一種新型大行程柔順并聯微定位平臺的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種新型大行程柔順并聯微定位平臺，包括動平臺、定平臺、設置在定平臺上的驅動裝置和若干條用于連接定平臺和動平臺的運動支鏈；所述動平臺位于定平臺上方；若干條所述運動支鏈均勻分布在動平臺側部，每條運動支鏈的一端與驅動裝置連接，另一端與動平臺連接；每條所述運動支鏈由剛性構件和柔順關節連接組成。本發明新型大行程柔順并聯微定位平臺結構簡單以及可實現操作空間轉動和上下移動；該柔順并聯微定位平臺解決了現有并聯微定位平臺由于自身變形量小導致工作空間受限的問題，從而有效提高微定位平臺的變形量以獲得盡量大的行程，使得該動平臺的行程能達到mm(立方毫米)級別。
【專利說明】
一種新型大行程柔順并聯微定位平臺
技術領域
[0001]本發明涉及微定位平臺裝置，更具體地說，涉及一種大行程柔順并聯微定位平臺。
【背景技術】
[0002]在目前在許多機械設計系統中，剛性結構是必要的，但是為了獲得在生物中所見到的如延長構件壽命和減少裝配等優點，許多設備設計得既柔又剛，因此，采用柔順關節是機械設計中利用柔性獲得某些優越性的一種途徑。在另一方面，并聯機構因其擁有多支機構和固定驅動而在高剛度、高精度或者大載荷而無須很大工作空間的領域內得到了廣泛應用。
[0003]隨著柔順并聯機構在微電子學、微型機械和超精密加工領域有著越來越重要的應用，柔順并聯機構是實現精密定位和微位移的關鍵技術之一，高性能的柔順并聯機構能夠提供精確的定位和精細的運動，精密定位技術已弓I起世界上許多國家的重視。
[0004]然而柔順并聯機構技術也面臨諸多挑戰，一方面柔順關節由于自身變形限制導致工作空間局限，限制在立方微米級的空間范圍內，同時又涉及到柔順關節的合理設計和柔順并聯機構的合理布局等問題。因此，當前在微機電系統和精密機械領域中，迫切需要新型柔順結構來提高其運動精度和行程，代替傳統柔順機構的局限性，提高工作精度和行程。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于克服現有技術中的缺點與不足，提供一種結構簡單以及可實現操作空間轉動和上下移動的新型大行程柔順并聯微定位平臺；該柔順并聯微定位平臺解決了現有并聯微定位平臺由于自身變形量小導致工作空間受限的問題，從而有效提高微定位平臺的變形量以獲得盡量大的行程。
[0006]為了達到上述目的，本發明通過下述技術方案予以實現:一種新型大行程柔順并聯微定位平臺，其特征在于:包括動平臺、定平臺、設置在定平臺上的驅動裝置和若干條用于連接定平臺和動平臺的運動支鏈;所述動平臺位于定平臺上方;若干條所述運動支鏈均勻分布在動平臺側部，每條運動支鏈的一端與驅動裝置連接，另一端與動平臺連接;每條所述運動支鏈由剛性構件和柔順關節連接組成。
[0007]在上述方案中，本發明通過定平臺上的驅動裝置驅動運動支鏈，實現定平臺與動平臺之間的傳遞，從而使得在定平臺上方的動平臺實現轉動和上下移動。由于每條運動支鏈由剛性構件和柔順關節連接組成，可大大增加變形量以解決工作空間受限的問題，從而有效提高微定位平臺的變形量以獲得盡量大的行程，使得該動平臺的行程能達到mm(立方毫米)級別。
[0008]每條所述運動支鏈由剛性構件和柔順關節連接組成是指:每條所述運動支鏈包括若干個剛性構件，每個剛性構件之間通過柔順關節連接；
[0009]所述運動支鏈兩端的剛性構件分別連接有柔順關節，運動支鏈兩端的剛性構件分別通過柔順關節與動平臺和驅動裝置連接。本發明每條運動支鏈的移動副是動平臺的主動輸入。
[0010]每條運動支鏈中相鄰柔順關節的開口朝向相反。若相鄰的柔順關節開口朝向一致，容易發生變形耦合的狀況，因此，該設計可有效避免與相鄰的柔順關節發生變形耦合，來獲得較大的變形量。
