CN105003799A - 一种多构型精密定位平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多构型精密定位平台，包括动平台（1）、底部基座（2）以及连接两者三条结构相同的柔性支链（3）；每条柔性支链（3）均包括驱动器（31）、平面位移放大机构（32）、压紧件（33）、圆柱型柔性铰链（34）、压紧件（35）及至少两个定位件：定位件Ⅰ（36）与定位件Ⅱ（37）；平面位移放大机构（32）底面设有一组螺纹孔（322）及定位孔（323），与基座（2）上相应通孔及定位孔对齐并紧固，可改变精密定位平台的构型；本发明能够实现平台各支链解耦运动，同时降低加工制造的难度，并且具有多种构型的精密定位平台，满足不同需求、提高效率降低成本。

Description

一种多构型精密定位平台

技术领域

本发明涉及一种定位平台，具体是一种多构型精密定位平台，属于微电子机械系统（MEMS）技术领域。

背景技术

随着精密定位平台在医疗、生物工程及精密制造等领域的研究及应用不断深入，对精密定位平台的需求越来越广泛，并且向着高精度及高灵活性的方向发展，柔顺并联机构已被应用于精密定位平台中，其同时具有并联机构的优点如高刚度、灵巧性，以及柔顺机构的优点如无间隙、无摩擦、无需润滑、无冲击等。

精密定位平台通常采用精密驱动器，但是精密驱动器的运动行程非常有限，不足以满足实际需求，因此需要位移放大机构与精密驱动器配合使用；精密定位平台要实现空间运动，必须包含多轴柔性铰链或由单轴柔性铰链组合而成的复合轴柔性铰链。

现有的精密定位平台已有很多，但多数只能实现平面运动。随着空间需求增多，已有一些可实现空间运动的平台被提出，但在结构及运动解耦上存在矛盾：

一方面，简单机构在实现空间运动时出现各支链之间存在耦合运动，增加分析及控制的困难，降低定位精度；

另一方面，为了降低耦合影响而采用复杂的空间结构，增加了加工制造困难。

另外，为了保证精密定位平台的各项性能均衡，在不同应用场合要求下，往往需要多种构型的定位平台才能满足要求，而现有的定位平台构型单一，其他通用部件的重复利用率低，且生产成本较高，难以满足对精密定位平台的需求。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种多构型精密定位平台，其能够实现平台各支链解耦运动，同时降低加工制造的难度，并且具有多种构型的精密定位平台，满足不同需求、提高效率降低成本。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种多构型精密定位平台，它包括：

上部动平台、底部基座以及连接两者三条结构相同的柔性支链；

所述每条柔性支链均包括驱动器、平面位移放大机构、压紧件、圆柱型柔性铰链、压紧件及至少两个定位件：定位件Ⅰ与定位件Ⅱ；

其中，所述平面位移放大机构的位移输出端、压紧件Ⅰ、压紧件Ⅱ及动平台上均设有与圆柱型柔性铰链直径相等的圆弧槽；

圆柱型柔性铰链的一端与平面位移放大机构的位移输出端及压紧件Ⅰ上的圆弧槽配合并压紧、另一端与动平台及压紧件Ⅱ上的圆弧槽配合并压紧；

所述平面位移放大机构底面设有一组螺纹孔及一组定位孔，定位件Ⅰ与定位件Ⅱ位于定位孔中，基座上设有多组标准的通孔及定位孔，调整平面位移放大机构使底面螺纹孔及定位件与基座上通孔及定位孔的其中一组对齐并紧固，以改变精密定位平台的构型；

所述的驱动器的驱动轴在平面位移放大机构的工作平面内并驱动面位移放大机构工作平面内发生平面变形运动。

所述平面位移放大机构为杠杆式平面位移放大机构或桥式平面位移放大机构；均设有相同的平面位移放大机构圆弧槽、底面螺纹孔组及定位孔组。

所述的三条柔性支链分别与动平台及基座固连，并相对动平台的几何中心轴成轴对称布置。

所述基座上的多组标准的通孔及定位孔均包括安装通孔及定位孔组Ⅰ、安装通孔及定位孔组Ⅱ以及安装通孔及定位孔组Ⅲ。

所述圆柱型柔性铰链设有多个，每个都具有相同直径不同长度。

所述平面位移放大机构通过整块板材加工而成。

所述动平台呈中部带有通孔的三角形状。

与现有的定位平台相比：本发明的平面位移放大机构只产生平面内变形，非平面变形可忽略不计，通过圆柱形柔性铰链将平面位移放大机构的平面运动传递至动平台，三条柔性支链的合成运动实现动平台的三维运动即实现两个微转动及一个微平动，各柔性支链之间的耦合影响止于圆柱形柔性铰链，起到球铰功能，各平面位移放大机构可单独整块加工而成，通过简单结构实现各支链解耦运动，同时降低了加工制造的难度，可广泛应用于生物工程微定位、精密装配等领域；

