一種基于柔性機構的三自由度平臺的制作方法
【專利摘要】一種基于柔性機構的三自由度平臺,其包括內外兩個同圓心的圓環,其中外圓環為定環,與指向定位設備的基體固連;內圓環為動環,通過n個柔性桿與定環連接,動環沿Z軸方向上下移動,沿X軸方向和Y軸方向轉動;XOY面為定環所在平面,O為圓心;其中,n個柔性桿與動環連接點中的任意相鄰2個連接點之間的連線距離相同,n大于或等于3,且圓心O與每個柔性桿之間的垂直距離大于0。本發明具有結構簡單、裝配容易、疲勞壽命高的優勢,可用于搭建高頻擺動的指向定位設備。
【專利說明】
一種基于柔性機構的三自由度平臺
技術領域
[0001]本發明屬于三自由度平臺技術領域,尤其涉及一種基于柔性機構的三自由度平臺O
【背景技術】
[0002]三自由度平臺在指向、定位、運動仿真領域有重要的應用。Stewart運動平臺已廣泛運用于運動仿真領域,國內外學者也先后研制了多款三自由度平臺。
[0003]傳統的三自由度平臺是通過并聯機構搭建的,含有大量軸系結構,因此三自由度平臺相對尺寸較大,結構較為復雜,成本較高,且有間隙和摩擦,難于保證精度,在高頻領域應用困難。
【發明內容】
[0004]為解決上述問題,本發明提供一種基于柔性機構的三自由度平臺,具有結構簡單、裝配容易、疲勞壽命高的優勢,可用于搭建高頻擺動的指向定位設備。
[0005]—種基于柔性機構的三自由度平臺,其包括內外兩個同圓心的圓環,其中外圓環為定環,與指向定位設備的基體固連;內圓環為動環,通過η個柔性桿與定環連接,動環沿Z軸方向上下移動,沿X軸方向和Y軸方向轉動;XO Y面為定環所在平面,O為圓心;其中,η個柔性桿與動環連接點中的任意相鄰2個連接點之間的連線距離相同,η大于或等于3,且圓心O與每個柔性桿之間的垂直距離大于O。
[0006]效果較佳的,η個柔性桿均與動環相切。
[0007]效果較佳的,11為3,3個切點構成正三角形。
[0008]效果較佳的,11為4,4個切點構成正四邊形。
[0009]效果較佳的,11為5,5個切點構成正五邊形。
[0010]效果較佳的,η個柔性桿與動環不相切。
[0011]有益效果:
[0012]本發明基于柔性機構的三自由度平臺無間隙和摩擦,可實現高精度運動;疲勞壽命高,且可免于潤滑,避免污染環境;動態性能好,可應用于高頻高速場合;可以進行整體化(或一體化)設計和加工,故可簡化結構、減小體積和重量、免于裝配。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明具有三連桿的三自由度平臺的結構圖。
[0014]圖2是本發明具有四連桿的三自由度平臺的結構圖。
[0015]圖3是本發明具有五連桿的三自由度平臺的結構圖。
【具體實施方式】
[0016]柔性機構和傳統的剛性機構不同,它用自身的變形來傳遞或轉化位移、力和能量。柔性機構的優點主要是:大大減少零件數目、縮減裝配時間、同時將制造過程簡化,從性能上來說可以提高精度、增加可靠性、減少磨損、減輕重量、減少維護。具體體現在:
[0017](I)可以整體化(或一體化)設計和加工,故可簡化結構、減小體積和重量、免于裝配;
[0018](2)無間隙和摩擦,可實現高精度運動;
[0019](3)免于磨損,可提高壽命;
[0020](4)免于潤滑,避免污染;
[0021](5)可增大結構剛度。
[0022]機構學的發展方向是宏觀到微觀,串聯到并聯,剛性到柔性。本發明采用柔性機構來設計三自由度平臺,針對的是小運動范圍和高頻應用領域。
[0023]下述定環、動環均共圓心,均記為O。
[0024]請參見圖1所示,本發明是一種基于柔性機構的具有三連桿的三自由度平臺,該平臺為一體化零件,包括定環Aa、動環Ab、第一柔性桿Al、第二柔性桿A2、第三柔性桿A3 ;第一柔性桿AI與動環Ab的連接點為AOI,第二柔性桿A2與動環Ab的連接點為AO2,第三柔性桿A3與動環Ab的連接點為AO3,依次連接連接點AO1、AO2、AO3構成一等邊三角形;柔性桿A1、A2、A3均與動環Ab相切,且動環圓心O與柔性桿Al、A2、A3的距離均為d0。柔性桿的數量可以是4、5或者更多,且柔性桿與動環圓心O的垂直距離越大越好。該平臺的動環Ab有三個自由度,一個沿Z軸方向的移動自由度,一個繞X軸方向的轉動自由度和一個繞Y軸方向的轉動自由度。該平臺的結構簡單、裝配容易、疲勞壽命高,可用于搭建高頻擺動的指向定位設備。
