CN108747426A - 一种共定子大行程跨尺度三自由度并联运动平台 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种共定子大行程跨尺度三自由度并联运动平台，该运动平台包括底座、工作平台、Y轴运动系统、Z轴运动悬梁组件；所述工作平台设置在所述Z轴运动悬梁组件上；所述Z轴运动悬梁组件设置在所述中间宏动件组件上；整个宏微运动仅需一个电机定子、三个电机动子、二个压电陶瓷的驱动源协调运动，可实现三自由度的任意组合及其宏微切换；每个运动组件均采用宏微共轨的形式，左宏动件组件、中间宏动件组件、右宏动件组件上运动，单边的驱动结构是单电机、共定子的设计结构，可以实现大行程运动，同时兼备高速、高加速度，且运动平台实现了基于水平的俯仰运动。

Description

一种共定子大行程跨尺度三自由度并联运动平台
技术领域
本发明涉及运动平台技术领域，具体涉及一种共定子大行程跨尺度三自由度并联运动平台。
背景技术
随着科学的发展，许多应用领域如半导体光刻，IC电路制造与封装、生物医疗、精密数控加工、集成电路制造等对精密定位技术提出了更高的要求，需要其具备大行程、高精度、快速响应等特点。而大行程与高精度始终是一对矛盾，协调好两者关系至关重要，在实际中往往是牺牲一方面的而实现另一方面的高性能。目前，实现大行程运动的同时达到精密定位已成为当今前沿科学急需解决的前提条件和关键技术之一。
国内实用新型专利CN20132009404.X公开了一种同轴宏微复合直线运动平台装置及其精度补偿方法，该装置能够实现实时检测平台位移信息实现平台的高静态精度和动态精度，然而，由于其采用传统的柔性机构，在精度实现上难以达到纳米级。
在传统的精密加工和精密测量等领域中，运动平台多为数个单轴平台的简单叠加，具有较多的连带环节及运动组件，运动误差严重积累，大部分难以同时满足多自由度和高精密，此外，实现高精度运动控制的平台的行程普遍较短，实现大行程进给平台精度又无法满足实际需求。
本发明突破了传统的并联机构形式，公开了一种共定子大行程跨尺度三自由度并联运动平台，具有高精度、大推力、低振动等优点可广泛应用于一些大飞机叶片等大型零件的检测和加工。
发明内容
本发明提供一种共定子大行程跨尺度三自由度并联运动平台，可以提高工件表面加工质量和加工效率。
本发明提供了一种共定子大行程跨尺度三自由度并联运动平台，该运动平台包括底座、工作平台、Y轴运动系统、Z轴运动悬梁组件；
所述Y轴运动系统设置在所述底座上，所述Y轴运动系统包括左宏动件组件、中间宏动件组件、右宏动件组件；
所述工作平台设置在所述Z轴运动悬梁组件上；
所述Z轴运动悬梁组件设置在所述中间宏动件组件上；
所述工作平台与所述Z轴运动悬梁组件通过移动副和摆动副连接，所述工作平台与左宏动件组件、右宏动件组件通过移动副和摆动副连接。
优选地，所述工作平台左右两端设有第一圆轴、第二圆轴，所述Z轴运动悬梁组件设有与第一圆轴配合的第一移动副、与第二圆轴配合的第二移动副。
优选地，所述Z轴运动悬梁组件包括两立柱，所述立柱内侧通过滑轨连接滑块，所述第一圆轴、第二圆轴与滑块同轴心配合。
优选地，左宏动件组件和右宏动件组件的结构相同，所述左宏动件组件包括左宏运动件和左宏微运动件；所述右宏动件组件包括右宏运动件和右宏微运动件。
优选地，所述左宏运动件的一端设置第一延伸件，所述第一延伸件上设置有第一空槽，所述第一空槽内设置有左压电陶瓷和左高刚弹簧；所述左宏微运动件的一端设置有第一空腔，所述第一空腔内设置有第一突起，所述第一延伸件容纳在所述第一空腔内；所述第一突起、左压电陶瓷、左高刚弹簧设置在所述第一空槽内，所述左压电陶瓷、左高刚弹簧设置在所述第一突起的两端；
所述左宏微运动件上设置有第一楔形块。
优选地，所述右宏运动件的一端设置第二延伸件，所述第二延伸件上设置有第二空槽，所述第二空槽内设置有右压电陶瓷和右高刚弹簧；所述右宏微运动件的一端设置有第二空腔，所述第二空腔内设置有第二突起，所述第二延伸件容纳在所述第二空腔内；所述第二突起、右压电陶瓷、右高刚弹簧设置在所述第二空槽内，所述右压电陶瓷、右高刚弹簧设置在所述第二突起的两端；
