CN104199468B - 一种三维复合运动平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高精度多自由度运动平台设计技术领域，具体涉及一种三维复合运动平台。本发明提供一种三维复合运动平台，通过控制布置在底板上的三个直线电机的精确运动来推动活动铰接于直线电机输出轴顶端的平台面板，进而对平台面板的多维运动实现精确控制。本发明提供的一种三维复合运动平台从技术层面避免了实现平台面板的多维运动所需的串联式的结构方式；本发明在达到相同的技术效果的前提下所需的结构相比并联式多维运动平台更为简单，降低了制作加工成本和制作装配时的技术难度，具备更高的可操作性和可实现性。

Description

一种三维复合运动平台

技术领域

本发明涉及高精度多自由度运动平台设计技术领域，具体涉及一种三维复合运动平台。

背景技术

现有技术中的多维运动平台的多自由度的实现通常存在两种形式，即串联式和并联式。图1所示，现有技术中的串联式多维运动平台，每轴的运动都是由单独的运动平台完成，通过叠加在一起的方式实现多轴运动。其微动角位台装置采用弧形导轨机构实现平台的角度位移，多维组合在一起时旋转中心不重合，易产生误差。两个弧形导轨的中心，很容易因为装配的精度而中心不重合。通过叠加的方式实现多轴运动的串联式多维运动平台在装配时，旋转中心的重合度受到装配精度的约束，若存在装配误差会对轴与轴之间正交性产生严重影响，导致旋转中心不重合，进而影响平台的定位精度。图2所示，现有技术中的并联式多维运动平台，虽然具有运动精度高和体积小的优点，但解耦十分复杂，控制难度大，制作难度大，装配精度要求特别高，制作成本高。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提供一种三维复合运动平台，从技术层面避免了实现平台面板的多维运动所需的串联式的结构方式；在达到相同的技术效果的前提下所需的结构相比并联式多维运动平台更为简单，降低了制作加工成本和制作装配时的技术难度。本发明通过控制布置在底板上的三个直线电机的精确运动来推动活动铰接于直线电机输出轴顶端的平台面板，进而对平台面板的多维运动实现精确控制。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种三维复合运动平台，包括平台面板、一号直线电机、二号直线电机、三号直线电机、直线电机行程限位装置、球形铰链、平台底座、控制电源接口、直线电机电源线、控制总线、电源总线、控制驱动器和电源，其特征在于，所述一号直线电机、二号直线电机和三号直线电机通过直线电机电源线与所述控制电源接口连接；所述控制电源接口通过所述控制总线与所述控制驱动器连接；所述控制驱动器通过所述电源总线与所述电源连接；所述一号直线电机、二号直线电机和三号直线电机上均设置有用于限制最高与最低行程的所述直线电机行程限位装置；所述一号直线电机、二号直线电机和三号直线电机通过紧固装置紧固于所述平台底座上；所述一号直线电机、二号直线电机和三号直线电机输出轴向与所述平台底座垂直；所述一号直线电机、二号直线电机和三号直线电机的输出端的顶端分别与球形铰链的一端紧固连接；所述球形铰链的另一端紧固在所述平台面板下端面上；所述球形铰链紧固在所述平台面板下端面的位置的中心的连线为等腰直角三角形或等边三角形；所述平台面板为中心对称图形；

当所述球形铰链紧固在所述平台面板下端面的位置的中心形成的连线为等腰直角三角形时，所述等腰直角三角形的斜边中点与所述平台面板的对称中心重合；

当所述球形铰链紧固在所述平台面板下端面的位置的中心形成的连线为等边三角形时，所述等边三角形的中心与所述平台面板的对称中心重合。

优选地，所述三维复合运动平台还包括法兰盘；所述球形铰链与所述平台面板的紧固连接方式为通过所述法兰盘而进行的紧固连接；所述平台面板紧固所述法兰盘的位置处设置有沉槽。

优选地，所述平台底座8设置有直线电机沉槽；所述一号直线电机2、二号直线电机3和三号直线电机4通过紧固装置紧固在所述平台底座8的直线电机沉槽上。

优选地，所述直线电机行程限位装置为霍尔开关、机械式触发开关或光电传感器限位装置。

优选地，所述直线电机行程限位装置为光电传感器限位装置时，所述直线电机行程限位装置的结构包括：承台、限位挡块、光电传感器和信号控制线；所述承台底端紧固在所述平台底座上，所述承台的另一端与所述光电传感器紧固连接；所述限位挡块一端紧固于直线电机的输出轴末端，用于触发所述光电传感器的所述限位挡块的另一端的外形与所述光电传感器感应区的开口相适配；所述光电传感器通过信号控制线与所述控制电源接口连接。