[0025]本發明的三自由度平臺,定環Aa用來與指向定位設備的基體固連,為三自由度平臺的固定部分。柔性桿A1、A2、A3為一種柔性機構,受力可以產生形變。動環Ab為三自由度平臺的運動部分,可以沿Z軸方向移動,沿X軸方向和Y軸方向轉動,動環Ab可以根據實際需求設計成其他的結構形式。
[0026]另外,當柔性桿Al、A2、A3與動環Ab不相切時,動環圓心O與柔性桿Al、A2、A3的垂直距離d0應大于O,即柔性桿Al、A2、A3不穿過動環圓心O。下述原理相同,在此不再贅述。
[0027]請參見圖2所示,本發明是一種基于柔性機構的具有四連桿的三自由度平臺,該平臺為一體化零件,包括定環Ba、動環Bb、第一柔性桿B1、第二柔性桿B2、第三柔性桿B3、第四柔性桿B4;第一柔性桿BI與動環Bb的連接點為BOl,第二柔性桿B2與動環Bb的連接點為B02,第三柔性桿B3與動環Bb的連接點為B03,第四柔性桿B4與動環Bb的連接點為B04,依次連接連接點801、802、803、804構成一正四邊形;柔性桿81、82、83、84均與動環肋相切,且動環圓心O與柔性桿B1、B2、B3、B4的距離均為d0,該值越大越好。該平臺的動環Bb有三個自由度,一個沿Z軸方向的移動自由度,一個繞X軸方向的轉動自由度和一個繞Y軸方向的轉動自由度。
[0028]請參見圖3所示,本發明是一種基于柔性機構的具有五連桿的三自由度平臺,該平臺為一體化零件,包括定環Ca、動環Cb、第一柔性桿Cl、第二柔性桿C2、第三柔性桿C3、第四柔性桿C4、第五柔性桿C5;第一柔性桿Cl與動環Cb的連接點為COl,第二柔性桿C2與動環Cb的連接點為C02,第三柔性桿C3與動環Cb的連接點為C03,第四柔性桿C4與動環Cb的連接點為0)4,第五柔性桿05與動環03的連接點為0)5,依次連接連接點0)1、0)2、0)3、0)4、0)5構成一正五邊形;柔性桿(:1丄2、03丄4、05均與動環03相切,且動環圓心0與柔性桿(:1丄2、03、〇4、C5的距離均為d0,該值越大越好。該平臺的動環Bb有三個自由度,一個沿Z軸方向的移動自由度,一個繞X軸方向的轉動自由度和一個繞Y軸方向的轉動自由度。
[0029]當然,本發明還可有其他多種實施例,在不背離本發明精神及其實質的情況下,熟悉本領域的技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和變形,但這些相應的改變和變形都應屬于本發明所附的權利要求的保護范圍。
【主權項】
1.一種基于柔性機構的三自由度平臺,其特征在于,包括內外兩個同圓心的圓環,其中外圓環為定環,與指向定位設備的基體固連;內圓環為動環,通過η個柔性桿與定環連接,動環沿Z軸方向上下移動,沿X軸方向和Y軸方向轉動;XOY面為定環所在平面,O為圓心;其中,η個柔性桿與動環連接點中的任意相鄰2個連接點之間的連線距離相同,η大于或等于3,且圓心O與每個柔性桿之間的垂直距離大于O。2.如權利要求1所述的基于柔性機構的三自由度平臺,其特征在于, η個柔性桿均與動環相切。3.如權利要求2所述的基于柔性機構的三自由度平臺,其特征在于,η為3,3個切點構成正三角形。4.如權利要求2所述的基于柔性機構的三自由度平臺,其特征在于,η為4,4個切點構成正四邊形。5.如權利要求2所述的基于柔性機構的三自由度平臺,其特征在于,η為5,5個切點構成正五邊形。6.如權利要求1所述的基于柔性機構的三自由度平臺,其特征在于, η個柔性桿與動環不相切。
【文檔編號】B25J9/00GK105945904SQ201610301489
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月9日
【發明人】潘博, 裴旭, 李林, 何永強, 張書洋, 張東華, 史文華, 于靖軍, 畢樹生, 李承武
【申請人】北京空間飛行器總體設計部