一种可全方位移动的三轴转台结构设计

一种可全方位移动的三轴转台结构设计

摘要：本文介绍了一种适用于一些小型飞行器模拟测试的实验平台，按要求对其结构进行了设计，并制作了实验的样机。该实验平台实现可以三个旋转自由度和地面的全方位移动，并且该平台不需要驱动元件，结构简便实用。

关键词：三轴转台;全方位移动;结构设计

引言

三维转台作为航空、航天研究中的关键地面设备是导航制导设备的关键，所以转台的技术研究一直受到发达国家航空航天领域的高度重视。三轴转台是用于飞机，导弹，飞船等其他飞行器及地面半实物仿真的关键设备，它可在实验室环境内实时地模拟复现飞行器在空中的动力学特性和飞行器在空间进行中滚转、俯仰、偏航等的运动姿态，转台技术广泛应用于航空、航海、国防建设领域中。

目前，各国研究制作的转台都是带有驱动机构的大型控制转台，这些测试转台无论是机械结构还是测量控制系统都极其复杂，转台的制作使用成本昂贵，操作复杂;而且，这些平台大多是不可自由移动的。这对于一些需要在地面自由移动的小型简易的实验飞行器和其他一些需要低成本半实物仿真的设备，显然是不适合。而针对这种在地面自由移动，低成本，使用、操作方便的飞行器设备实验仿真测试平台。本文提出一种新的可全方位移动的三轴转台设计。

1.结构设计

1.1整体结构方案设计

按照设计要求，本设计具体地说是一种可全方位移动的三轴转台，包括彼此转动连接的转动部分及移动平台，转动部分包括转杆、中环及外环，移动平台包括底座、支杆及万向轮，外环转动安装在底座上，底座上沿周向均布有多个支杆，每个支杆均连接有万向轮，通过万向轮实现水平方向前后、左右两个平移自由度;中环转动安装在外环内，转杆作为被测对象的载体转动安装在中环内，通过转杆相对于中环转动、中环相对于外环转动及外环相对底座转动实现三个旋转自由度，如图1所示。

图1 转台三维模型

1.2转动部分结构设计

转台的转动部分包括中间转杆、中环及外环，具体情况可以参照图1。中环和外环采用的正八边形的形状。中间的转杆作为被测对象的载体，主要是方便固定安装飞行器和转台连接，也可以用其他构件代替。转杆的两端分别通过转轴转动连接于中环内，中环的两侧分别通过转轴转动连接于外环内，转杆和中环之间

的两转轴之间的连线与中环和外环之间的两转轴之间的连线垂直且共面。外环与转轴之间为过盈配合，中环与转轴之间为间隙配合，中环与转杆之间转轴的配合与之相同，这样保证了转台部分的灵活转动。转杆与中杆之间的转轴上设有轴用卡簧卡紧固定，防止转轴脱落，中环与外环之间的转轴上也同样安装有轴用卡簧卡紧固定，保证转台的转动平稳。

1.3移动部分结构设计

移动平台包括底座、支杆、连接块及万向轮，具体情况可以参照图1。底座的侧表面上沿周向均布有四个支杆，本设计中在底座的四个侧面连接一个支杆;每个支杆的一端分别通过销钉固接于底座的侧表面上，支杆的另一端通过螺钉固接于万向轮的连接块上。连接块上开有四个螺纹孔，通过螺钉实现与万向轮的连接，带有刹车的万向轮可以固定转台。连接块上可以连接其他类型的万向轮，如牛眼轮等。

1.4移动和移动连接处结构设计

移动和移动连接处结构设计影响整个转台的性能和可靠性。本文采用如图2所示的结构设计。（图中3为外环，7为支杆，11为销钉，12为底座，13为角接触轴承，14为孔用卡簧，15为底轴，16为外环固定螺钉，21为轴用卡簧）。

图2 底轴连接处剖视图

在外环的底部开有供底轴一端插接的通孔，并在通孔的两侧分别开有用于实现与底轴连接的螺纹孔，底轴的一端通过螺钉与外环的底部固接。底轴的另一端与底座之间安装两个角接触轴承支撑连接，保证转台部分平稳灵活的转动;两个角接触轴承采用背对背的安装方式，该安装方式下的两个角接触轴承的接触线交点在轴承外侧，稳定性好，可以承受倾覆力矩。两个角接触轴承通过孔用卡簧及轴用卡簧固定，两个角接触轴承实现了底轴的灵活转动，并有效地防止了晃动。

2.工作原理

转杆可以和四旋翼飞行器通过固定螺钉实现固定连接，四旋翼飞行器可以在转台中自由旋转，通过传感器可以采集飞行器的姿态等数据。考虑试验对象的多样性，可以把转杆取下，被测对象也可以直接通过转轴与中环连接在一起或者更换其他合适零部件。

3.结论

根据上述设计的全方位移动的三轴转台结构模型，加工安装实验样机。从制作的样机中看出该平台的结构简便紧凑牢靠。不需要驱动机构，没有复杂的控制系统，使用操作方便，制作成本低。本平台适用性强，适合各种小型飞行器。实验对象可以和转杆连接，也可以借助转轴与中环直接连接或者增加零部件，可实现三个旋转自由度和两个移动自由度调节，底部万向轮可以锁死，也可以根据需

要更换各种类型的万向轮。

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