CN103672317A - 一种精度可调层压式空间三平移柔性精密定位平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种精度可调层压式空间三平移柔性精密定位平台。本发明由定平台、不同精度柔性支链、动平台、压电陶瓷驱动器和调节螺栓组成。在同一精度下，三条相同的柔性支链成120°对称安装在定平台上的支链安装槽内，每条支链的驱动器安装在相应的驱动器安装槽内，每条支链的驱动器通过支链将力和运动传递到动平台，实现动平台定位目的。本发明根据结构拓扑优化理论设计三个不同精度等级下柔性支链的不同形状，通过更换柔性支链和改变驱动力的施加位置实现不同精度等级的调节。在更换安装支链中，通过侧面的调节螺栓调节柔性支链与动平台接触间隙，实现柔性支链与动平台之间的连接，免除装配误差。在本发明中，动平台安装位置是中空的三角形槽，保证动平台与定平台之间有一定的间隙。

Description

一种精度可调层压式空间三平移柔性精密定位平台

技术领域

本发明涉及一种精度可调层压式空间三平移柔性精密定位平台，在同一定平台和动平台下实现精度可调的三平移柔性精密定位平台

背景领域

精度可调集成度高的空间柔性精密定位平台在现代工业和科研领域占据重要地位。在精密加工、精密装配以及MEMS领域中，经常使用各种不同类型的精密定位平台，例如激光焊接中基板定位平台。随着精密加工、装配要求的提高，传统的步进电机加精密丝杠的定位方式很难满足其精度要求。近些年来，柔顺并联机构的发展促使了压电陶瓷驱动的柔性并联机构定位平台的出现。例如华南理工大学张宪民教授发明了一种整体式柔顺板精密定位平台，实现低精度输入高精度输出定位的目的。天津大学田延岭教授发明的3T1R四自由度精密定位平台，用柔性并联机构作为基体采用压电陶瓷驱动，实现高精度定位。

以柔性并联机构作为基体的精密定位平台相对于传统精密丝杠定位平台，提高了精度，降低了惯性。但是这些定位平台结构形式单一，集成化程度低，定位精度可调范围窄。考虑上述精密定位平台中未实现的功能，同时为了满足机械微型化、高精度以及精度大范围可调的发展要求，基于结构拓扑优化和柔性并联机构设计出精度可调柔性精密定位平台。

发明内容

为了克服上述定位平台中一些不足，本发明提供一种精度可调层压式空间三平移精密定位平台。主要是利用结构拓扑优化设计理论，设计出不同精度下不同形状的支链，通过更换支链和驱动力施加位置来实现不同的定位精度。

为了实现上述目的，本发明技术方案是：设计一种精度可调层压式空间三平移精密定位平台，其特征是通过更换不同形状柔性支链和驱动力施加位置，实现多精度定位。本发明由定平台、不同精度柔性支链、动平台、压电陶瓷驱动器以及调节螺栓构成。不同精度柔性支链分为三个精度等级包括0-50微米支链1、51-100微米支链2、101-200微米支链3。主要设计构件有定平台和不同精度支链。

定平台是其他构件安装基体，是精密定位平台的重要组成部件。在本发明中将定平台设计成六面体结构，在六面体上平面间隔三边处开三个矩形支链安装槽，三个支链安装槽成120°对称分布，用于安装更换不同精度支链。在支链安装槽一边等距离开三个驱动器安装槽，应用于不同精度下对应驱动器的安装位置。在三个支链安装槽的侧面每边预留两个螺纹孔，用于安装调节螺栓调节动平台与支链之间接触间隙。

设计不同精度柔顺支链，采用结构拓扑优化理论。以支链柔度最小为目标函数，以体积比为约束条件，固定支链设计域上下两个平面，满足支链一端与定平台相连，另一端与动平台相连，限制动平台三个方向转动实现空间三个移动。在支链不同的位置施加相同的驱动力，实现支链与动平台连接端有不同定位位移，得到相应三种不同精度下支链的形状。