所述左右宏微运动件上设置有第二楔形块。
优选地，所述第一楔形块的斜面上通过滑轨设置有第一滑块；所述第二楔形块的斜面上通过滑轨设置有第二滑块；所述工作平台前后两端设有第一外伸圆轴、第二外伸圆轴，所述第一外伸圆轴与所述第一滑块同轴心配合；所述第二外伸圆轴与所述第二滑块同轴心配合。
优选地，所述Y轴直线系统包括设置在底座上的直线电机、直导轨；所述左宏运动件、左宏微运动件、中间宏动件组件、右宏运动件、右宏微运动件设置在直导轨上，所述直线电机沿所述直导轨驱动所述左宏运动件、左宏微运动件、中间宏动件组件、右宏运动件、右宏微运动件移动。
优选地，所述中间宏动件对称设置在所述左宏动件组件和右宏动件组件之间。
本发明还提供了一种机床，所述机床使用了共定子大行程跨尺度三自由度并联运动平台。
采用上述技术方案的有益效果是：
本申请的共定子大行程跨尺度三自由度并联运动平台属于一种并联的宏微两级三自由度运动平台，整个宏微运动仅需一个电机定子、三个电机动子、二个压电陶瓷的驱动源协调运动，可实现三自由度的任意组合及其宏微切换；每个运动组件均采用宏微共轨的形式，左宏动件组件、中间宏动件组件、右宏动件组件上运动，单边的驱动结构是单电机、共定子的设计结构，可以实现大行程运动，同时兼备高速、高加速度，且运动平台实现了基于水平的俯仰运动；利用压电陶瓷和高刚弹簧作为微驱动的运动系统，具有较好的预紧效果，抑制振动，弥补误差。
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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为一种共定子大行程跨尺度三自由度并联运动平台的轴侧图；
图2为一种共定子大行程跨尺度三自由度并联运动平台去除工作平台、契型块的俯视图；
图3为一种共定子大行程跨尺度三自由度并联运动平台的爆炸图。
底座1000；工作平台2000，第一外伸圆轴2100，第二外伸圆轴2200，第一圆轴2300，第二圆轴2400；Y轴运动系统3000，直线电机3100，直导轨3200；左宏动件组件3300，左宏运动件3310，第一延伸件3311，第一空槽3312，第一空腔3313，第一突起3314，左宏微运动件3320，第一契型块3330，左压电陶瓷3350，第一滑块3600，左高刚弹簧3800；中间宏动件组件3400；右宏动件组件3500，右宏运动件3510，第二延伸件3511，第二空槽3512，第二空腔3513，第二突起3514，右宏微运动件3520，第二契型块3530，右压电陶瓷3550，第二滑块3700，右高刚弹簧3900；Z轴运动悬梁组件4000，第一移动副4100，第二移动副4200。
具体实施方式
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。
需说明的是，本申请中对结构的术语定义中使用了“前”、“后”、“左”、“右”，其只是表示结构之间的一个相对位置关系，并不对结构本身构成限定。
如图1-3所示，本发明的一种具体实施方式提供了一种共定子大行程跨尺度三自由度并联运动平台，该运动平台包括底座1000、工作平台2000、Y轴运动系统3000、Z轴运动悬梁组件4000；所述Y轴运动系统3000设置在所述底座1000上，所述Y轴运动系统3000包括左宏运动件3310组件、中间宏动件组件3400、右宏运动件3510组件；所述工作平台2000设置在所述Z轴运动悬梁组件4000上；所述Z轴运动悬梁组件4000设置在所述中间宏动件组件3400上；所述工作平台2000与所述Z轴运动悬梁组件4000通过移动副和摆动副连接，所述工作平台2000与左宏运动件3310组件、右宏运动件3510组件通过移动副和摆动副连接。
