CN108081247A - 一种空间六自由度并联微动平台 - Google Patents

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姚建涛
顾伟栋
刘毅
丰宗强
齐赛招
庞有全
商涛
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/003—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics
    • B25J9/0033—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics with kinematics chains having a prismatic joint at the base

Abstract

一种空间六自由度并联微动平台，其包括动平台、定平台以及连接动平台和定平台的六条结构相同的支链，其中三条支链均布在定平台的外圈圆上，另外三条支链均布在定平台的内圈圆上，外圈和内圈的支链相錯设置。所述支链包括柔性P副、连杆、微分头及微分头连接块，其中柔性P副与定平台和连杆的一端固连，连杆的另一端与动平台固连，微分头连接块设在柔性P副中部，微分头固定在微分头连接块上。设在定平台外圈圆上的三条支链的连杆均向动平台中心倾斜，设在定平台内圈圆上的三条支链的连杆均向动平台外侧倾斜。本发明易于加工制造、成本低、结构简单、平稳性好、精度高、承载能力强。

Description

一种空间六自由度并联微动平台
技术领域
本发明属于微动机器人技术领域，特别涉及一种并联微动平台。
背景技术
并联机构由于其本身所具有的优点而广泛应用于精密工程、医学医疗、航空航天和生物工程等各个领域，并联机构的研究对所涉及领域的进步起着关键的作用。并联微动机器人能实现亚微米级至纳米级的定位精度，并且具有响应快、无间隙、误差小、结构紧凑等优点，在生物和遗传工程、光纤对接、医疗及航空航天工程等领域具有广泛的应用前景，如医疗领域的脑外科手术、太空望远镜的次级镜精密定位以及大型望远镜的子镜拼接等，均需采用并联微动机器人来实现较高的定位精度。
1962年，Ellis最早提出采用并联机构研制微动机器人；瑞士的Epfl研发出一款6自由度并联微动机器人；美国德克萨斯大学研制出具有柔性铰链的6自由度并联微动机器人；Northwesten大学的Grace研制出用于眼球手术的六自由度并联微动机械手。目前基高精密定位平台已经商业化，德国PI公司生产了基于压电陶瓷的纳米级并联微动平台PI公司的P-911KNMV陶瓷电机6自由度并联定位系]；美国宇航局NASA和法国原子能委员会CEA天文分部研制了高精密并联光学测试台，将其应用于太空望远镜JWST中；王振华等研制了集成式的六自由度微动并联机器人系统，该六自由度微动并联机器人使用压电陶瓷作为驱动器；哈尔滨工业大学的杜志江等，成功研制了一种6自由度大行程纳米精度并联微动机器人；芯明天公司推出的XN-810压电陶瓷驱动6自由度并联平台；高峰等人研制了一种基于压电陶瓷驱动的平面3-RPR并联微动平台；但上述对六自由度并联微动平台的研究均存在着结构复杂、成本高、不易于装配等缺点。故而，在保证六自由度并联微动平台末端运动特性及精度要求的前提下，设计一种能克服上述缺陷的六自由度并联微动平台具有重要的研究意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种易于加工制造、成本低、结构简单、平稳性好、精度高、承载能力强的空间六自由度并联微动平台。
本发明包括动平台、定平台以及连接动平台和定平台的六条结构相同的支链，其中三条支链均布在定平台的外圈圆上，另外三条支链均布在定平台的内圈圆上，外圈和内圈的支链相錯设置。
所述支链包括柔性P副、连杆、微分头及微分头连接块，其中柔性P副的一端通过螺栓与定平台固连，其另一端通过螺栓与连杆的一端固连，连杆的另一端通过螺栓与动平台固连，微分头连接块设在柔性P副中部，微分头固定在微分头连接块上。设在定平台外圈圆上的三条支链的连杆均向动平台中心倾斜，设在定平台内圈圆上的三条支链的连杆均向动平台外侧倾斜。
六条支链与定平台固结处分为内外圈两组均匀布置，各支链的倾斜角度相等，且内外圈为同心圆，与动平台固连处两两一组均匀布置，整个并联微动平台由微分头驱动通过柔性铰链的弹性变形实现微位移。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
易于加工制造，成本低，结构简单，六条支链采用双环型布置，平稳性好、精度高、承载能力强，可广泛应用于微加工、微装配、医学医疗及精密轴系间隙检测等领域。
附图说明
图1为本发明的立体示意简图；
图2为本发明内圈圆上的三条支链的示意图；
图3为本发明外圈圆上的三条支链的示意图。
图中，1-内圈圆上的支链、2-外圈圆上的支链、3-动平台、4-定平台、5-柔性P副、6-连杆、7-微分头、8-微分头连接块。
具体实施方式
在图1所示的空间六自由度并联微动平台示意图中，三条支链2均布在定平台的外圈圆上，另外三条支链1均布在定平台的内圈圆上，外圈和内圈的支链相錯设置，每条支链结构相同，柔性P副5的一端通过螺栓与定平台固连，其另一端通过螺栓与连杆6的一端固连，连杆的另一端通过螺栓与动平台7固连，微分头连接块8设在柔性P副中部，微分头7通过螺帽固定在微分头连接块上。
如图2所示，设在定平台内圈圆上的三条支链的连杆均向动平台外侧倾斜，如图3所示，设在定平台外圈圆上的三条支链的连杆均向动平台中心倾斜。柔性P副为薄壁框式结构，由紫铜制成，在外力作用下有较大的弹性变形。通过旋转微分头旋钮改变微分头长度，从而对柔性P副的边框产生压力,使柔性P副发生弹性变形，驱动与柔性P副固连的连杆，驱动动平台。
六条支链与定平台固结处分为内外圈两组均匀布置，各支链的倾斜角度相等，且内外圈为同心圆，与动平台固连处两两一组均匀布置，整个并联微动平台由微分头驱动,通过柔性P副与连杆的柔性铰链的弹性变形实现微位移。

Claims (1)

1.一种空间六自由度并联微动平台，其包括动平台、定平台以及连接动平台和定平台的六条结构相同的支链，其特征在于：三条支链均布在定平台的外圈圆上，另外三条支链均布在定平台的内圈圆上，外圈和内圈的支链相錯设置；所述支链包括柔性P副、连杆、微分头及微分头连接块，其中柔性P副的一端通过螺栓与定平台固连，其另一端通过螺栓与连杆的一端固连，连杆的另一端通过螺栓与动平台固连，微分头连接块设在柔性P副中部，微分头固定在微分头连接块上；设在定平台外圈圆上的三条支链的连杆均向动平台中心倾斜，设在定平台内圈圆上的三条支链的连杆均向动平台外侧倾斜；
所述六条支链与定平台固结处分为内外圈两组均匀布置，各支链的倾斜角度相等，且内外圈为同心圆，与动平台固连处两两一组均匀布置，整个并联微动平台由微分头驱动通过柔性铰链的弹性变形实现微位移。
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