CN110605705B - 一种并联式运动平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种并联式运动平台，该并联式运动平台包括：基座；直线驱动单元，成对的所述直线驱动单元安装于所述基座；柔性驱动链，成对的所述柔性驱动链铰接于每个所述直线驱动单元的输出端和载物平台之间；其中，所述柔性驱动链具有在所述直线驱动单元的直线驱动力作用下变形、并驱动所述载物平台在平面内平动的变形自由度。本发明的并联式运动平台设置并列的直线驱动单元提供直线驱动力，柔性驱动链支撑于载物平台和直线驱动单元之间，柔性驱动链可变形以调节输出力的柔顺度，并且四个柔性驱动链对载物平台过约束支撑限位，增加柔性驱动链的数量，运动平台具有更高的刚度和操作稳定性。

Description

一种并联式运动平台

技术领域

本发明涉及平台技术领域，特别涉及一种并联式运动平台。

背景技术

运动平台作为搭载刀具、焊枪、3D打印头等加工设备的载体，其精度和刚度极大地影响着加工装备的精度和刚度。随着现代科学技术的飞速发展，运动平台在增材制造、IC装备制造、精密医疗装备、航空航天制造等领域都有着广泛的应用，例如，3D打印机需要通过运动平台来驱动打印头运动到指定位置；生物培养装置需要运动平台为菌落精确地补充营养液。

目前运动平台主要是串联式运动平台，然而串联式平面运动平台的精度低、并且输出力的柔顺度低，不能满足加工装备的需求。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供一种并联式运动平台，该并联式运动平台包括：

基座；

直线驱动单元，成对的所述直线驱动单元安装于所述基座；

柔性驱动链，成对的所述柔性驱动链铰接于每个所述直线驱动单元的输出端和载物平台之间；

其中，所述柔性驱动链具有在所述直线驱动单元的直线驱动力作用下变形、并驱动所述载物平台在平面内平动的变形自由度。

可选地，所述四个所述柔性驱动链均布连接于所述载物平台。

可选地，所述柔性驱动链包括：

主动铰接板，所述主动铰接板与所述直线驱动单元铰接；

滑轨，所述滑轨安装于主动铰接板和安装板之间；

滑动支柱，所述滑动支柱滑动安装于所述滑轨；

柔性铰链，所述柔性铰链安装于所述主动铰接板和所述滑动支柱之间；

铰链轴，所述铰链轴穿过所述安装板、并与所述滑动支柱抵接以通过从动铰接板与载物平台铰接；

其中，所述柔性铰链在所述直线驱动力作用下被压缩或拉伸、以带动所述滑动支柱沿所述滑轨滑动，所述滑动支柱滑动时带动所述铰链轴往复移动以驱动所述载物平台平动。

可选地，所述主动铰接板安装有限位块；

所述限位块沿所述柔性铰链的延伸方向延伸、并且在所述柔性铰链被压缩时抵接所述安装板。

可选地，所述滑动支柱安装有测力元件；

当所述滑动支柱滑动时，所述测力元件与所述铰链轴抵接、并推动所述铰链轴移动。

可选地，所述安装板安装有滑动套筒；

所述滑动套筒套设于所述铰链轴。

可选地，还包括动力设备；

所述动力设备安装于所述基座，所述动力设备的输出端与所述直线驱动单元相连，并且所述直线驱动单元将所述动力设备的回转运动输出为直线运动。

可选地，所述直线驱动单元包括：

丝杠，所述丝杠的输入端连接至所述动力设备的输出端；

丝杠螺母，所述丝杠螺母安装于所述丝杠；

滑块，所述滑块安装于所述丝杠螺母、并与所述主动铰接板铰接；

其中，所述滑块在所述丝杠螺母的带动下相对所述基座平动、并驱动所述主动铰接板移动。

可选地，所述基座设置有导轨，所述滑块滑动安装于所述导轨。

可选地，所述基座安装有光栅，所述滑块安装有光栅测速头；

其中，所述光栅沿所述导轨的延伸方向延伸，并且所述光栅测速头与所述光栅相适配。

由以上技术方案可知，本发明的并联式运动平台设置并列的直线驱动单元提供直线驱动力，柔性驱动链支撑于载物平台和直线驱动单元之间，柔性驱动链可变形以调节输出力的柔顺度，并且四个柔性驱动链对载物平台过约束支撑限位，增加柔性驱动链的数量，运动平台具有更高的刚度和操作稳定性，且结构比串联式运动平台更加紧凑，并联式运动平台具有高精度、高刚度、高负载能力等特点。