[0011]每條所述運動支鏈中剛性構件的傾斜部均與定平臺的平面呈60°。本發明剛性構件的傾斜部與定平臺的平面呈60°不僅使得該微定位平臺布置更合理，而且可進一步得到較大的變形量，使得該微動平臺有更佳的傳動性能。
[0012]本發明包括三條用于連接定平臺和動平臺的運動支鏈，每條運動支鏈包括剛性構件一、剛性構件二和剛性構件三;剛性構件一和剛性構件二之間通過柔性關節二連接，剛性構件二和剛性構件三之間通過柔性關節三連接；
[0013]所述運動支鏈兩端的剛性構件一和剛性構件三分別連接有柔順關節一和柔順關節四，運動支鏈兩端的剛性構件一和剛性構件三分別通過柔順關節一和柔順關節四與動平臺和驅動裝置連接。
[0014]本發明的微定位平臺采用三條運動支鏈可實現動平臺X、Y軸的轉動以及Z軸的上下移動，以實現動平臺的三自由度運動。而每條運動支鏈的三個剛性構件作為三個移動副，三個移動副作為動平臺的主動輸入。當對一條運動支鏈或兩條運動支鏈通過驅動裝置施加微位移時，能夠實現動平臺X、Y軸的轉動;對三條運動支鏈同時施加微位移時，能夠實現動平臺Z軸的上下移動，即整體來說可以實現動平臺的三自由度的運動。
[0015]當驅動裝置施加微位移時，所產生的力將傳遞到柔順關節四處，利用其大變形的特性，從而通過剛體構件三、剛體構件二和剛體構件一，最后由柔順關節一傳遞到動平臺，引起動平臺的運動。動平臺X、Y軸的轉動以及Z軸的上下移動均是由于各運動支鏈的柔順關節與剛體構件的組合布局以通過力或位移的傳遞而產生的。
[0016]所述柔順關節一的開口朝向與柔順關節二的開口朝向相反;所述柔順關節二的開口朝向與柔順關節三的開口朝向相反;所述柔順關節三的開口朝向與柔順關節四的開口朝向相反。
[0017]所述柔順關節一和柔順關節三的開口朝向區域內部;所述柔順關節二和柔順關節四的開口朝向區域外部;所述區域是指定平臺、動平臺和運動支鏈圍起形成的區域。
[0018]所述柔順關節一和柔順關節二為拱形的片狀結構且拱形兩端設置有安裝部;所述柔順關節三和柔順關節四為帶有弧形的片狀結構。本發明柔順關節一和柔順關節二設置有安裝部便于兩個同一水平線相對的剛性構件連接，和便于與剛性構件相對的動平臺相連接。
[0019]所述柔順關節與剛性構件可拆卸連接;每條所述運動支鏈兩端的剛性構件通過柔順關節分別與驅動裝置和動平臺可拆卸連接。本發明采用可拆卸的連接方式可方便單個運動支鏈、柔順關節或剛性構件的更換或維修，而且可連接更加牢固。
[0020]所述驅動裝置包括設置在定平臺上的導軌、滑動座和驅動器;所述驅動器與滑動座連接，滑動座與導軌可滑動連接。本發明的驅動器通過滑動座與導軌滑動連接，可提高位移傳遞或力傳遞的平穩性、可靠性和均勻性。滑動座上設置有用于固定柔順關節的凹槽和固定孔。該設計使得驅動裝置與運動支鏈可拆卸連接。
[0021]與現有技術相比，本發明具有如下優點與有益效果:本發明新型大行程柔順并聯微定位平臺結構簡單以及可實現操作空間轉動和上下移動;該柔順并聯微定位平臺解決了現有并聯微定位平臺由于自身變形量小導致工作空間受限的問題，從而有效提高微定位平臺的變形量以獲得盡量大的行程，使得該動平臺的行程能達到_(立方毫米)級別。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發明新型大行程柔順并聯微定位平臺的結構示意圖；
[0023]圖2是圖1中A處放大圖；
[0024]圖3是圖1中B處放大圖；
[0025]圖4是圖1中C處放大圖；
[0026]其中，I為動平臺、2為定平臺、3為剛性構件一、4為剛性構件二、5為剛性構件三、6為柔順關節一、6.1為安裝部一、7為柔順關節二、7.1為安裝部二、8為柔順關節三、9為柔順關節四、10為凹槽、11為導軌、12為滑動座、13為驅動器。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖與【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的描述。
