CN108638043A - 一种共面驱动的六自由度宏微并联机器人平台 - Google Patents

一种共面驱动的六自由度宏微并联机器人平台 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种共面驱动的六自由度宏微并联机器人平台，有较高的运动精度。本发明实施例一种共面驱动的六自由度宏微并联机器人平台的技术方案包括：四个呈十字形对称分布的单自由度驱动装置，各所述单自由度驱动装置均包括可滑动的核心运动平台，各所述核心运动平台上均设有与其同步运动的移动部件，各所述移动部件上均设有相对其上下滑动的滑块，各所述滑块上均设有相对其滑动的转动部件，所述转动部件的运动轨迹垂直于与其对应的所述核心运动平台的运动轨迹，四个所述转动部件之间用于放置动平台。

Description

一种共面驱动的六自由度宏微并联机器人平台
技术领域
本发明实施例涉及多自由度运动平台技术领域，具体涉及一种共面驱动的六自由度宏微并联机器人平台。
背景技术
诸如数控加工、集成电路制造、微机电系统加工制造等产业已广泛使用多自由度运动平台，研制一种具有多自由度、定位精度较高、结构简单以及推力较大等特点的精密定位平台已经迫在眉睫。
传统的多自由度运动平台多是数个单轴平台简单叠加，具有较多的连带环节及运动组件，运动误差积累严重。
发明内容
本发明提供一种共面驱动的六自由度宏微并联机器人平台，有较高的运动精度。
本发明实施例一种共面驱动的六自由度宏微并联机器人平台的技术方案包括：
四个呈十字形对称分布的单自由度驱动装置，各所述单自由度驱动装置均包括可滑动的核心运动平台，各所述核心运动平台上均设有与其同步运动的移动部件，各所述移动部件上均设有相对其上下滑动的滑块，各所述滑块上均设有相对其滑动的转动部件，所述转动部件的运动轨迹垂直于与其对应的所述核心运动平台的运动轨迹，四个所述转动部件之间用于放置动平台。
优选的，在上述共面驱动的六自由度宏微并联机器人平台的技术方案中，
每一所述单自由度驱动装置还包括直线导轨、直线电机，所述直线电机内置于所述直线导轨，且所述核心运动平台沿所述直线导轨滑动。
优选的，在上述共面驱动的六自由度宏微并联机器人平台的技术方案中，所述核心运动平台由宏运动件和宏微运动件组成，所述宏运动件和所述宏微运动件均嵌入所述直线导轨。
优选的，在上述共面驱动的六自由度宏微并联机器人平台的技术方案中，所述宏微运动件上具有一缺口，所述缺口上设有凸起，所述宏运动件上设有与所述缺口等长的延伸件，所述延伸件上具有容纳所述凸起的空槽，所述空槽的长度大于所述凸起的长度，所述空槽与所述凸起之间的剩余区域内用于放置高钢弹簧和压电陶瓷微位移驱动器。
优选的，在上述共面驱动的六自由度宏微并联机器人平台的技术方案中，每一所述移动部件均包括楔形块，所述楔形块具有一倾斜面，所述滑块沿所述倾斜面上下滑动。
优选的，在上述共面驱动的六自由度宏微并联机器人平台的技术方案中，所述楔形块固设在所述核心运动平台上。
优选的，在上述共面驱动的六自由度宏微并联机器人平台的技术方案中，所述滑块垂直于与其对应的所述单自由度驱动装置。
采用上述技术方案的有益效果是：
四个单自由度驱动装置两个横向排列，两个纵向排列，围成一十字形。两个横向排列的单自由度驱动装置上的核心运动平台可横向移动，两个纵向排列的单自由度驱动装置上的核心运动平台可纵向移动。每一核心运动平台与其对应的移动部件同步移动。除了移动部件与核心运动平台同步移动外，每一移动部件上还设有滑块，滑块相对于移动部件上下移动，滑块上还设有相对其移动的转动部件，转动部件的运动轨迹垂直于与其对应的所述核心运动平台的运动轨迹。当两个相对的单自由度驱动装置滑动时动平台实现X或Y的自由度，当四个滑块同时滑动时动平台实现Z自由度，当两个相对的滑块滑动时动平台实现α或β自由度，当四个转动部件同时滑动时动平可实现γ自由度。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明一种共面驱动的六自由度宏微并联机器人平台的整体结构图；
图2为本发明一种共面驱动的六自由度宏微并联机器人平台的爆炸图。
