CN111421522A - 一种五自由度微动平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械定位装置领域，尤其涉及一种五自由度微动平台，包括微动平台和与微动平台固定的滑轨机构；微动平台包括转动平台、设置在转动平台下部的三个以上铰接机构、与每个铰接机构下端固定的高精度直线电机、固定在转动平台上部中心的球形铰链、固定在高精度直线电机底部的底座、设置在底座上部与铰接机构之间的电机外壳；底座底部与滑轨机构固定连接；球形铰链通过支撑杆与电机外壳顶部固定；滑轨机构包括垂直于水平面的第三直线导轨、水平设置在第三直线导轨底部的第二直线导轨及水平设置在第二直线导轨底部且与第二直线导轨垂直的第一直线导轨本发明提供一种进行大工作空间的运动，精度高、原理简单、操作简便的微动平台。

Description

一种五自由度微动平台

技术领域

本发明涉及机械定位装置领域，尤其涉及一种五自由度微动平台。

背景技术

近年来，各类研究领域的研究对象不断朝着尺度更小的趋势发展，由柔顺机构和智能驱动器构成的微动平台广泛应用于微操作和微装配领域。通常，微动平台被用于微纳尺度的定位控制和多维方向上的姿态调整。

许多领域中都需要通过微动平台来实现一般性机械平台难以实现的更加精细的运动。比如高精度测量、精密仪器的加工、光刻机等等。微米尺度精确运动的实现对高精密制造领域中，高精度微纳米零件的发展与运用起到巨大的推动作用。

目前，有各种不同驱动类型的微动平台。如音圈电机式、压点式和电磁式等。但是这些类别的微动平台均结构复杂，涉及电子电路部分对精度要求较高，不适合实际应用。同时，由于原理上的限制，这些微动平台的可转动角度都较小，不能实现稍大角度的转动。

近年来随着直线电机技术的发展，结合高精度直线电机的技术，提供一种精度高、原理简单、操作简便的微动平台是本领域亟待解决的问题。

另一方面，许多亟待解决的工业问题中，定位平台往往需要同时满足大工作空间和高精度的需要。因此，提供一种同时满足大工作空间运动和高精度定位的定位平台是目前定位平台领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种五自由度微动平台，以解决上述问题，制作一种进行大工作空间的运动，精度高、原理简单、操作简便的微动平台。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种五自由度微动平台，包括微动平台和与所述微动平台固定的滑轨机构；

所述微动平台包括转动平台、设置在所述转动平台下部的三个以上铰接机构、与每个所述铰接机构下端固定的高精度直线电机、固定在所述转动平台上部中心的球形铰链、固定在所述高精度直线电机底部的底座、设置在所述底座上部与所述铰接机构之间的电机外壳；所述底座底部与所述滑轨机构固定连接；

所述球形铰链通过支撑杆与电机外壳顶部固定；

所述滑轨机构包括垂直于水平面的第三直线导轨、水平设置在所述第三直线导轨底部的第二直线导轨及水平设置在所述第二直线导轨底部且与所述第二直线导轨垂直的第一直线导轨；

所述底座固定在所述第三直线导轨的滑块上；

所述第三导轨固定在所述第二直线导轨的滑块上；

所述第二直线导轨固定在所述第一直线导轨的滑块上。

优选的，所述铰接机构为柔性铰链，所述柔性铰链为双圆锥形。

优选的，所述柔性铰链为弹簧钢索或柔性高分子材料。

优选的，所述转动平台与所述铰接机构通过螺钉连接，所述转动平台与所述球形铰链通过第二螺钉连接。

优选的，所述底座与所述高精度直线电机通过螺钉连接，所述电机外壳与所述支撑杆通过螺钉连接。

优选的，所述铰接机构数量为四个，所述铰接机构通过铰链连接件与所述高精度直线电机固定连接，所述铰接机构与所述高精度直线电机的受力中心在同一中心轴线上。

本发明具有如下技术效果：

通过将三个大行程直线导轨与微动平台进行连接，实现了大工作空间位置定位与高精度姿态定位并存。通过球形铰链可以将转动平台进行位移运动的限制，保证转动平台仅能进行转动运动，进一步提高了微动平台的运动精度。本发明提供的微动平台，相比其他微动平台，具有同样的转动精度，同时还能具有相对更大的转动角度。本发明提供的微动平台，相比其他定位平台，具有结构简单，同时具有高精度和大工作空间的优点。整个技术方案不仅对市场上现有的微动平台进行了创新，增加了微动平台种类的多样性，为进一步提高工业产品精密化生产、研究提供了技术支持。

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他的附图。

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明微动平台的结构示意图；

图3为图2中微动平台的内部结构示意图；

图4为图3中铰接机构的结构示意图。

其中，1为第一直线导轨，2为第二直线导轨，3为第三直线导轨，4为底座，5为球形铰链，51为电机外壳，52为铰链连接件，53为柔性铰链，54为球形铰链，55为转动平台，56为高精度直线电机，57为支撑杆。

