有如中国在2016年1月公开的“一种六自由度大行程柔性并联平台”的发明申请，申请号为201510853614.9，该技术主要解决现有柔性并联平台高精度和工作空间之间的矛盾问题，用于机器人领域；但该柔性并联平台相对于海洋钻井中的应用的并联运动稳定平台来说，存在负载能力不足的问题，不能满足海洋钻机稳定平台所需的较大负载的要求。

[0003] 目前我国并联机构在海洋钻井中的应用尚处于萌芽阶段，在海洋钻井施工中，由于海洋钻机本身的吨位较高、体积较大，因此在当前大力开展海洋钻井的环境条件下，在满足六自由度运动的前提下，还很有必要开发用于海洋钻井的能承担大负载的并联运动稳定平台，以提高海洋钻井的效率及安全性，且降低钻井的成本。

发明内容

[0004] 本发明的目的是为解决现有并联运动稳定平台承载力较小，运行速度和加速度较低，运行行程较小等问题，而提供一种大负载的海洋钻井用并联运动稳定平台，通过控制伺服电机实现并联稳定平台高速度和高加速度的运行，并具有运动行程较大、反应灵敏和偏移量较大等特点，可提高海洋钻井的效率及安全性，进而降低钻井的成本。

[0005] 为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：提供一种大负载的海洋钻井用并联运动稳定平台，设有上平台、下平台和伺服电机运动支链，上、下平台构成并联机构；所述的上、下平台均为六边形，每个六边形中各有三条长边和短边分别相等，且两平台安装时上平台的长边对应下平台的短边；所述的上平台的下表面、下平台的上表面分别与六条伺服电机运动支链铰接，同时上平台、下平台上还铰接有三条液压运动支链，即上平台的每一条长边侧均通过一组伺服电机运动支链和一条液压运动支链与下平台的每一条短边侧铰接；在上平台的每一条长边侧相对的中点均设置有一个活塞杆连接孔；

[0006] 所述的六条伺服电机运动支链均设有一个丝杠、伺服驱动器、伺服电机和轴销，每台伺服电机均固定在下平台上，丝杠与伺服驱动器连接构成伺服电动缸，伺服驱动器一端通过轴销以转动副运动方式与伺服电机的主轴连接，丝杠一端也通过轴销以转动副运动方式与上平台连接；当控制信号通过伺服驱动器、伺服电机控制伺服电动缸做转动副运动时，通过六条伺服电机运动支链上的伺服驱动器协调运动实现空间六个自由度的精密运动；

[0007] 所述的三条液压运动支链的两端在上、下平台上分别构成三角形，每条液压运动支链均设有液压缸、活塞杆和球面副，液压缸与下平台、活塞杆与上平台之间通过球面副形成球铰接，液压缸与活塞杆之间采用圆柱副连接，液压缸在整个并联平台中是以需约束的形式存在，液压缸会随着整个平台的运动发生运动，通过驱动液压缸使液压缸的高支撑力用于增大并联运动稳定平台的负载。

[0008] 所述的上平台作为六自由度并联机构的运动输出端，作为海洋钻井平台所用的海洋钻机的基座，通过上平台中的螺纹孔与钻机相连接。

[0009] 所述的上平台上的活塞杆连接孔用于固定液压缸的活塞杆尾端，实现对活塞杆运动偏移和行程的限制。

[0010] 本发明的一种大负载的海洋钻井用并联运动稳定平台结构简单紧凑，通过所设置的六条伺服电机运动支链实现六自由度并联运动稳定平台高速度和加速度运行，达到运行行程较大，反应灵敏；通过设置的三条液压运动支链提高整个并联运动平台的负载能力。

[0011] 本发明的大负载的海洋钻井用并联运动稳定平台与现有技术相比具有的优点是：

[0012] ⑴、本发明第一次将六自由度并联稳定平台运用于海洋钻井，通过控制六条伺服电机运动支链中的伺服驱动器、伺服电机实现了并联稳定平台高速度和高加速度的运行，使本并联运动稳定平台具有运动行程较大、反应灵敏和偏移量较大等特点，符合海洋钻井的需求。