具体实施方式
本发明提供一种共面驱动的六自由度宏微并联机器人平台，有较高的运动精度。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明一种共面驱动的六自由度宏微并联机器人平台的技术方案包括四个呈十字形对称分布的单自由度驱动装置，各所述单自由度驱动装置均包括可滑动的核心运动平台，各所述核心运动平台上均设有与其同步运动的移动部件，各所述移动部件上均设有相对其上下滑动的滑块，各所述滑块上均设有相对其滑动的转动部件，所述转动部件的运动轨迹垂直于与其对应的所述核心运动平台的运动轨迹，四个所述转动部件之间用于放置动平台。
如上所述，四个单自由度驱动装置两个横向排列，两个纵向排列，围成一十字形。两个横向排列的单自由度驱动装置上的核心运动平台可横向移动，两个纵向排列的单自由度驱动装置上的核心运动平台可纵向移动。每一核心运动平台与其对应的移动部件同步移动。除了移动部件与核心运动平台同步移动外，每一移动部件上还设有滑块，滑块相对于移动部件上下移动，滑块上还设有相对其移动的转动部件，以其中一个为例，当核心运动平台横向移动时，则转动部件沿滑块水平纵向移动。
每个单自由度驱动装置均包括直线导轨、直线电机、核心运动平台和压电陶瓷微位移驱动器。其中直线导轨作为本发明运动平台的基座。直线电机内置于直线导轨中如胶合于直线导轨内侧。核心运动平台由宏运动件和宏微运动件组成，宏运动件和宏微运动件均嵌入直线导轨，使得核心运动平台沿直线导轨移动，该直线导轨限定了核心运动平台的运动轨迹。
此外，宏微运动件上具有一缺口，该缺口上设有凸起，与此相对应的是，宏运动件上设有与该缺口等长的延伸件，延伸件上具有容纳该凸起的空槽，该空槽的长度大于凸起的长度，空槽与凸起之间的剩余区域内用于放置高钢弹簧和压电陶瓷微位移驱动器。高钢弹簧起阻尼作用，减少平台震动，增强稳定性，而压电陶瓷微位移驱动器可以显著提高运动平台的位移精度。
每一移动部件均包括楔形块，楔形块具有一倾斜面，该倾斜面上具有沿倾斜方向延伸设置的导轨，滑块嵌入导轨上，从而实现滑块相对于移动部件可上下移动。进一步的，滑块上也设有导轨，该导轨垂直于与其相对应的单自由度驱动装置，转动部件沿该导轨移动，核心运动平台沿单自由度驱动装置移动，从而实现了转动部件的运动轨迹垂直于与其对应的所述核心运动平台的运动轨迹。
下面结合图1和图2对本发明实施例一种共面驱动的六自由度宏微并联机器人平台展开详细说明。
本发明是一种共面驱动的六自由度宏微并联机器人平台，包括四个单自由度驱动装置(可分别定义为单自由度驱动装置一、单自由度驱动装置二、单自由度驱动装置三、单自由度驱动装置四)、四个移动部件(移动部件一、移动部件二、移动部件三、移动部件四)、四个转动部件(转动部件一9、转动部件二10、转动部件三11、转动部件四14)、一个动平台13。
以移动部件一为例，移动部件一包括楔形块一B1和滑块一B5，楔形块一B1具有一倾斜面，滑块一B5沿倾斜面上下移动。楔形块一B1设置在单自由度驱动装置一上，楔形块一B1与单自由度驱动装置一的宏运动件A3和宏微运动件A4之间均为胶合约束，楔形块一B1可与单自由度驱动装置一同步滑动。需要说明的是，楔形块与宏运动件并未连接。因为宏微运动件与宏运动件之间有弹簧和压电陶瓷，所以宏微运动件与宏运动件之间会产生一定的位移。
移动部件二包括楔形块二B2和滑块二B6，楔形块二B2具有一倾斜面，滑块二B6沿倾斜面上下移动。楔形块二B2设置在单自由度驱动装置二上，楔形块二B2与单自由度驱动装置二的宏运动件和宏微运动件之间均为胶合约束，楔形块二B2可与单自由度驱动装置二同步滑动。
移动部件三包括楔形块三B3和滑块三B7，楔形块三B3具有一倾斜面，滑块三B7沿倾斜面上下移动。楔形块三B3设置在单自由度驱动装置三上，楔形块三B3与单自由度驱动装置三的宏运动件和宏微运动件之间均为胶合约束，楔形块三B3可与单自由度驱动装置三同步滑动。需要说明的是，每个单自由度驱动装置的宏运动件和宏微运动件之间并非是彻底固定死，两者之间会有相对移动。