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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1所示，本发明提供一种五自由度微动平台，包括微动平台5和与微动平台5固定的滑轨机构；

微动平台5包括转动平台55、设置在转动平台55下部的三个以上铰接机构、与每个铰接机构下端固定的高精度直线电机56、固定在转动平台55上部中心的球形铰链54、固定在高精度直线电机56底部的底座4、设置在底座4上部与铰接机构之间的电机外壳51；底座4底部与滑轨机构固定连接；

球形铰链54通过支撑杆57与电机外壳51顶部固定；

滑轨机构包括垂直于水平面的第三直线导轨3、水平设置在第三直线导轨3底部的第二直线导轨2及水平设置在第二直线导轨2底部且与第二直线导轨2垂直的第一直线导轨1；

底座4固定在第三直线导轨3的滑块上；

第三导轨3固定在第二直线导轨2的滑块上；

第二直线导轨固定在第一直线导轨1的滑块上。在高精度直线电机56的协同运动的作用下，转动平台55将绕球形铰链54的球心进行转动。当高精度直线电机56的运动精度很高时，转动平台55的旋转精度也很高。本发明的铰接机构与转动平台55的连接方式简单，弥补了原有微动平台体积大、制造难度大的缺点，也提高了旧有微动平台的转动角度，同时，通过将三个大行程直线导轨与微动平台进行连接，实现了大工作空间位置定位与高精度姿态定位并存。

进一步优化方案，铰接机构为柔性铰链53，柔性铰链为双圆锥形。

进一步优化方案，柔性铰链53为弹簧钢索或柔性高分子材料。

进一步优化方案，转动平台55与铰接机构通过螺钉连接，转动平台55与球形铰链54通过第二螺钉连接。

进一步优化方案，底座4与高精度直线电机56通过螺钉连接，电机外壳51与支撑杆57通过螺钉连接。

进一步优化方案，铰接机构数量为四个，铰接机构通过铰链连接件52与高精度直线电机56固定连接，铰接机构与高精度直线电机56的受力中心在同一中心轴线上。

本实施例的工作过程如下：

当相邻的两个高精度直线电机56向上驱动时，另外两个高精度直线电机56向下驱动，高精度直线电机56推动铰链，铰链推动转动平台55，转动平台55实现一个轴向的转动，相邻的两个高精度电机56顺时针或逆时针换一个电机位进行驱动，转动平台55会产生另一个轴向的转动，当转动平台55在不同的方向产生位移的时候，平台整体也即发生了转动、倾斜。

当转动平台55发生转动、倾斜的过程中，每一个铰链不仅会发生弯曲变形，也会发生相应的压缩、拉伸及错动变形。当需要微动平台进行较大距离的移动时，利用第一直线导轨1、第二直线导轨2、第三直线导轨3的共同配合可以实现X/Y/Z三个方向的大范围移动。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种五自由度微动平台，其特征在于：包括微动平台(5)和与所述微动平台(5)固定的滑轨机构；

所述微动平台(5)包括转动平台(55)、设置在所述转动平台(55)下部的三个以上铰接机构、与每个所述铰接机构下端固定的高精度直线电机(56)、固定在所述转动平台(55)上部中心的球形铰链(54)、固定在所述高精度直线电机(56)底部的底座(4)、设置在所述底座(4)上部与所述铰接机构之间的电机外壳(51)；所述底座(4)底部与所述滑轨机构固定连接；

所述球形铰链(54)通过支撑杆(57)与电机外壳(51)顶部固定；

所述滑轨机构包括垂直于水平面的第三直线导轨(3)、水平设置在所述第三直线导轨(3)底部的第二直线导轨(2)及水平设置在所述第二直线导轨(2)底部且与所述第二直线导轨(2)垂直的第一直线导轨(1)；

所述底座(4)固定在所述第三直线导轨(3)的滑块上；

所述第三导轨(3)固定在所述第二直线导轨(2)的滑块上；

所述第二直线导轨固定在所述第一直线导轨(1)的滑块上。

2.根据权利要求1所述的一种五自由度微动平台，其特征在于：所述铰接机构为柔性铰链(53)，所述柔性铰链为双圆锥形。

3.根据权利要求2所述的一种五自由度微动平台，其特征在于：所述柔性铰链(53)为弹簧钢索或柔性高分子材料。

4.根据权利要求1所述的一种五自由度微动平台，其特征在于：所述转动平台(55)与所述铰接机构通过螺钉连接，所述转动平台(55)与所述球形铰链(54)通过第二螺钉连接。

5.根据权利要求1所述的一种五自由度微动平台，其特征在于：所述底座(4)与所述高精度直线电机(56)通过螺钉连接，所述电机外壳(51)与所述支撑杆(57)通过螺钉连接。

6.根据权利要求1所述的一种五自由度微动平台，其特征在于：所述铰接机构数量为四个，所述铰接机构通过铰链连接件(52)与所述高精度直线电机(56)固定连接，所述铰接机构与所述高精度直线电机(56)的受力中心在同一中心轴线上。

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