一種運(yùn)動解耦的兩自由度柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種運(yùn)動解耦的兩自由度柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括基座、動平臺、X軸支鏈和Y軸支鏈，所述的基座和所述的動平臺通過X軸支鏈和Y軸支鏈連接；所述X軸支鏈和Y軸支鏈成正交分布，結(jié)構(gòu)相同，均包括有第一平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、第二平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和位移放大機(jī)構(gòu)，所述第一平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)連接所述的基座，所述第二平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)連接所述的動平臺，所述的位移放大機(jī)構(gòu)連接在所述第一平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和所述第二平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)之間。本實用新型采用了并聯(lián)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊，每個支鏈包含兩個平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和一個位移放大機(jī)構(gòu)，可將壓電陶瓷驅(qū)動器的輸入位移放大，得到較大的工作行程，同時避免了X軸和Y軸運(yùn)動之間的耦合。
【專利說明】
一種運(yùn)動解耦的兩自由度柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及精密定位、精密操作領(lǐng)域，特別涉及一種運(yùn)動解耦的兩自由度柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]精密定位平臺廣泛應(yīng)用于一些需要亞微米級甚至納米級定位精度的工作場合，比如，超精密加工、微電子工程、生物工程、納米技術(shù)等領(lǐng)域，是精密定位技術(shù)的核心。
[0003]柔順機(jī)構(gòu)是一種通過機(jī)構(gòu)本體的彈性變形來實現(xiàn)運(yùn)動的新型機(jī)構(gòu)，可避免傳統(tǒng)剛性機(jī)構(gòu)中的鉸鏈間隙和裝配誤差等問題，使得這類機(jī)構(gòu)的運(yùn)動精度可達(dá)亞微米級甚至納米級，因此廣泛作為精密定位平臺的本體，特別是柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)。通常情況下，精密定位平臺由壓電陶瓷驅(qū)動器驅(qū)動，這類驅(qū)動器相較于傳統(tǒng)驅(qū)動方式具有精度高、響應(yīng)快和驅(qū)動力大等優(yōu)點(diǎn)，但行程較小。為此，常采用放大機(jī)構(gòu)將輸入位移放大，以實現(xiàn)較大的工作行程。放大機(jī)構(gòu)包括杠桿放大機(jī)構(gòu)和橋式放大機(jī)構(gòu)，例如，專利CN201210518329.8公開的兩自由度定位平臺采用了杠桿放大機(jī)構(gòu)。柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)一般在兩個以上，各自由度之間容易產(chǎn)生耦合運(yùn)動，這樣會增加精密定位平臺控制和精度提高的難度，所以，實際應(yīng)用傾向于使用運(yùn)動解耦的精密定位平臺。為推動精密定位技術(shù)的發(fā)展，開發(fā)運(yùn)動解耦的新型柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有重要意義。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型的目的在于解決上述問題，提供一種運(yùn)動解耦的兩自由度柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)，可實現(xiàn)平面內(nèi)X和Y軸方向上的平移運(yùn)動。
[0005]本實用新型的目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn):
[0006]—種運(yùn)動解耦的兩自由度柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括基座、動平臺、X軸支鏈和Y軸支鏈，所述的基座和所述的動平臺通過X軸支鏈和Y軸支鏈連接；
[0007]所述的X軸支鏈和Y軸支鏈成正交分布，結(jié)構(gòu)相同，均包括有第一平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、第二平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和位移放大機(jī)構(gòu)，所述的第一平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)連接所述的基座，所述的第二平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)連接所述的動平臺，所述的位移放大機(jī)構(gòu)連接在所述的第一平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和所述的第二平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)之間。
[0008]進(jìn)一步地，所述的第一平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)為對稱結(jié)構(gòu)，包括T字形第一連桿、相互平行的垂直設(shè)置在所述第一連桿兩端的第二連桿，所述第一連桿的居中設(shè)有用于放置壓電陶瓷驅(qū)動器的U型凹槽，所述的壓電陶瓷驅(qū)動器第一平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的對稱中心線指向動平臺，所述的第二連桿一端通過柔性鉸鏈連接基座，另一端通過柔性鉸鏈連接第一連桿。
[0009]進(jìn)一步地，所述的第二平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)為關(guān)于第一平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)對稱中心線的對稱結(jié)構(gòu)，包括第三連桿和兩根平行設(shè)置的第四連桿，兩根第四連桿的一端通過柔性鉸鏈連接動平臺，另一端通過柔性鉸鏈連接第三連桿。
[0010]進(jìn)一步地，所述的位移放大機(jī)構(gòu)為關(guān)于第一平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)對稱中心線的對稱結(jié)構(gòu)，包括第一連架桿、第二連架桿、驅(qū)動桿、第五連桿、第六連桿和V型柔性單元；