所述工作平台2000左右两端设有第一圆轴2300、第二圆轴2400，所述Z轴运动悬梁组件4000设有与第一圆轴2300配合的第一移动副4100、与第二圆轴2400配合的第二移动副4200；所述Z轴运动悬梁组件4000包括两立柱，所述立柱内侧通过滑轨连接滑块，所述第一圆轴2300、第二圆轴2400与滑块同轴心配合，所述第一圆轴2300、第二圆轴2400与工作平台2000之间通过轴承连接。
左宏动件组件3300和右宏动件组件3500的结构相同，所述左宏动件组件3300包括左宏运动件3310和左宏微运动件3320；所述右宏动件组件3500包括右宏运动件3510和右宏微运动件3520。
所述左宏运动件3310的一端设置第一延伸件3311，所述第一延伸件3311上设置有第一空槽3312，所述第一空槽3312内设置有左压电陶瓷3350和左高刚弹簧3800；所述左宏微运动件3320的一端设置有第一空腔3313，所述第一空腔3313内设置有第一突起3314，所述第一延伸件3311容纳在所述第一空腔3313内；所述第一突起3314、左压电陶瓷3350、左高刚弹簧3800设置在所述第一空槽3312内，所述左压电陶瓷3350、左高刚弹簧3800设置在所述第一突起3314的两端；
所述左宏微运动件3320上设置有第一楔形块。
所述右宏运动件3510的一端设置第二延伸件3511，所述第二延伸件3511上设置有第二空槽3512，所述第二空槽3512内设置有右压电陶瓷3550和右高刚弹簧3900；所述右宏微运动件3520的一端设置有第二空腔3513，所述第二空腔3513内设置有第二突起3514，所述第二延伸件3511容纳在所述第二空腔3513内；所述第二突起3514、右压电陶瓷3550、右高刚弹簧3900设置在所述第二空槽3512内，所述右压电陶瓷3550、右高刚弹簧3900设置在所述第二突起3514的两端；
所述左右宏微运动件3520上设置有第二楔形块。
所述第一楔形块的斜面上通过滑轨设置有第一滑块3600；所述第二楔形块的斜面上通过滑轨设置有第二滑块3700；所述工作平台2000前后两端设有第一外伸圆轴2100、第二外伸圆轴2200，所述第一外伸圆轴2100与所述第一滑块3600同轴心配合；所述第二外伸圆轴2200与所述第二滑块3700同轴心配合；第一外伸圆轴2100、第二外伸圆轴2200与工作平台2000前后两端通过轴承连接；所述工作平台2000借助第一外伸圆轴2100、第二外伸圆轴2200在第一滑块3600和第二滑块3700中的摆动、第一滑块3600和第二滑块3700在第一楔形块3330、第二楔形块3530斜面上的移动及实现俯仰运动；所述Z轴运动悬梁组件4000包括两立柱，所述立柱内侧通过滑轨连接滑块，所述第一圆轴2300、第二圆轴2400与滑块同轴心配合，所述第一圆轴2300、第二圆轴2400与工作平台2000之间通过轴承连接，在所述工作平台2000俯仰运动时，第一圆轴2300、第二圆轴2400提供转动副，所述立柱内侧的滑轨和滑块提供移动副。
所述Y轴直线系统包括设置在底座1000上的直线电机3100、直导轨3200；所述左宏运动件3310、左宏微运动件3320、中间宏动件组件3400、右宏运动件3510、右宏微运动件3520设置在直导轨3200上，所述直线电机3100沿所述直导轨3200驱动所述左宏运动件3310、左宏微运动件3320、中间宏动件组件3400、右宏运动件3510、右宏微运动件3520移动，仅需一个电机定子、三个电机动子(左宏运动件3310组件、中间宏动件组件3400、右宏运动件3510组件)、二个压电陶瓷的驱动源协调运动，可实现三自由度的任意组合及其宏微切换，每个运动组件均采用宏微共轨的形式，左宏动件组件3300、中间宏动件组件3400、右宏动件组件3500上运动，单边的驱动结构是单电机、共定子的设计结构，可以实现大行程运动，同时兼备高速、高加速度。
所述中间宏动件对称设置在所述左宏动件组件3300和右宏动件组件3500之间。
本发明还提供了一种机床，所述机床使用了共定子大行程跨尺度三自由度并联运动平台。
