CN103030103B - 基于对称变截面柔顺机构的3-prr微动平台 - Google Patents

Abstract

Description

基于对称变截面柔顺机构的 3-PRR 微动平台

技术领域

本发明属于先进制造中的微操作技术领域。特别涉及一种基于对称变截面柔顺机构的3-PRR微动平台。

背景技术

随着科学技术的日益发展，航天技术、光学与光电子工程、生物医学工程、纳米科学与技术等领域迫切需要微动定位技术。目前常采用以压电元件作为驱动，以柔性铰链作为传动的组合方案，基于此研制出了各种各样的精密微动机构来实现亚微米甚至纳米级的平面定位。例如，中国专利文献公开了一种二维微动平台(201010175965.6)，一种平面三自由度柔顺精密定位平台(201010175965.6) ，二自由度微动平台能够实现平面内X、Y方向的微动，但不能实现平面内的转动，给部分微操作带来了不便。现有平面三自由度微动平台在运动输入端，微位移驱动装置直接通过柔性铰链与刚性杠杆机构连接，由于微位移驱动装置产生直线运动，表现出P副特性，与柔性铰链的R副特性不相匹配，所以压电元件会因杠杆放大机构的转动出现接触不完全的情况，势必会产生较大的输入耦合误差，影响传动精度；另一方面，现有的柔性移动副输入输出过程中，能量被过多的储存，引入了较大的弹性阻力，降低了运动行程。

发明内容

本发明的目的是在于克服现有技术的不足，提供一种便于整体式加工、低输入耦合的基于对称变截面柔顺机构的3-PRR微动平台。其技术方案为：

本发明的基于对称变截面柔顺机构的3-PRR微动平台包括：固定平台、三个微位移驱动装置、三个对称梯形柔顺机构、三个杠杆放大机构、三个对称折叠簧片式柔顺机构、三个刚性连杆、运动平台。所述运动平台与固定平台之间为柔顺连接，且沿运动平台中心向外呈120°角分布。每个微位移驱动装置的前端紧贴于对称梯形柔顺机构，后端通过一个机械定位装置与固定平台相连，通过调节驱动装置的调节螺栓可以调节驱动装置和柔顺机构之间的间隙和作用力。每个杠杆放大机构通过柔性铰链与固定平台连接，并以此为支点。每个对称梯形柔顺机构通过柔性铰链与杠杆放大机构连接，实现杠杆机构的运动输入，杠杆放大机构再与具有低阻力特点的对称折叠簧片式柔顺机构连接，实现运动放大，对称折叠簧片式柔顺机构另一端通过柔性铰链与刚性连杆连接，刚性连杆再通过柔性铰链连接运动平台。在三个微位移驱动装置发生直线微位移的同时，运动平台可实现平面三自由度微动。

本发明将与微位移驱动装置直接接触的刚性连杆设计成对称梯形柔顺机构，避免了因杠杆放大机构的转动出现接触不完全的情况，进而有效减小运动误差。本发明的对称折叠簧片式柔顺机构具有较好的低阻力特性，可有效增大位移输出。

　 本发明与现有技术相比，具有如下优点：

本发明设计的对称梯形柔顺机构作为运动输入端，避免了因杠杆放大机构的转动出现微位移驱动装置与直接接触的刚性连杆接触不完全的情况，提高了传动精度。

本发明设计的对称折叠簧片式柔顺机构具有较好的低阻力特性，可有效增大位移输出。

本发明设计的微动平台采用3-PRR的整体结构布置，P副的引入，与杠杆放大机构的运动输出多为直线运动的特点相吻合，与3-RRR结构相比，降低了运动输入耦合误差。

附图说明

图1是本发明的基于对称变截面柔顺机构的3-PRR微动平台的结构示意图。

图2是本发明的基于对称变截面柔顺机构的3-PRR微动平台中对称梯形柔顺机构结构放大示意图。

图3是本发明的基于对称变截面柔顺机构的3-PRR微动平台中对称折叠簧片式柔顺机构结构放大示意图。

图中： 1-固定平台 2-微位移驱动装置 3-对称梯形柔顺机构 4、5、7、10、12-柔性铰链 6-杠杆放大机构8-对称折叠簧片式柔顺机构 9-压紧螺钉 11-刚性连杆 13-微动平台 14-定位孔。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述。

如图1所示，基于对称变截面柔顺机构的3-PRR微动平台是一种并联机构，它具有三个自由度，即平面两平动一转动，是由三个压电陶瓷驱动器通过杆系同时作用于运动平台的一种运动机构。三个微位移驱动装置2均安装在固定平台1上，连接于微动平台13与固定平台1之间有三条支链，三条支链呈 均匀布置在微动平台13外围，每个支链均包含一个对称折叠簧片式柔顺机构8和一个刚性连杆11，刚性连杆一端通过柔性铰链12与微动平台13相连，另一端通过柔性铰链10与对称梯形柔顺机构3连接，对称梯形柔顺机构3两端分别连接固定平台1和杠杆放大机构6。

该微动平台受到三条相同结构的支链约束，能够实现平面内x、y两个互相垂直方向上的平动和绕z轴的转动。由于采用了完全相同的运动链，因此具有良好的各向同性度；同时由于采用了位移放大机构，可以在保证高精度的同时有效的增大微动平台的运动输出范围。

如图2所示，对称梯形柔顺机构3是由中间连杆与两个对称的梯形板直接连接组成的柔顺四杆机构，利用梯形变截面的特点，在保证直线运动输出的同时，一定程度上减小了能量存储，降低了运动阻力。

如图3所示，对称折叠簧片式柔顺机构8是由中间连杆与两个对称的折叠簧片直接连接组成的柔顺四杆机构，利用折叠簧片的低阻力特点，增大了位移输出。

Claims (3)

1.一种基于对称变截面柔顺机构的3-PRR微动平台包括：固定平台（1）、运动平台（13）、三个微位移驱动装置（2）和连接于固定平台（1）和微动平台（13）之间的三组支链，其特征在于：三个微位移驱动装置（2）均安装在固定平台（1）上，可由压紧螺钉（9）调节；三条支链均匀布置在微动平台（13）外围，每个支链均包含一个对称折叠簧片式柔顺机构（8）、刚性连杆（11）、杠杆放大机构（6）以及对称梯形柔顺机构（3），刚性连杆（11）一端通过柔性铰链（12）与微动平台（13）相连，另一端通过柔性铰链（10）与杠杆放大机构（6）相连，对称梯形柔顺机构（3）两端分别连接固定平台（1）和杠杆放大机构（6）。

2.如权利要求1所述的基于对称变截面柔顺机构的3-PRR微动平台，其特征在于所述对称折叠簧片式柔顺机构（8）的对称部分为折叠簧片。

3.如权利要求1所述的基于对称变截面柔顺机构的3-PRR微动平台，其特征在于所述对称梯形柔顺机构（3）的对称部分为梯形板。