[0011]所述的第一連架桿和所述的第二連架桿的一端分別通過柔性鉸鏈連接在所述第一平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的第一連桿上，另一端通過柔性鉸鏈分別連接所述的第五連桿和所述的第六連桿，所述的第五連桿和所述的第六連桿呈T字形；
[0012]所述的驅(qū)動桿與所述的壓電陶瓷驅(qū)動器相互垂直，其相對第一連桿的一側(cè)中間點(diǎn)為所述的壓電陶瓷驅(qū)動器的驅(qū)動點(diǎn)，兩端分別通過柔性鉸鏈連接所述的第五連桿和所述的第六連桿；
[0013]所述的V型柔性單元為關(guān)于第一平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)對稱中心線的對稱結(jié)構(gòu)，其中部與第二平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)相連接，兩側(cè)各通過一個柔性薄板結(jié)構(gòu)連接第五連桿和所述第六連桿。
[0014]進(jìn)一步地，每個所述的柔性薄板結(jié)構(gòu)均包括一塊或一塊以上相互平行且尺寸一致的柔性薄板。
[0015]本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0016]柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)相較于串聯(lián)機(jī)構(gòu)，具有高剛度、高精度、結(jié)構(gòu)緊湊和無誤差累計等優(yōu)點(diǎn)；采用了特殊結(jié)構(gòu)的位移放大機(jī)構(gòu)和復(fù)合的平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，X和Y方向的運(yùn)動能夠有效解耦，便于后續(xù)的機(jī)構(gòu)建模和精密定位平臺的控制;所設(shè)計的柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)可利用線切割技術(shù)一體化加工而成，減少了裝配工序，避免了鉸鏈間隙、潤滑和摩擦，利于實現(xiàn)亞微米級或納米級的高精度定位。
【附圖說明】

[0017]圖1為本實用新型實施例的平面示意圖；
[0018]圖2為本實用新型實施例的X軸支鏈的示意圖；
[0019]圖3為本實用新型實施例的立體示意圖。
[0020]圖中所示為:1-基座；2-動平臺；3-X軸支鏈;4-Y軸支鏈;5_第一平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu);501-第一連桿;502-U型凹槽;503-第二連桿;504-第一柔性鉸鏈;505-第二柔性鉸鏈;6-第二平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu);601-第三連桿;602-第四連桿;7-位移放大機(jī)構(gòu);701-第一連架桿；702-第二連架桿;703-驅(qū)動桿;704-第五連桿;705-第六連桿;706-第三柔性鉸鏈;707-第四柔性鉸鏈;708-第五柔性鉸鏈;709-第六柔性鉸鏈;710-第七柔性鉸鏈;711-第八柔性鉸鏈；712-第一柔性薄板;713-第二柔性薄板;714-第三柔性薄板;715-第四柔性薄板；8-壓電陶瓷驅(qū)動器。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合實施例及附圖對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本實用新型的實施方式不限于此。
[0022 ]參照圖1至圖3，一種運(yùn)動解耦的兩自由度柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括基座1、動平臺2、X軸支鏈3和Y軸支鏈4，所述的基座I和所述的動平臺2通過X軸支鏈3和Y軸支鏈4連接;所述的X軸支鏈3和Y軸支鏈4成正交分布，結(jié)構(gòu)相同，均包括有第一平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)5、第二平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)6和位移放大機(jī)構(gòu)7。所述的第一平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)5連接所述的基座I，所述的第二平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)6連接所述的動平臺2，所述的位移放大機(jī)構(gòu)7連接在所述的第一平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)5和所述的第二平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)6之間。
[0023]具體而言，在本實用新型的一個實施例中，所述的第一平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)5為對稱結(jié)構(gòu)，包括T字形第一連桿501、相互平行的垂直設(shè)置在所述第一連桿501兩端的第二連桿503，所述第一連桿501的中間設(shè)有用于放置壓電陶瓷驅(qū)動器8的U型凹槽502，所述的壓電陶瓷驅(qū)動器8沿X軸線設(shè)置，所述的第二連桿503—端通過第一柔性鉸鏈504連接基座I，另一端通過第二柔性鉸鏈505連接第一連桿501。
[0024]具體而言，在本實用新型的一個實施例中，所述的第二平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)6為關(guān)于第一平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)5對稱中心線的對稱結(jié)構(gòu)，包括第三連桿601和兩根平行設(shè)置的第四連桿602，兩根第四連桿602的一端通過柔性鉸鏈連接動平臺2，另一端通過柔性鉸鏈連接第三連桿601。
[0025]具體而言，在本實用新型的一個實施例中，所述的位移放大機(jī)構(gòu)7的結(jié)構(gòu)為關(guān)于第一平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)5對稱中心線的對稱結(jié)構(gòu)，包括第一連架桿701、第二連架桿702、驅(qū)動桿703、第五連桿704、第六連桿705和V型柔性單元;所述的第一連架桿701和所述的第二連架桿702的一端分別通過第三柔性鉸鏈706和第四柔性鉸鏈707連接在所述第一平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)5的第一連桿501上，另一端通過第五柔性鉸鏈708和第六柔性鉸鏈709分別連接所述的第五連桿704和所述的第二連桿705，所述的第五連桿704和所述的第六連桿705呈T字形狀;所述的驅(qū)動桿703與所述的壓電陶瓷驅(qū)動器8相互垂直，其相對第一連桿501的一側(cè)中間點(diǎn)為所述的壓電陶瓷驅(qū)動器8的驅(qū)動點(diǎn)，兩端分別通過第七柔性鉸鏈710和第八柔性鉸鏈711連接所述的第五連桿704和所述的第六連桿705。所述的V型柔性單元為關(guān)于第一平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)對稱中心線的對稱結(jié)構(gòu)，其中部與第二平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)6相連接，兩側(cè)各通過一個柔性薄板結(jié)構(gòu)連接第五連桿704和所述第六連桿705。