本申请的共定子大行程跨尺度三自由度并联运动平台，整个宏微运动仅需一个电机定子、三个电机动子、二个压电陶瓷的驱动源协调运动，可实现三自由度的任意组合及其宏微切换，且属于一种并联的宏微两级三自由度运动平台；每个运动组件均采用宏微共轨的形式，左宏动件组件、中间宏动件组件、右宏动件组件上运动，单边的驱动结构是单电机、共定子的设计结构，可以实现大行程运动，同时兼备高速、高加速度，且运动平台实现了基于水平的俯仰运动；利用压电陶瓷和高刚弹簧作为微驱动的运动系统，具有较好的预紧效果，抑制振动，弥补误差。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种共定子大行程跨尺度三自由度并联运动平台，其特征在于，该运动平台包括底座、工作平台、Y轴运动系统、Z轴运动悬梁组件；
所述Y轴运动系统设置在所述底座上，所述Y轴运动系统包括左宏动件组件、中间宏动件组件、右宏动件组件；
所述工作平台设置在所述Z轴运动悬梁组件上；
所述Z轴运动悬梁组件设置在所述中间宏动件组件上；
所述工作平台与所述Z轴运动悬梁组件通过移动副和摆动副连接，所述工作平台与左宏动件组件、右宏动件组件通过移动副和摆动副连接。
2.根据权利要求1所述的共定子大行程跨尺度三自由度并联运动平台，其特征在于：所述工作平台左右两端设有第一圆轴、第二圆轴，所述Z轴运动悬梁组件设有与第一圆轴配合的第一移动副、与第二圆轴配合的第二移动副。
3.根据权利要求2所述的共定子大行程跨尺度三自由度并联运动平台，其特征在于：所述Z轴运动悬梁组件包括两立柱，所述立柱内侧通过滑轨连接滑块，所述第一圆轴、第二圆轴与滑块同轴心配合。
4.根据权利要求3所述的共定子大行程跨尺度三自由度并联运动平台，其特征在于：左宏动件组件和右宏动件组件的结构相同，所述左宏动件组件包括左宏运动件和左宏微运动件；所述右宏动件组件包括右宏运动件和右宏微运动件。
5.根据权利要求4所述的共定子大行程跨尺度三自由度并联运动平台，其特征在于：
所述左宏运动件的一端设置第一延伸件，所述第一延伸件上设置有第一空槽，所述第一空槽内设置有左压电陶瓷和左高刚弹簧；所述左宏微运动件的一端设置有第一空腔，所述第一空腔内设置有第一突起，所述第一延伸件容纳在所述第一空腔内；所述第一突起、左压电陶瓷、左高刚弹簧设置在所述第一空槽内，所述左压电陶瓷、左高刚弹簧设置在所述第一突起的两端；
所述左宏微运动件上设置有第一楔形块。
6.根据权利要求5所述的共定子大行程跨尺度三自由度并联运动平台，其特征在于：
所述右宏运动件的一端设置第二延伸件，所述第二延伸件上设置有第二空槽，所述第二空槽内设置有右压电陶瓷和右高刚弹簧；所述右宏微运动件的一端设置有第二空腔，所述第二空腔内设置有第二突起，所述第二延伸件容纳在所述第二空腔内；所述第二突起、右压电陶瓷、右高刚弹簧设置在所述第二空槽内，所述右压电陶瓷、右高刚弹簧设置在所述第二突起的两端；
所述左右宏微运动件上设置有第二楔形块。
7.根据权利要求6所述的共定子大行程跨尺度三自由度并联运动平台，其特征在于：
所述第一楔形块的斜面上通过滑轨设置有第一滑块；所述第二楔形块的斜面上通过滑轨设置有第二滑块；所述工作平台前后两端设有第一外伸圆轴、第二外伸圆轴，所述第一外伸圆轴与所述第一滑块同轴心配合；所述第二外伸圆轴与所述第二滑块同轴心配合。
8.根据权利要求7所述的共定子大行程跨尺度三自由度并联运动平台，其特征在于：
所述Y轴直线系统包括设置在底座上的直线电机、直导轨；所述左宏运动件、左宏微运动件、中间宏动件组件、右宏运动件、右宏微运动件设置在直导轨上，所述直线电机沿所述直导轨驱动所述左宏运动件、左宏微运动件、中间宏动件组件、右宏运动件、右宏微运动件移动。
9.根据权利要求8所述的共定子大行程跨尺度三自由度并联运动平台，其特征在于：所述中间宏动件对称设置在所述左宏动件组件和右宏动件组件之间。
10.一种机床，所述机床使用了如权利要求1-9任一所述的共定子大行程跨尺度三自由度并联运动平台。
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