附图说明

以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

图1为本发明实施例的并联式运动平台示意图。

图2为本发明实施例的柔性驱动链示意图。

图3为本发明实施例的基座和直线驱动单元示意图。

其中：1基座

11导轨、12光栅、13光栅测速头

2直线驱动单元

21丝杠、22丝杠螺母、23滑块、24联轴器

3柔性驱动链

31滑轨、32滑动支柱、33柔性铰链、34铰链轴、35主动铰接板

351主体板、352连接耳、353转轴、354限位块

36安装板、37从动铰接板、38测力元件、39滑动套筒

4载物平台

5动力设备

具体实施方式

为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部分。

在本文中，“示意性”表示“充当实例、例子或说明”，不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。

为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本发明相关部分，而并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。

在本文中，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等仅用于表示相关部分之间的相对位置关系，而非限定这些相关部分的绝对位置。

在本文中，“第一”、“第二”等仅用于彼此的区分，而非表示重要程度及顺序、以及互为存在的前提等。

在本文中，“相等”、“相同”等并非严格的数学和/或几何学意义上的限制，还包含本领域技术人员可以理解的且制造或使用等允许的误差。除非另有说明，本文中的数值范围不仅包括其两个端点内的整个范围，也包括含于其中的若干子范围。

如图1所示，本发明的实施例提供了一种并联式运动平台，该并联式运动平台包括基座1、直线驱动单元2、柔性驱动链3和载物平台4。

基座1可以是平直板，并且基座1可通过紧固件固定于安装环境中，例如，基座1可以沿长度方向开设均匀布置的螺纹孔，螺纹孔可以设置多个，也可以是设置多排相互平行的螺纹孔，紧固件可以是螺栓螺母组合件，安装环境可以是光学平台或大理石试验台等，基座1通过紧固件固定于安装环境。

成对的直线驱动单元2安装于基座1，具体可以是成对的直线驱动单元2对称固定于基座1，直线驱动单元2作为动力驱动部分，提供并列设置的两组驱动力，并且驱动力为直线方向，沿基板1的长度方向延伸。

成对的柔性驱动链3铰接于每个直线驱动单元2的输出端和载物平台4之间，即每个直线驱动单元2连接两个柔性驱动链3，由于直线驱动单元2成对设置，每个载物平台4同时与四个柔性驱动链3铰接。

该载物平台4可以是具有预设载物面积的载物板，可以理解的是，载物平台4可通过三个铰接点予以支撑固定，该处采用四个柔性驱动链3同时与载物平台4铰接，使得载物平台4被过约束限制，在载物移动过程中具有更高的刚度和更好的操作稳定性。

其中，直线驱动单元2与柔性驱动链3铰接，柔性驱动链3具有在直线驱动单元2的直线驱动力作用下变形、并驱动载物平台4在平面内平动的变形自由度，在直线驱动单元2的直线驱动力作用下，柔性驱动链3发生形变，并且四个柔性驱动链3共同驱动载物平台4在平面内平动，相比于单个、两个或者三个柔性驱动链3驱动载物平台4运动而言，四个柔性驱动链3将载物平台4过约束限制，使得载物平台4在平面内移动时具有更高的刚度和更好的操作稳定性。

本发明的并联式运动平台设置并列的直线驱动单元2提供直线驱动力，柔性驱动链3支撑于载物平台4和直线驱动单元2之间，柔性驱动链3可变形以调节输出力的柔顺度，并且四个柔性驱动链3对载物平台4过约束支撑限位，增加柔性驱动链3的数量，运动平台具有更高的刚度和操作稳定性，且结构比串联式运动平台更加紧凑，并联式运动平台具有高精度、高刚度、高负载能力等特点。