并且本发明中的平面位移放大机构及圆柱型柔性铰链设置有多种互换方案，各方案具有相同的与其他零部件结合的接口，在不需更换定位平台其他零部件时可方便地互相替换，从而获得多种构型的精密定位平台，满足不同需求，提高效率降低成本。

附图说明

图1本发明多构型精密定位平台实施例一；

图2 本发明实施例一的柔性支链结构示意图；

图3本发明实施例一的动平台结构示意图；

图4本发明实施例一的基座结构示意图；

图5杠杆式平面位移放大机构的结构示意图；

图6桥式平面位移放大机构的结构示意图；

图7本发明的多构型精密定位平台实施例二；

图8本发明的多构型精密定位平台实施例三。

图中：1、动平台，2、基座，3、柔性支链，11、动平台圆弧槽， 21、安装通孔及定位孔组Ⅰ，22、安装通孔及定位孔组Ⅱ，23、安装通孔及定位孔组Ⅲ， 31、精密驱动器，32、平面位移放大机构，33、压紧件Ⅰ，34、圆柱型柔性铰链，35、压紧件Ⅱ，36、定位件Ⅰ，37、定位件Ⅱ， 321、平面位移放大机构圆弧槽，322、螺纹孔组，323、定位孔组。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

其中，本发明以附图1为基准，附图1的左、右、上、下、中心为本发明的左、右、上、下、中心。应注意到的是：除非另外具体说明，否则本实施例中阐述的部件的相对布置、数值等不限于本发明的范围。

本发明为一种多构型精密定位平台，如图1所示，它包括：

上部动平台1、底部基座2以及连接两者三条结构相同的柔性支链3，三条柔性支链3分别与动平台1及基座2固连，并相对动平台1的几何中心轴成轴对称布置；

如图2所示，所述每条柔性支链3均包括驱动器31、平面位移放大机构32、压紧件33、圆柱型柔性铰链34、压紧件35及至少两个定位件：定位件Ⅰ36与定位件Ⅱ37；

其中，所述平面位移放大机构32的位移输出端、压紧件Ⅰ33、压紧件Ⅱ35及动平台1上均设有与圆柱型柔性铰链34直径相等的圆弧槽，动平台1上的圆弧槽为动平台圆弧槽11，如图3所示；

圆柱型柔性铰链34的一端与平面位移放大机构32的位移输出端及压紧件Ⅰ33上的圆弧槽配合并压紧、另一端与动平台1及压紧件Ⅱ35上的圆弧槽配合并压紧；

如图4、图5所示，所述平面位移放大机构32底面设有一组螺纹孔322及一组定位孔323，定位件Ⅰ36与定位件Ⅱ37位于定位孔323中，基座2上设有多组标准的通孔及定位孔，调整平面位移放大机构32使底面螺纹孔322及定位件与基座2上通孔及定位孔的其中一组对齐并紧固，以改变精密定位平台的构型，即具有多种构型的精密定位平台；

对于三条柔性支链3中的任意一条柔性支链3，驱动器31仅产生沿驱动轴方向的位移及力驱动，驱动器31的驱动轴在平面位移放大机构32的工作平面内，则在驱动器31的驱动下平面位移放大机构32只在自身工作平面内发生变形运动，三条柔性支链3的平面运动通过圆柱型柔性铰链34传递至动平台1，进而合成实现动平台1的空间三维运动。

所述平面位移放大机构32可为杠杆式平面位移放大机构或桥式平面位移放大机构；

其中图5为杠杆式平面位移放大机构、图6为桥式平面位移放大机构，两者都设有相同两者都设有相同的平面位移放大机构圆弧槽321、底面螺纹孔组322及定位孔组323；在不需更换定位平台其他零部件时可互相替换。同时，圆柱型柔性铰链34设置有多个，每个都具有相同直径不同长度，在不需更换定位平台其他零部件时可互相替换。

进一步，如图4所示：所述基座2上的多组标准的通孔及定位孔均包括安装通孔及定位孔组Ⅰ21、安装通孔及定位孔组Ⅱ22以及安装通孔及定位孔组Ⅲ23，通过不同的安装通孔及定位孔组与平面位移放大机构32进行定位以获得不同的精密定位平台的构型。

进一步，所述平面位移放大机构32无论为杠杆式平面位移放大机构或桥式平面位移放大机构均可通过整块板材加工而成，可使平面位移放大机构32的非平面刚度远大于其平面刚度，并只在平面内实现位移放大作用，这个平面也称为平面位移放大机构32的工作平面。

