本發明涉及六自由度運動機構領域,具體涉及六自由度的微位移臺。
背景技術:
1、隨著微機電系統、精密工程和生物醫學等領域技術的不斷發展,對具有復雜三維幾何形貌的異質異構微納器件和對象進行微裝配、微操作的需求日益增加。并聯機構微位移臺能夠帶動末端執行器實現多自由度的精密微位移運動。相比串聯結構形式的微位移臺,其具有承載力強、運動精度高,運動慣性小、控制容易等優點,是提高微裝配和微操作系統操作自由度,和實現高精度的末端執行器位姿調控的基礎和關鍵設備。
2、然而,現有并聯機構微位移臺受到材料、結構和加工工藝的限制,通常結構較為復雜、體積大、裝配要求高,難以通過尺寸等比例縮小實現微型化和輕量化,從而無法適應微裝配、微操作中對末端微位移機構微型化和智能化發展的要求。
技術實現思路
1、針對現有技術存在的不足,本發明的目的是提出一種小型化、輕量化、能夠一體設計和一體制造的具有大行程、緊湊結構和易于加工的層壓復合結構的六自由度并聯機構微位移臺。
2、本發明的技術方案如下:
3、本發明所述的層壓復合結構的六自由度并聯機構微位移平臺,包括上平臺、6個支腿組件、6個位移執行器和基座。所述支腿組件上端與上平臺相連,下端通過位移執行器與基座連接。
4、所述上平臺和所述6個支腿組件是在一張層壓復合結構板上通過加工折痕形成轉動或連接部位,通過折痕折疊形成的三維立體結構,整個結構能夠以上平臺為中心平鋪展開為一個平面。
5、所述6個支腿組件由兩個一組分為結構相同的三組,每組的兩個支腿組件結構相同并鏡像對稱布置,三組支腿組件以上平臺的中心軸線呈旋轉對稱分布。
6、每個支腿組件包括支腿連桿和兩個柔性鉸,每一個柔性鉸以折痕為轉動軸線且轉動軸線相交于空間中一點,一個柔性鉸通過折痕連接上平臺,另一個柔性鉸通過折痕連接支腿連桿一端,兩個柔性鉸相互連接;所述支腿連桿的另一端連接位移執行器,位移執行器安裝在基座上。
7、進一步地,所述層壓復合板是由上下兩層硬質板和中間的柔性薄膜構成的三明治結構,所述折痕是通過在三明治結構的上下兩塊硬質板上同一位置處切割斷開,露出中間的柔性薄膜而構成。所述層壓復合結構中上下兩層硬質板為碳纖維板,柔性薄膜為聚酰亞胺薄膜。
8、進一步地,所述柔性鉸為三軸的柔性球鉸或兩軸的柔性虎克鉸。
9、進一步地,所述6個支腿組件的6根軸線兩兩相鄰相交,分別相交于平行于上平臺的三個點,以及平行于基座的三個點,且繞位移臺的中軸線呈旋轉對稱分布,構成并聯機構中經典的stewart平臺構型;所述軸線是指每個支腿組件上的兩個柔性鉸的回轉中心的連線。
10、進一步地,所述位移執行器的運動形式為沿垂直于基座方向平動或沿平行基座方向的平移。
11、本發明具有以下優點:
12、1、本發明是通過在兩層硬質板中間夾一層柔性薄膜構成層壓復合結構,在其上切割出間隙形成折痕,并分割出輪廓包絡形成上平臺和支腿組件,沿折痕折疊后,連接上位移執行器和基座組件構成三維結構的六自由度并聯機構微位移臺,該結構能夠使用平面制造工藝實現一體設計、一體加工,具有結構簡單、設計簡便、制作簡單、成本低、易于微型化、能夠大批量生產等優點。
13、2、本發明所述的層壓復合結構的六自由度并聯機構微位移臺,6個支腿組件由兩個一組分為結構相同的三組,三組以上平臺的中心軸線呈旋轉對稱分布,每個支腿組件包括兩個柔性鉸,柔性鉸是以折痕為轉動軸線且轉動軸線相交于空間中一點,6個支腿組件的軸線分別相交于平行于上平臺的三個點,以及平行于基座的三個點,且繞中軸線呈旋轉對稱分布,保證構成便于解耦運算的并聯機構中經典的stewart平臺構型,能夠實現繞三個正交軸的大范圍轉動和平動,具有運動靈活、易于控制的優點。
14、3、本發明所述的層壓復合結構的六自由度并聯機構微位移臺中,硬質板采用了碳纖維板,柔性層材料采用了聚酰亞胺薄膜,具有結構剛度高、質量輕、成本低等優點。
1.基于層壓復合結構的六自由度并聯機構微位移臺,其特征在于:包括上平臺(1)、6個支腿組件、6個位移執行器(5)和基座(6);
2.根據權利要求1所述的層壓復合結構的六自由度并聯機構微位移臺,其特征在于:所述層壓復合板是由上下兩層硬質板和中間的柔性薄膜構成的三明治結構,所述折痕是通過在三明治結構的上下兩塊硬質板上同一位置處切割斷開,露出中間的柔性薄膜而構成。
3.根據權利要求1或2所述的層壓復合結構的六自由度并聯機構微位移臺,其特征在于:所述柔性鉸為三軸的柔性球鉸(2)或兩軸的柔性虎克鉸(3)。
4.根據權利要求1或2所述的層壓復合結構的六自由度并聯機構微位移臺,其特征在于:所述6個支腿組件的6根軸線兩兩相鄰相交,分別相交于平行于上平臺的三個點,以及平行于基座的三個點,且繞位移臺的中軸線呈旋轉對稱分布,構成并聯機構中經典的stewart平臺構型;所述軸線是指每個支腿組件上的兩個柔性鉸的回轉中心的連線。
5.根據權利要求1或2所述的層壓復合結構的六自由度并聯機構微位移臺,其特征在于:所述位移執行器(5)的運動形式為沿垂直于基座(6)方向平動或沿平行基座(6)方向的平移。
6.根據權利要求2所述的層壓復合結構的六自由度并聯機構微位移臺,其特征在于:所述層壓復合結構中上下兩層硬質板為碳纖維板,柔性薄膜為聚酰亞胺薄膜。