具体四个柔性驱动链3可以是均布连接于载物平台4，均匀布置的方式可有利于四个柔性驱动链3同时对载物平台4予以支撑。

在可选实例中，如图2所示，该柔性驱动链3包括滑轨31、滑动支柱32、柔性铰链33、铰链轴34和主动铰接板35。

主动铰接板35与直线驱动单元2铰接，具体可以是主动铰接板35具有主体板351和相对该主体板351外伸的连接耳352，连接耳352开设有通孔，转轴353穿设于该通孔、并与直线驱动单元2铰接，实现主动铰接板35与直线驱动单元2之间的铰接。

滑轨31安装于主动铰接板35和安装板36之间，具体可以是成对的滑轨31平行布置；滑动支柱32滑动安装于滑轨31，具体可以是滑动支柱32滑动支撑于平行布置的滑轨31之间，滑动支柱32可在外力驱动下沿滑轨31往复滑动。

柔性铰链33安装于主动铰接板35和滑动支柱32之间，具体可以是柔性铰链33两端分别固定于主动铰接板35和滑动支柱32，并且柔性铰链33可沿滑轨31的延伸方向被压缩或者被拉伸变形。

铰链轴34一端与柔性铰链33相连，并穿过安装板36、并与滑动支柱32抵接以通过从动铰接板37与载物平台4铰接。铰链轴34可随柔性铰链33的压缩或者拉伸带动从动铰接板37往复移动，从动铰接板37带动载物平台4平动。

柔性铰链33在直线驱动力作用下被压缩或拉伸、以带动滑动支柱32沿滑轨31往复滑动，滑动支柱32滑动时带动铰链轴34往复移动以驱动载物平台4平动。

该柔性驱动链3采用柔性铰链以减小其自身的刚度，简化柔性驱动链3刚度的计算，可将柔性铰链的刚度认为是柔性驱动链3的刚度；通过更换不同刚度的柔性铰链及增加铰接板，以快速方便地按照需求改变柔性驱动链3的刚度。

在可选示例中，该主动铰接板35安装有限位块354。限位块354沿柔性铰链33的延伸方向延伸、并且在柔性铰链33被压缩时抵接安装板36，限位块354一端固定于主动铰接板35，另一端为自由端，当柔性铰链33被压缩时带动滑动支柱32向靠近主动铰接板35的方向滑动，设置限位块354可防止安装板36与主动铰接板35之间的距离太小而将柔性铰链33压溃，保证该柔性驱动链3的使用安全性。

滑动支柱32安装有测力元件38；具体测力元件38可以是固定于滑动支柱32，并且测力元件38与铰链轴34同轴设置，当滑动支柱32滑动时，测力元件38与铰链轴34抵接、并推动铰链轴34移动，铰链轴34带动从动铰接板37移动。该测力元件38可以是力传感器。

该柔性驱动链3通过设置测力元件38使得柔性铰链33与力传感器串联，由测力元件38直接动态实时地测量出柔性驱动链3的受力。

安装板36安装有滑动套筒39；滑动套筒39套设于铰链轴34，并且滑动套筒39固定于安装板36。设置滑动套筒39能够避免应力集中，减小柔性驱动链3内部应力，若不设置滑动套筒39则会引起应力集中，使柔性驱动链3所受内部应力急剧增大。

该并联式运动平还包括动力设备5，动力设备5可以是电机。

动力设备5安装于基座1，具体可以是动力设备5通过紧固件紧固安装于基座1。动力设备5的输出端与直线驱动单元2相连，并且直线驱动单元2将动力设备5的回转运动输出为直线运动，并且直线运动沿基座1的延伸方向延伸，直线驱动单元2将动力设备5的回转运动转换为直线运动以驱动柔性驱动链3移动。

如图所示，直线驱动单元2包括：

丝杠21，该丝杠21的输入端连接至动力设备5的输出端，具体可以是动力设备5的输出轴的输出端通过联轴器24与丝杠21相连，实现动力设备5与丝杠21同轴转动；

丝杠螺母22，丝杠螺母22安装于丝杠21，并由丝杠21带动直线移动；

滑块23，滑块23安装于丝杠螺母22、并与主动铰接板35铰接，具体滑块23与丝杠螺母22固定连接，并且滑块23通过转轴与主动铰接板35铰接；

其中，滑块23在丝杠螺母22的带动下相对基座1平动、并驱动主动铰接板35移动，滑块23随丝杠螺母22直线移动，并且滑块23驱动主动铰接板35直线移动，进而带动柔性驱动链3形变和移动。