进一步，所述动平台1呈中部带有通孔的三角形状，其结构简单，便于加工实现。

图7为本发明的多构型精密定位平台实施例二，其由图1所示的多构型精密定位平台实施例一通过改变柔性支链3的安装位置变换而来，由于基座2设有标准的安装孔及定位孔组，柔性支链3从安装通孔及定位孔组Ⅲ23调整至安装通孔及定位孔组Ⅱ22，可以方便快速的实现构型变换，该构型下动平台1比图1所示的动平台1具有更大的工作空间。

图8为本发明的多构型精密定位平台实施例三，其由图7所示的多构型精密定位平台实施例二通过将柔性支链3中杠杆式平面位移放大机构替换为桥式平面位移放大机构变换而来，由于基座2设有标准的安装孔及定位孔组，柔性支链3从安装通孔及定位孔组Ⅱ22调整至安装通孔及定位孔组Ⅰ21，可以方便灵活的实现构型变换，该构型下动平台1比图7所示的动平台1具有更大的工作空间。

综上所述：本发明的平面位移放大机构32只产生平面内变形，非平面变形可忽略不计，通过圆柱形柔性铰链34将平面位移放大机构32的平面运动传递至动平台1，三条柔性支链3的合成运动实现动平台1的三维运动即实现两个微转动及一个微平动，各柔性支链3之间的耦合影响止于圆柱形柔性铰链4，起到球铰功能，各平面位移放大机构32可单独整块加工而成，通过简单结构实现各支链解耦运动，同时降低了加工制造的难度，可广泛应用于生物工程微定位、精密装配等领域；

同时本发明中的平面位移放大机构32及圆柱型柔性铰链34设置有多种互换方案，各方案具有相同的与其他零部件结合的接口，在不需更换定位平台其他零部件时可方便地互相替换，从而获得多种构型的精密定位平台，满足不同需求，提高效率降低成本。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。   以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种多构型精密定位平台，其特征在于，它包括：

上部动平台（1）、底部基座（2）以及连接两者三条结构相同的柔性支链（3）；

所述每条柔性支链（3）均包括驱动器（31）、平面位移放大机构（32）、压紧件（33）、圆柱型柔性铰链（34）、压紧件（35）及至少两个定位件：定位件Ⅰ（36）与定位件Ⅱ（37）；

其中，所述平面位移放大机构（32）的位移输出端、压紧件Ⅰ（33）、压紧件Ⅱ（35）及动平台（1）上均设有与圆柱型柔性铰链（34）直径相等的圆弧槽；

圆柱型柔性铰链（34）的一端与平面位移放大机构（32）的位移输出端及压紧件Ⅰ（33）上的圆弧槽配合并压紧、另一端与动平台（1）及压紧件Ⅱ（35）上的圆弧槽配合并压紧；

所述平面位移放大机构（32）底面设有一组螺纹孔（322）及一组定位孔（323），定位件Ⅰ（36）与定位件Ⅱ（37）位于定位孔（323）中，基座（2）上设有多组标准的通孔及定位孔，调整平面位移放大机构（32）使底面螺纹孔（322）及定位件与基座（2）上通孔及定位孔的其中一组对齐并紧固，以改变精密定位平台的构型；

所述的驱动器（31）的驱动轴在平面位移放大机构（32）的工作平面内并驱动面位移放大机构（32）工作平面内发生平面变形运动。

2.根据权利要求1所述的一种多构型精密定位平台，其特征在于，所述平面位移放大机构（32）为杠杆式平面位移放大机构或桥式平面位移放大机构；两者都设有相同的平面位移放大机构圆弧槽（321）、底面螺纹孔组（322）及定位孔组（323）。

3.根据权利要求1所述的一种多构型精密定位平台，其特征在于，所述的三条柔性支链（3）分别与动平台（1）及基座（2）固连，并相对动平台（1）的几何中心轴成轴对称布置。

4.根据权利要求1或2所述的一种多构型精密定位平台，其特征在于，所述基座（2）上的多组标准的通孔及定位孔均包括安装通孔及定位孔组Ⅰ（21）、安装通孔及定位孔组Ⅱ（22）以及安装通孔及定位孔组Ⅲ（23）。

5.根据权利要求3所述的一种多构型精密定位平台，其特征在于，所述圆柱型柔性铰链（34）设有多个，每个都具有相同直径不同长度。

6.根据权利要求2或3所述的一种多构型精密定位平台，其特征在于，所述平面位移放大机构（32）通过整块板材加工而成。

7. 根据权利要求2或3所述的一种多构型精密定位平台，其特征在于，所述动平台（1）呈中部带有通孔的三角形状。