移动部件四包括楔形块四B4和滑块四B8，楔形块四B4具有一倾斜面，滑块四B8沿倾斜面上下移动。楔形块四B4设置在单自由度驱动装置四上，楔形块四B4与单自由度驱动装置四的宏运动件和宏微运动件之间均为胶合约束，楔形块四B4可与单自由度驱动装置四同步滑动。
转动部件一9设置在滑块一B5上并可沿滑块一B5滑动，移动部件一设置在单自由度驱动装置一上。
转动部件二10设置在滑块二B6上并可沿滑块二B6滑动，移动部件二设置在单自由度驱动装置二上。
转动部件三11设置在滑块三B7上并可沿滑块三B7滑动，移动部件三设置在单自由度驱动装置三上。
转动部件四12设置在滑块四B8上并可沿滑块四B8滑动，移动部件四设置在单自由度驱动装置四上。
转动部件分别与移动部件一一对应，构成四组转动移动运动副并分别与单自由度驱动装置刚性连接。四个单自由度驱动装置与转动移动运动副组成的四组连接体作为支撑动平台13的基座。以其中一个单自由度驱动装置一为例，包括直线导轨A1、直线电机A2、核心运动平台、压电陶瓷微位移驱动器A6。其中直线导轨A1固定约束作为运动平台的基座，直线电机A2胶合于直线导轨A1内侧；核心运动平台由宏运动件A3和宏微运动件A4组成，直线导轨A1和宏运动件A3对齐约束并在宏运动件A3和宏微运动件A4接触中心凹槽加入高钢弹簧A5和压电陶瓷微位移驱动器A6，高钢弹簧A5起阻尼作用，减少平台震动，增强稳定性，而压电陶瓷微位移驱动器A6可以显著提高运动平台的位移精度。
上述共面驱动的六自由度宏微并联机器人平台，当单自由度驱动装置二和单自由度驱动装置四同向滑动时，动平台13可实现X自由度；当单自由度驱动装置一和单自由度驱动装置三滑动时，动平台13实现Y自由度；当滑块一B5、滑块二B6、滑块三B7和滑块四B8同时滑动时，动平台13可实现Z自由度；当滑块一B5和滑块三B7滑动时，动平台13可实现β自由度；当滑块滑块二B6和滑块四B8滑动时，动平台13可可实现α自由度；当转动部件一9、转动部件二10、转动部件三11和转动部件四14同时滑动时动平台13可实现γ自由度。综上所述，通过不同单自由度驱动装置直线电机的驱动，能够让动平台完成六自由度，而压电陶瓷微位移驱动器驱动则能显著提高动平台的位移精度。
以上对本发明进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种共面驱动的六自由度宏微并联机器人平台，其特征在于，包括四个呈十字形对称分布的单自由度驱动装置，各所述单自由度驱动装置均包括可滑动的核心运动平台，各所述核心运动平台上均设有与其同步运动的移动部件，各所述移动部件上均设有相对其上下滑动的滑块，各所述滑块上均设有相对其滑动的转动部件，所述转动部件的运动轨迹垂直于与其对应的所述核心运动平台的运动轨迹，四个所述转动部件之间用于放置动平台。
2.根据权利要求1所述的共面驱动的六自由度宏微并联机器人平台，其特征在于，每一所述单自由度驱动装置还包括直线导轨、直线电机，所述直线电机内置于所述直线导轨，且所述核心运动平台沿所述直线导轨滑动。
3.根据权利要求2所述的共面驱动的六自由度宏微并联机器人平台，其特征在于，所述核心运动平台由宏运动件和宏微运动件组成，所述宏运动件和所述宏微运动件均嵌入所述直线导轨。
4.根据权利要求3所述的共面驱动的六自由度宏微并联机器人平台，其特征在于，所述宏微运动件上具有一缺口，所述缺口上设有凸起，所述宏运动件上设有与所述缺口等长的延伸件，所述延伸件上具有容纳所述凸起的空槽，所述空槽的长度大于所述凸起的长度，所述空槽与所述凸起之间的剩余区域内用于放置高钢弹簧和压电陶瓷微位移驱动器。
5.根据权利要求1所述的共面驱动的六自由度宏微并联机器人平台，其特征在于，每一所述移动部件均包括楔形块，所述楔形块具有一倾斜面，所述滑块沿所述倾斜面上下滑动。
6.根据权利要求5所述的共面驱动的六自由度宏微并联机器人平台，其特征在于，所述楔形块固设在所述核心运动平台上。
7.根据权利要求1所述的共面驱动的六自由度宏微并联机器人平台，其特征在于，所述滑块垂直于与其对应的所述单自由度驱动装置。
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