[0028]實施例一
[0029]如圖1至圖4所示，一種新型大行程柔順并聯微定位平臺，包括動平臺1、定平臺2、設置在定平臺2上的驅動裝置和三條用于連接定平臺2和動平臺I的運動支鏈，其中，動平臺I位于定平臺2上方，三條運動支鏈均勻分布在動平臺I側部，每條運動支鏈的一端與驅動裝置連接，另一端與動平臺I連接，而每條運動支鏈由剛性構件和柔順關節連接組成。
[0030]本發明每條運動支鏈由剛性構件和柔順關節連接組成是指:每條運動支鏈包括剛性構件一3、剛性構件二4和剛性構件三5 ；剛性構件一3和剛性構件二4之間通過柔性關節二7連接，剛性構件二 4和剛性構件三5之間通過柔性關節三8連接。而運動支鏈兩端的剛性構件一 3和剛性構件三5分別連接有柔順關節一 6和柔順關節四9，運動支鏈兩端的剛性構件一3和剛性構件三5分別通過柔順關節一 6和柔順關節四9與動平臺I和驅動裝置連接。
[0031 ]本發明的微定位平臺采用三條運動支鏈可實現動平臺X、Y軸的轉動以及Z軸的上下移動，以實現動平臺的三自由度運動。而每條運動支鏈的三個剛性構件作為三個移動副，三個移動副作為動平臺I的主動輸入。當對一條運動支鏈或兩條運動支鏈通過驅動裝置施加微位移時，能夠實現動平臺IX、Y軸的轉動;對三條運動支鏈同時施加微位移時，能夠實現動平臺IZ軸的上下移動，即整體來說可以實現動平臺的三自由度的運動。當驅動裝置施加微位移時，所產生的力將傳遞到柔順關節四9處，利用其大變形的特性，從而通過剛體構件三5、剛體構件二4和剛體構件一3，最后由柔順關節一6傳遞到動平臺I，引起動平臺I的運動。動平臺1X、Y軸的轉動以及Z軸的上下移動均是由于各運動支鏈的柔順關節與剛體構件的組合布局以通過力或位移的傳遞而產生的。
[0032]本發明所述柔順關節一 6的開口朝向與柔順關節二 7的開口朝向相反，柔順關節二7的開口朝向與柔順關節三8的開口朝向相反，柔順關節三8的開口朝向與柔順關節四9的開口朝向相反。具體地說，柔順關節一 6和柔順關節三8的開口朝向區域內部，柔順關節二 7和柔順關節四9的開口朝向區域外部，其中，區域是指定平臺2、動平臺I和運動支鏈圍起形成的區域。
[0033]為了進一步提高微定位平臺的變形量，本發明的運動支鏈中剛性構件一3、剛性構件二 4和剛性構件三5的傾斜部均與定平臺2的平面呈60°。該設計不僅使得該微定位平臺布置更合理，而且可進一步得到較大的變形量，使得該微動平臺有更佳的傳動性能。
[0034]本發明的柔順關節與剛性構件之間為可拆卸連接結構，每條運動支鏈兩端的剛性構件通過柔順關節分別與驅動裝置和動平臺I可拆卸連接。本發明柔順關節一 6為拱形的片狀結構且拱形兩端設置有安裝部一 6.1，柔順關節二 7為拱形的片狀結構且拱形兩端設置有安裝部二7.1。相應地，剛性構件一3的兩端、剛性構件二4與剛性構件一3連接的一端以及動平臺I與剛性構件一3的連接處均設置有凹槽10，柔順關節一6的安裝部6.1插設在凹槽10后通過螺釘等固定件來實現動平臺I和剛性構件一3的連接，柔順關節二7的安裝部7.1插設在凹槽10后通過螺釘等固定件來實現剛性構件一 3與剛性構件二 4的連接。而柔順關節三8和柔順關節四9為帶有弧形的片狀結構，剛性構件三5與剛性構件二4之間也是通過螺釘將柔順關節三8固定實現連接的。
[0035]本發明驅動裝置包括設置在定平臺2上的導軌11、滑動座12和驅動器13;其中，驅動器13與滑動座12連接，滑動座12與導軌11可滑動連接。本發明的驅動器13通過滑動座12與導軌11滑動連接，可提高位移傳遞或力傳遞的平穩性、可靠性和均勻性。而滑動座12上設置有用于固定柔順關節四9的凹槽10，剛性構件三5與滑動座12連接的一端也設置有凹槽10，柔順關節四9的兩端插設在凹槽10后通過螺釘等固定件來實現滑動座12與剛性構件三5連接。