优选地，所述三维复合运动平台还包括防尘侧板；所述防尘侧板通过紧固装置紧固在所述平台底座上。

优选地，所述球形铰链和所述法兰盘为一体式结构。

优选地，所述一号直线电机、二号直线电机和三号直线电机为音圈电机或步进直线电机。

(三)有益效果

本发明提供的一种三维复合运动平台，通过控制布置在底板上的三个直线电机的精确运动来推动活动铰接于直线电机输出轴顶端的平台面板，进而对平台面板的多维运动实现精确控制，从技术层面避免了实现平台面板的多维运动所需的串联式的结构方式。

本发明在达到相同的技术效果的前提下所需的结构相比并联式多维运动平台更为简单，降低了制作加工成本和制作装配时的技术难度，具备更高的可操作性和可实现性。

本发明一种三维复合运动平台采用全新的结构设计，具有：精度高，结构简单，控制容易，成本低廉等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中的串联式多维运动平台结构示意图；

图2是现有技术中的并联式多维运动平台结构示意图；

图3是根据本发明一种三维复合运动平台一个实施例的不含电源和控制驱动器的平台结构示意图；

图4是根据本发明一种三维复合运动平台一个实施例的不含电源和控制驱动器的平台结构剖视图；

图5是根据本发明一种三维复合运动平台一个实施例的平台整体结构示意图；

图6是根据本发明一种三维复合运动平台一个实施例的平台底座俯视图和主视图；

图7是根据本发明一种三维复合运动平台一个实施例的平台面板仰视图和主视图；

图8是根据本发明一种三维复合运动平台一个实施例的法兰和球形铰链一体式结构的主视图和左视图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例仅用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

图3～5所示，本发明提供了一种三维复合运动平台，包括平台面板1、一号音圈电机2、二号音圈电机3、三号音圈电机4、直线电机行程限位装置5、球形铰链6、法兰盘7、平台底座8、控制电源接口13、直线电机电源线14、控制总线15、电源总线16、控制驱动器17和电源18，所述一号音圈电机2、二号音圈电机3和三号音圈电机4通过音圈电机电源线14与所述控制电源接口13连接；所述控制电源接口13通过所述控制总线15与所述控制驱动器17连接；所述控制驱动器17通过所述电源总线16与所述电源18连接；所述一号音圈电机2、二号音圈电机3和三号音圈电机4上均设置有用于限制最高与最低行程的所述音圈电机行程限位装置5；所述平台底座8设置有三个音圈电机沉槽；具体细节见图4所示；所述三个音圈电机沉槽的形心连线为等腰直角三角形；所述平台底座8设置有音圈电机沉槽；所述一号音圈电机2、二号音圈电机3和三号音圈电机4通过紧固装置紧固在所述平台底座8的音圈电机沉槽上；所述一号音圈电机2、二号音圈电机3和三号音圈电机4均设置有直线电机行程限位装置5；所述一号音圈电机2、二号音圈电机3和三号音圈电机4输出轴向与所述平台底座8垂直；所述一号音圈电机2、二号音圈电机3和三号音圈电机4的输出端的顶端均紧固连接有所述球形铰链6；所述球形铰链6的另一端均设置有所述法兰盘；所述平台面板1设置有三个与所述法兰盘相适配的沉槽；所述平台面板1为正方形；所述平台面板1的结构如图7所示。

所述平台面板1设置有三个与所述法兰盘相适配的沉槽，所述沉槽形心的连线也为等腰直角三角形，且满足由沉槽形心的连线形成于所述平台面板1上的等腰直角三角形的直角边中点与所述平台面板1的对称中心重合；当所述球形铰链6紧固在所述平台面板1下端面的位置的中心形成的连线为等边三角形时，所述等边三角形的中心与所述平台面板1的对称中心重合，相应的所述三个音圈电机沉槽的形心连线的图形也改为等边三角形；

所述法兰盘位于相应的与所述法兰盘相适配的沉槽内，通过紧固装置与所述平台面板1紧固连接。

所述直线电机行程限位装置5为光电传感器限位装置。所述直线电机行程限位装置5的结构包括：承台9、限位挡块10和光电传感器11；所述承台底端紧固在所述平台底座8上，所述承台的另一端与所述光电传感器紧固连接；所述限位挡块一端紧固于直线电机的输出轴末端，用于触发所述光电传感器的所述限位挡块的另一端的外形与所述光电传感器感应区的开口相适配。

