一種運(yùn)動(dòng)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】本發(fā)明公開(kāi)了一種運(yùn)動(dòng)解耦的兩自由度柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括基座、動(dòng)平臺(tái)、X軸支鏈和Y軸支鏈，所述的基座和所述的動(dòng)平臺(tái)通過(guò)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(dòng)平臺(tái)，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。本發(fā)明采用了并聯(lián)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊，每個(gè)支鏈包含兩個(gè)平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和一個(gè)位移放大機(jī)構(gòu)，可將壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的輸入位移放大，得到較大的工作行程，同時(shí)避免了X軸和Y軸運(yùn)動(dòng)之間的耦合。
【專利說(shuō)明】
一種運(yùn)動(dòng)解耦的兩自由度柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及精密定位、精密操作領(lǐng)域，特別涉及一種運(yùn)動(dòng)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(tái)廣泛應(yīng)用于一些需要亞微米級(jí)甚至納米級(jí)定位精度的工作場(chǎng)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(guò)機(jī)構(gòu)本體的彈性變形來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)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(wèn)題，使得這類機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)精度可達(dá)亞微米級(jí)甚至納米級(jí)，因此廣泛作為精密定位平臺(tái)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(tái)由壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，這類驅(qū)動(dòng)器相較于傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方式具有精度高、響應(yīng)快和驅(qū)動(dòng)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(shí)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(kāi)的兩自由度定位平臺(tái)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(gè)以上，各自由度之間容易產(chǎn)生耦合運(yùn)動(dòng)，這樣會(huì)增加精密定位平臺(tái)控制和精度提高的難度，所以，實(shí)際應(yīng)用傾向于使用運(yùn)動(dòng)解耦的精密定位平臺(tái)。為推動(dòng)精密定位技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)發(fā)運(yùn)動(dòng)解耦的新型柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于解決上述問(wèn)題，提供一種運(yùn)動(dòng)解耦的兩自由度柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)平面內(nèi)X和Y軸方向上的平移運(yùn)動(dòng)。
[0005]本發(fā)明的目的通過(guò)以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種運(yùn)動(dòng)解耦的兩自由度柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括基座、動(dòng)平臺(tái)、X軸支鏈和Y軸支鏈，所述的基座和所述的動(dòng)平臺(tái)通過(guò)X軸支鏈和Y軸支鏈連接；
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(dòng)平臺(tái)，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。
[0006]進(jìn)一步地，所述的第一平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)為對(duì)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(dòng)器的U型凹槽，所述的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器第一平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的對(duì)稱中心線指向動(dòng)平臺(tái)，所述的第二連桿一端通過(guò)柔性鉸鏈連接基座，另一端通過(guò)柔性鉸鏈連接第一連桿。
[0007]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(duì)稱中心線的對(duì)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(guò)柔性鉸鏈連接動(dòng)平臺(tái)，另一端通過(guò)柔性鉸鏈連接第三連桿。
[0008]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(duì)稱中心線的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，包括第一連架桿、第二連架桿、驅(qū)動(dòng)桿、第五連桿、第六連桿和V型柔性單元；
所述的第一連架桿和所述的第二連架桿的一端分別通過(guò)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(guò)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；
所述的驅(qū)動(dòng)桿與所述的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器相互垂直，其相對(duì)第一連桿的一側(cè)中間點(diǎn)為所述的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)點(diǎn)，兩端分別通過(guò)柔性鉸鏈連接所述的第五連桿和所述的第六連桿；
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(duì)稱中心線的對(duì)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(guò)一個(gè)柔性薄板結(jié)構(gòu)連接第五連桿和所述第六連桿。
[0009]進(jìn)一步地，每個(gè)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。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
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(wú)誤差累計(jì)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(dòng)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(tái)的控制;所設(shè)計(jì)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(rùn)滑和摩擦，利于實(shí)現(xiàn)亞微米級(jí)或納米級(jí)的高精度定位。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的平面示意圖；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例的X軸支鏈的示意圖；
圖3為本發(fā)明實(shí)施例的立體示意圖。
[0012]圖中所示為:1_基座；2-動(dòng)平臺(tái)；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(dòng)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(dòng)器。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0014]參照?qǐng)D1至圖3，一種運(yùn)動(dòng)解耦的兩自由度柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括基座1、動(dòng)平臺(tái)2、X軸支鏈3和Y軸支鏈4，所述的基座I和所述的動(dòng)平臺(tái)2通過(guò)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(dòng)平臺(tái)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。
[0015]具體而言，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述的第一平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)5為對(duì)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(dòng)器8的U型凹槽502，所述的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器8沿X軸線設(shè)置，所述的第二連桿503—端通過(guò)第一柔性鉸鏈504連接基座1，另一端通過(guò)第二柔性鉸鏈505連接第一連桿501。
[0016]具體而言，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)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(duì)稱中心線的對(duì)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60 2，兩根第四連桿602的一端通過(guò)柔性鉸鏈連接動(dòng)平臺(tái)2，另一端通過(guò)柔性鉸鏈連接第三連桿 6010
[0017]具體而言，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)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(duì)稱中心線的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，包括第一連架桿701、第二連架桿702、驅(qū)動(dòng)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(guò)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(guò)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(dòng)桿703與所述的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器8相互垂直，其相對(duì)第一連桿501的一側(cè)中間點(diǎn)為所述的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器8的驅(qū)動(dòng)點(diǎn)，兩端分別通過(guò)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(duì)稱中心線的對(duì)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(guò)一個(gè)柔性薄板結(jié)構(gòu)連接第五連桿704和所述第六連桿705。
[0018]具體而言，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)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。
[0019]上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種運(yùn)動(dòng)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(dòng)平臺(tái)(2)、X軸支鏈(3)和Y軸支鏈(4)，所述的基座(I)和所述的動(dòng)平臺(tái)(2)通過(guò)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(dòng)平臺(tái)(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(dòng)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(duì)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(dòng)器(8)的U型凹槽(502)，所述的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器(8)沿第一平行四桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)(5)的對(duì)稱中心線指向動(dòng)平臺(tái)(2)，所述的第二連桿(503)—端通過(guò)柔性鉸鏈連接基座(I)，另一端通過(guò)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(dòng)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(duì)稱中心線的對(duì)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(guò)柔性鉸鏈連接動(dòng)平臺(tái)(2)，另一端通過(guò)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(dòng)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(duì)稱中心線的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，包括第一連架桿(701)、第二連架桿(702)、驅(qū)動(dòng)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(guò)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(guò)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(dòng)桿(703)與所述的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器(8)相互垂直，且其相對(duì)第一連桿(501)的一側(cè)中間點(diǎn)為所述的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器(8)的驅(qū)動(dòng)點(diǎn)，兩端分別通過(guò)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(duì)稱中心線的對(duì)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(guò)一個(gè)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(dòng)解耦的兩自由度柔順并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于: 每個(gè)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(hào)】B25J9/00GK105904443SQ201610447616
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年6月17日
【發(fā)明人】張憲民, 金莫輝
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)