进一步，该基座1设置有导轨11，滑块23滑动安装于导轨11。导轨11可以是成对平行布置，滑块23滑动安装于成对的导轨11之间，通过导轨11限定滑块23的移动轨迹。

可选地，该基座1安装有光栅12，滑块23安装有光栅测速头13；光栅12沿导轨11的延伸方向延伸，并且光栅测速头13与光栅12相适配。光栅是一种绝对测量仪器，能精确地测量出滑块23的位移和速度，便于对该运动平台进行闭环控制，从而提高载物平台4的运动精度。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施方式描述的，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，而并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方案或变更，如特征的组合、分割或重复，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种并联式运动平台，其特征在于，包括：

基座(1)；

直线驱动单元(2)，成对的所述直线驱动单元(2)安装于所述基座(1)；

柔性驱动链(3)，成对的所述柔性驱动链(3)铰接于每个所述直线驱动单元(2)的输出端和载物平台(4)之间；

其中，所述柔性驱动链(3)具有在所述直线驱动单元(2)的直线驱动力作用下变形、并驱动所述载物平台(4)在平面内平动的变形自由度；

所述柔性驱动链(3)包括：

主动铰接板(35)，所述主动铰接板(35)与所述直线驱动单元(2)铰接；

滑轨(31)，所述滑轨(31)安装于主动铰接板(35)和安装板(36)之间；

滑动支柱(32)，所述滑动支柱(32)滑动安装于所述滑轨(31)；

柔性铰链(33)，所述柔性铰链(33)安装于所述主动铰接板(35)和所述滑动支柱(32)之间；

铰链轴(34)，所述铰链轴(34)穿过所述安装板(36)、并与所述滑动支柱(32)抵接以通过从动铰接板(37)与载物平台(4)铰接；

其中，所述柔性铰链(33)在所述直线驱动力作用下被压缩或拉伸、以带动所述滑动支柱(32)沿所述滑轨(31)滑动，所述滑动支柱(32)滑动时带动所述铰链轴(34)往复移动以驱动所述载物平台(4)平动。

2.根据权利要求1所述的并联式运动平台，其特征在于，四个所述柔性驱动链(3)均布连接于所述载物平台(4)。

3.根据权利要求1所述的并联式运动平台，其特征在于，所述主动铰接板(35)安装有限位块(354)；

所述限位块(354)沿所述柔性铰链(33)的延伸方向延伸、并且在所述柔性铰链(33)被压缩时抵接所述安装板(36)。

4.根据权利要求3所述的并联式运动平台，其特征在于，所述滑动支柱(32)安装有测力元件(38)；

当所述滑动支柱(32)滑动时，所述测力元件(38)与所述铰链轴(34)抵接、并推动所述铰链轴(34)移动。

5.根据权利要求3所述的并联式运动平台，其特征在于，所述安装板(36)安装有滑动套筒(39)；

所述滑动套筒(39)套设于所述铰链轴(34)。

6.根据权利要求3所述的并联式运动平台，其特征在于，还包括动力设备(5)；

所述动力设备(5)安装于所述基座(1)，所述动力设备(5)的输出端与所述直线驱动单元(2)相连，并且所述直线驱动单元(2)将所述动力设备(5)的回转运动输出为直线运动。

7.根据权利要求6所述的并联式运动平台，其特征在于，所述直线驱动单元(2)包括：

丝杠(21)，所述丝杠(21)的输入端连接至所述动力设备(5)的输出端；

丝杠螺母(22)，所述丝杠螺母(22)安装于所述丝杠(21)；

滑块(23)，所述滑块(23)安装于所述丝杠螺母(22)、并与所述主动铰接板(35)铰接；

其中，所述滑块(23)在所述丝杠螺母(22)的带动下相对所述基座(1)平动、并驱动所述主动铰接板(35)移动。

8.根据权利要求7所述的并联式运动平台，其特征在于，所述基座(1)设置有导轨(11)，所述滑块(23)滑动安装于所述导轨(11)。

9.根据权利要求8所述的并联式运动平台，其特征在于，所述基座(1)安装有光栅(12)，所述滑块(23)安装有光栅测速头(13)；

其中，所述光栅(12)沿所述导轨(11)的延伸方向延伸，并且所述光栅测速头(13)与所述光栅(12)相适配。

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