所述三维复合运动平台还包括防尘侧板12；所述防尘侧板12通过紧固装置紧固在所述平台底座8上。

所述球形铰链6和所述法兰盘的一体式结构图如图8所示。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种三维复合运动平台，包括平台面板(1)、一号直线电机(2)、二号直线电机(3)、三号直线电机(4)、直线电机行程限位装置(5)、球形铰链(6)、平台底座(8)、控制电源接口(13)、直线电机电源线(14)、控制总线(15)、电源总线(16)、控制驱动器(17)和电源(18)，其特征在于，所述一号直线电机(2)、二号直线电机(3)和三号直线电机(4)通过直线电机电源线(14)与所述控制电源接口(13)连接；所述控制电源接口(13)通过所述控制总线(15)与所述控制驱动器(17)连接；所述控制驱动器(17)通过所述电源总线(16)与所述电源(18)连接；所述一号直线电机(2)、二号直线电机(3)和三号直线电机(4)上均设置有用于限制最高与最低行程的所述直线电机行程限位装置(5)；所述一号直线电机(2)、二号直线电机(3)和三号直线电机(4)通过紧固装置紧固于所述平台底座(8)上；所述一号直线电机(2)、二号直线电机(3)和三号直线电机(4)输出轴向与所述平台底座(8)垂直；所述一号直线电机(2)、二号直线电机(3)和三号直线电机(4)的输出端的顶端均与所述球形铰链(6)的一端紧固连接；所述球形铰链(6)的另一端紧固在所述平台面板(1)下端面上；所述球形铰链(6)紧固在所述平台面板(1)下端面的位置的中心的连线为等腰直角三角形或等边三角形；所述平台面板(1)为中心对称图形；

当所述球形铰链(6)紧固在所述平台面板(1)下端面的位置的中心形成的连线为等腰直角三角形时，所述等腰直角三角形的斜边中点与所述平台面板(1)的对称中心重合；

当所述球形铰链(6)紧固在所述平台面板(1)下端面的位置的中心形成的连线为等边三角形时，所述等边三角形的中心与所述平台面板(1)的对称中心重合；

所述直线电机行程限位装置(5)为光电传感器限位装置时，所述直线电机行程限位装置(5)的结构包括：承台(9)、限位挡块(10)、光电传感器(11)和信号控制线(19)；所述承台底端紧固在所述平台底座(8)上，所述承台的另一端与所述光电传感器紧固连接；所述限位挡块一端紧固于直线电机的输出轴末端；用于触发所述光电传感器的所述限位挡块的另一端的外形与所述光电传感器感应区的开口相适配；所述光电传感器(11)通过信号控制线(19)与所述控制电源接口(13)连接。

2.根据权利要求1所述的一种三维复合运动平台，其特征在于，所述三维复合运动平台还包括法兰盘(7)；所述球形铰链(6)与所述平台面板(1)的紧固连接方式为通过所述法兰盘(7)而进行的紧固连接；所述平台面板(1)紧固所述法兰盘(7)的位置处设置有沉槽。

3.根据权利要求2所述的一种三维复合运动平台，其特征在于，所述平台底座(8)设置有直线电机沉槽；所述一号直线电机(2)、二号直线电机(3)和三号直线电机(4)通过紧固装置紧固在所述平台底座(8)的直线电机沉槽上。

4.根据权利要求3所述的一种三维复合运动平台，其特征在于，所述直线电机行程限位装置(5)为霍尔开关、机械式触发开关或光电传感器限位装置。

5.根据权利要求1所述的一种三维复合运动平台，其特征在于，所述三维复合运动平台还包括防尘侧板(12)；所述防尘侧板(12)通过紧固装置紧固在所述平台底座(8)上。

6.根据权利要求2～5项任一项所述的一种三维复合运动平台，其特征在于，所述球形铰链(6)和所述法兰盘(7)为一体式结构。

7.根据权利要求1～5项任一项所述的一种三维复合运动平台，其特征在于，所述一号直线电机(2)、二号直线电机(3)和三号直线电机(4)为音圈电机或步进直线电机。

8.根据权利要求6所述的一种三维复合运动平台，其特征在于，所述一号直线电机(2)、二号直线电机(3)和三号直线电机(4)为音圈电机或步进直线电机。