[0013] ⑵、本发明中设置有三条液压运动支链，通过在上平台和下平台中分别设置三个球面接口，将液压缸和上、下平台面的连接设计成一组球面副连接，从而实现了在不影响并联稳定运动平台六自由度运动的状态下，通过液压缸的高支撑力起到了增大负载的作用，使得本并联运动稳定平台可以满足海洋大型钻机使用的需求。

[0014] ⑶、本发明的并联运动稳定平台结构紧凑，各伺服电动缸和液压缸工作易于协调，机构分析简单，本发明的并联运动稳定平台也可以应用于机器人领域和海运等领域，具有非常广阔的应用前景。

附图说明

[0015] 图1为本发明的大负载的海洋钻井用并联运动稳定平台结构示意图。

[0016] 图2为本发明的伺服电机运动支链结构示意图。

[0017] 图3为本发明的液压运动支链结构示意图。

[0018] 上述图中：1—上平台；11—活塞杆连接孔；12—螺纹孔；2—下平台；3—伺服电机运动支链；31—丝杠；32—伺服驱动器；33—伺服电机；34—轴销；4—液压运动支链；41—液压缸；42—活塞杆；43—圆柱副；44—球面副。

具体实施方式

[0019] 下面结合附图对本发明大负载的海洋钻井用并联运动稳定平台作进一步详细的描述，但本发明的实施不限于此。

[0020] 实施例1：本发明提供一种大负载的海洋钻井用并联运动稳定平台，其结构如图1、所示，并联运动稳定平台设有上平台1、下平台2和伺服电机运动支链3，上、下平台构成并联机构；所述的上、下平台为相似六边形，每个六边形中各有三条长边和短边分别相等，且两平台设置时上平台的长边对应下平台的短边；所述的上平台1的下表面、下平台2的上表面分别与六条伺服电机运动支链3铰接，同时上平台、下平台上还铰接有三条液压运动支链4，即上平台的每一条长边侧均通过一组伺服电机运动支链3和一条液压运动支链4与下平台2的每一条短边侧铰接；在上平台1的每一条长边侧相对的中点均设置有一个活塞杆连接孔11，活塞杆连接孔用于固定活塞杆，主要是起到限制活塞杆的运动偏移和行程的作用。

[0021] 参见图2，所述的六条伺服电机运动支链3均设有丝杠31、伺服驱动器32、伺服电机33和轴销34，每台伺服电机均固定在下平台上，丝杠31与伺服驱动器32连接构成伺服电动缸，伺服驱动器一端通过轴销34以转动副运动方式与伺服电机的主轴连接，丝杠31一端也通过轴销34以转动副运动方式与上平台1连接；当控制信号通过伺服驱动器32、伺服电机33控制伺服电动缸做转动副运动时，通过六条伺服电机运动支链3上的伺服驱动器32协调运动实现空间六个自由度的精密运动。

[0022] 所述的三条液压运动支链4的两端在上、下平台上各构成三角形，参见图3，每条液压运动支链均设有液压缸41、活塞杆42、球面副43，液压缸与下平台、活塞杆与上平台之间通过球面副43形成球铰接，液压缸与活塞杆之间采用圆柱副44连接，液压缸在整个并联平台中是以需约束的形式存在，液压缸会随着整个平台的运动发生运动，因此通过驱动液压缸41，使液压缸的高支撑力起到增大并联运动稳定平台的负载的作用。

[0023] 本发明的大负载的海洋钻井用并联运动稳定平台的上平台作为六自由度并联机构的运动输出端，即作为海洋钻井平台所用的海洋钻机的基座，通过上平台中的螺纹孔12与钻机相连接。

[0024] 本发明的海洋钻井用并联运动稳定平台结构紧凑，各伺服电动缸和液压缸工作易于协调，机构分析简单。本发明通过六条伺服电机运动支链构成了六自由度并联稳定平台，实现了平台的高速度和高加速度的运行，使本并联运动稳定平台具有了运动行程较大、反应灵敏和偏移量较大等特点，再加上安装的三条液压运动支链的液压缸的高支撑力起到了增大负载的作用，使本并联运动稳定平台可以满足海洋大型钻机使用的需求。本发明的并联运动稳定平台也可以广泛应用于机器人领域和海运等领域。