本发明有益效益：(1)通过结构拓扑优化设计方法，施加不同工况，实现不同精度柔性支链设计，提高定位精度。

(2)通过更换支链和驱动力施加位置实现三平移柔性精密定位平台精度可调。

(3)本发明中采用调节螺栓调节支链与动平台之间接触间隙，实现动平台与支链之间免装配。

(4)本发明中柔性支链的加工采用先切片在压制的加工工艺，克服了拓扑优化结构难加工的缺点。

附图说明

下面结合附图和实施实例进一步对该发明进一步说明。

图1为本发明精密2下层叠式空间三平移柔性精密定位总体结构图。

图2为图1中的定平台。

图3为精度1下柔性支链。

图4为精度2下柔性支链。

图5为精度3下柔性支链。

图中，1.定平台，2.不同精度支链(包括三个精度等级)，3.动平台，4.压电陶瓷驱动器，5.调节螺栓，6.支链安装槽，7.精度1下驱动器安装槽，8.精度2下驱动器安装槽，9.精度3下驱动器安装槽，10.调节螺栓孔

具体实施方式

本发明精度可调层压式空间三平移柔性精密定位平台由定平台、不同精度柔性支链、动平台、压电陶瓷驱动器和调节螺栓组成。根据不同的定位精度要求，选择不同的柔性支链，调节驱动器施加驱动力的位置，来实现不同精度定位要求。定位精度在0-50微米范围内时，选择精度1下完全相同的三个柔性支链1，分别安装在定平台1上的支链安装槽6内，三个压电陶瓷驱动器4分别安装在定平台1上驱动器安装槽7内，通过侧面调节螺栓5调节柔性支链1与动平台3之间接触间隙。定位精度在51-100微米时，更换成柔性支链2，同样将三个完全相同的柔性支链2安装在定平台1的支链安装槽6内，调节驱动器4的安装位置，将其安装在驱动器安装槽8内，通过调节侧面的调节螺栓5调节柔性支链2与动平台3之间的接触间隙。定位精度在101-200微米时，更换成柔性支链3，将三个完全相同的柔性支链3安装在定平台1上的支链安装槽6内，调节驱动器位置，将其安装在定平台1上的驱动器安装位置9，通过侧面调节螺栓5调节柔性支链3与动平台接触间隙。

上述三个不同精度等级下的层压式空间三平移柔性精密定位平台通压电陶瓷驱动器4驱动柔性支链1(2、3)，驱动力和运动沿支链柔度最小传递路径传递，将力和运动传递到动平台上，实现动平台不同精度的空间3T定位位移。其中柔度最小传递路径即为不同精度下的柔性支链的形状。相同的驱动力通过不同的施加位置来实现动平台定位位移精度的可调。

Claims (4)

1.一种精度可调层压式空间三平移柔性精密定位平台，其特征在于：精度可调层压式空间三平移柔性精密定位平台包括三个不同精度等级柔性支链2、定平台1、动平台3、压电陶瓷驱动器4和调节螺栓5。根据定位精度要求选择相应精度等级柔性支链，将其及与之匹配的驱动器安装于相应的驱动安装槽7、8、9中，并通过螺栓5调节柔性支链与动平台之间接触间隙，实现动平台与支链之间免装配。

2.根据权利要求1所述一种精度可调层压式空间三平移柔性精密定位平台，其特征在于：不同精度等级柔性支链构型根据三维结构拓扑优化理论设计得出，在设计过程中通过改变压电陶瓷驱动器在驱动安装槽7、8、9位置，得到不同精度等级下的不同柔性支链，实现不同精度等级定位调节目的。

3.根据权利要求2所述精度可调节层压空间三平移柔性精密定位平台，其特征在于：采用先切片再压制加工，用0.25mm薄钢板按结构拓扑优化得到的不同构型柔性支链形状进行切片加工，将20片相同构型的柔性支链薄片进行压制得到层压式柔性支链。

4.根据权利要求3所述一种精度可调节层压式空间三平移柔性精密定位平台，其特征在于：通过调节螺栓5调节动平台3与柔性支链之间的接触间隙，实现动平台3与柔性支链之间的免装配，提高其定位精度。

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