[0036]實施例二
[0037]本實施例與實施例一不同之處僅在于:該柔順并聯微定位平臺可包括兩條或四條以上用于連接定平臺和動平臺的運動支鏈，其中，每條運動支鏈由剛性構件和柔順關節連接組成。每條運動支鏈包括若干個剛性構件，每個剛性構件之間通過柔順關節連接。每條運動支鏈兩端的剛性構件分別連接有柔順關節，運動支鏈兩端的剛性構件分別通過柔順關節與動平臺和驅動裝置連接。而每條運動支鏈中相鄰柔順關節的開口朝向相反。
[0038]本實施例的微定位平臺采用兩條或四條以上運動支鏈可實現動平臺兩自由度運動或多自由度運動。
[0039]本實施例的其它結構與實施例——致。
[0040]上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種新型大行程柔順并聯微定位平臺，其特征在于:包括動平臺、定平臺、設置在定平臺上的驅動裝置和若干條用于連接定平臺和動平臺的運動支鏈;所述動平臺位于定平臺上方;若干條所述運動支鏈均勻分布在動平臺側部，每條運動支鏈的一端與驅動裝置連接，另一端與動平臺連接;每條所述運動支鏈由剛性構件和柔順關節連接組成。2.根據權利要求1所述的新型大行程柔順并聯微定位平臺，其特征在于:每條所述運動支鏈由剛性構件和柔順關節連接組成是指:每條所述運動支鏈包括若干個剛性構件，每個剛性構件之間通過柔順關節連接； 所述運動支鏈兩端的剛性構件分別連接有柔順關節，運動支鏈兩端的剛性構件分別通過柔順關節與動平臺和驅動裝置連接。3.根據權利要求2所述的新型大行程柔順并聯微定位平臺，其特征在于:每條運動支鏈中相鄰柔順關節的開口朝向相反。4.根據權利要求2所述的新型大行程柔順并聯微定位平臺，其特征在于:每條所述運動支鏈中剛性構件的傾斜部均與定平臺的平面呈60°。5.根據權利要求4所述的新型大行程柔順并聯微定位平臺，其特征在于:包括三條用于連接定平臺和動平臺的運動支鏈，每條運動支鏈包括剛性構件一、剛性構件二和剛性構件三;剛性構件一和剛性構件二之間通過柔性關節二連接，剛性構件二和剛性構件三之間通過柔性關節三連接； 所述運動支鏈兩端的剛性構件一和剛性構件三分別連接有柔順關節一和柔順關節四，運動支鏈兩端的剛性構件一和剛性構件三分別通過柔順關節一和柔順關節四與動平臺和驅動裝置連接。6.根據權利要求5所述的新型大行程柔順并聯微定位平臺，其特征在于:所述柔順關節一的開口朝向與柔順關節二的開口朝向相反;所述柔順關節二的開口朝向與柔順關節三的開口朝向相反;所述柔順關節三的開口朝向與柔順關節四的開口朝向相反。7.根據權利要求6所述的新型大行程柔順并聯微定位平臺，其特征在于:所述柔順關節一和柔順關節三的開口朝向區域內部;所述柔順關節二和柔順關節四的開口朝向區域外部;所述區域是指定平臺、動平臺和運動支鏈圍起形成的區域。8.根據權利要求5所述的新型大行程柔順并聯微定位平臺，其特征在于:所述柔順關節一和柔順關節二為拱形的片狀結構且拱形兩端設置有安裝部;所述柔順關節三和柔順關節四為帶有弧形的片狀結構。9.根據權利要求2所述的新型大行程柔順并聯微定位平臺，其特征在于:所述柔順關節與剛性構件可拆卸連接;每條所述運動支鏈兩端的剛性構件通過柔順關節分別與驅動裝置和動平臺可拆卸連接。10.根據權利要求1所述的新型大行程柔順并聯微定位平臺，其特征在于:所述驅動裝置包括設置在定平臺上的導軌、滑動座和驅動器;所述驅動器與滑動座連接，滑動座與導軌可滑動連接。
【文檔編號】F16M11/24GK105953039SQ201610562993
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年7月14日
【發明人】盧清華, 張幼財
【申請人】佛山科學技術學院