[0026]具體而言，在本實用新型的一個實施例中，每個所述的柔性薄板結(jié)構(gòu)均包括兩塊相互平行且尺寸一致的柔性薄板，所述V型柔性單元的一側(cè)包括平行且尺寸一致的第一柔性薄板712和第二柔性薄板713，所述的第一柔性薄板712和所述的第二柔性薄板713連接在所述的第五連桿704和所述的第二平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)6的第三連桿601之間，所述V型柔性單元的另一側(cè)包含平行且尺寸一致的第三柔性薄板714和第四柔性薄板715，所述的第三柔性薄板714和所述的第四柔性薄板715連接在所述的第六連桿705和所述的第二平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)6的第三連桿601之間。
[0027]上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型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實用新型的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種運(yùn)動解耦的兩自由度柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于:包括基座(1)、動平臺(2)、X軸支鏈(3)和Y軸支鏈(4)，所述的基座(I)和所述的動平臺(2)通過X軸支鏈(3)和Y軸支鏈(4)連接； 所述的X軸支鏈(3)和Y軸支鏈(4)成正交分布，結(jié)構(gòu)相同，均包括有第一平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)(5)、第二平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)(6)和位移放大機(jī)構(gòu)(7)，所述的第一平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)(5)連接所述的基座(I)，所述的第二平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)(6)連接所述的動平臺(2)，所述的位移放大機(jī)構(gòu)(7)連接在所述的第一平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)(5)和所述的第二平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)(6)之間。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的運(yùn)動解耦的兩自由度柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于: 所述的第一平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)(5)為對稱結(jié)構(gòu)，包括T字形第一連桿(501)、相互平行的垂直設(shè)置在所述第一連桿(501)兩端的第二連桿(503)，所述第一連桿(501)的居中設(shè)有用于放置壓電陶瓷驅(qū)動器(8)的U型凹槽(502)，所述的壓電陶瓷驅(qū)動器(8)沿第一平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)(5)的對稱中心線指向動平臺(2)，所述的第二連桿(503)—端通過柔性鉸鏈連接基座(I)，另一端通過柔性鉸鏈連接第一連桿(501)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的運(yùn)動解耦的兩自由度柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于: 所述的第二平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)(6)為關(guān)于第一平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)(5)對稱中心線的對稱結(jié)構(gòu)，包括第三連桿(601)和兩根平行設(shè)置的第四連桿(602)，兩根第四連桿(602)的一端通過柔性鉸鏈連接動平臺(2)，另一端通過柔性鉸鏈連接第三連桿(601)。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的運(yùn)動解耦的兩自由度柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于: 所述的位移放大機(jī)構(gòu)(7)為關(guān)于第一平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)(5)對稱中心線的對稱結(jié)構(gòu)，包括第一連架桿(701)、第二連架桿(702)、驅(qū)動桿(703)、第五連桿(704)、第六連桿(705)和V型柔性單元； 所述的第一連架桿(701)和所述的第二連架桿(702)的一端分別通過柔性鉸鏈連接在所述第一平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)(5)的第一連桿(501)上，另一端通過柔性鉸鏈分別連接所述的第五連桿(704)和所述的第六連桿(705)，所述的第五連桿(704)和所述的第六連桿(705)呈T字形； 所述的驅(qū)動桿(703)與所述的壓電陶瓷驅(qū)動器(8)相互垂直，且其相對第一連桿(501)的一側(cè)中間點(diǎn)為所述的壓電陶瓷驅(qū)動器(8)的驅(qū)動點(diǎn)，兩端分別通過柔性鉸鏈連接所述的第五連桿(704)和所述的第六連桿(705); 所述的V型柔性單元為關(guān)于第一平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)(5)對稱中心線的對稱結(jié)構(gòu)，其中部與第二平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)(6)相連接，兩側(cè)各通過一個柔性薄板結(jié)構(gòu)連接第五連桿(704)和所述第六連桿(705)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的運(yùn)動解耦的兩自由度柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于: 每個所述的柔性薄板結(jié)構(gòu)均包括一塊或一塊以上相互平行且尺寸一致的柔性薄板。
【文檔編號】B25J9/00GK205704162SQ201620611213
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年6月17日
【發(fā)明人】張憲民, 金莫輝
【申請人】華南理工大學(xué)