CN111452023A - 一种高精度和高刚度的微调平台及其微调方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高精度和高刚度的微调平台，包括动平台、静平台、中心定长支链、三组运动支链和驱动机构；所述中心定长支链一端与动平台铰接，另一端与静平台垂直固定连接；所述驱动机构的数量与运动支链的数量相等，并均匀布设在静平台周向；每组所述运动支链分别与动平台、静平台和驱动机构连接；每组运动支链与中心定长支链形成闭环运动结构，实现驱动机构驱动运动支链以控制动平台的微调运动。本发明还提供一种可实现动平台微小运动高精准控制的微调方法。本发明高精度和高刚度的微调平台结构简单和实用性强，该微调平台不仅可增大结构刚度，而且可提高动平台的运动精度，实现动平台微小运动的精准控制。

Description

一种高精度和高刚度的微调平台及其微调方法
技术领域
本发明涉及微调平台技术领域，更具体地说，涉及一种高精度和高刚度的微调平台及其微调方法。
背景技术
在自动化设备技术领域，经常需要用到对设备的某个部件进行微量调整，以获得更高的位置精度。而微调平台是一种通过控制微调模块的移动或旋转，从而带动微调模块上的产品进行对应的移动或旋转运动的机构，通过微调平台能实现产品能与对应物件的精准对位。因此，微调平台可广泛应用于各种领域，例如可适用于实验平台与工作实训台的微动调整，可用于实现机器人自动定位以提高机器人的基座定位精度，可用于机床工作台的自动微调以提高被加工零件的加工质量和加工精度等等。
现有技术中微调平台主要由顶部的转台与滑块之间的连接结构连接组成，其结构过于简单，仅在滑块上设置转动柱，然后将转台直接与转动柱转动连接。现阶段微调平台不仅结构刚性强度低，而且现有的微调平台很难实现微小运动的精准控制，因此无法达到通过微量调整以获得更高位置精度的效果。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种结构简单和实用性强的高精度和高刚度的微调平台；该微调平台不仅可增大结构刚度，而且可提高动平台的运动精度，实现动平台微小运动的精准控制。本发明还提供一种可实现动平台微小运动高精准控制的微调方法。
为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种高精度和高刚度的微调平台，其特征在于：包括动平台、静平台、中心定长支链、三组运动支链和驱动机构；所述中心定长支链一端与动平台铰接，另一端与静平台垂直固定连接；所述驱动机构的数量与运动支链的数量相等，并均匀布设在静平台周向；每组所述运动支链分别与动平台、静平台和驱动机构连接；每组运动支链与中心定长支链形成闭环运动结构，实现驱动机构驱动运动支链以控制动平台的微调运动。
在上述方案中，本发明的微调平台基于三组运动支链并联结构进行设计，并且每组运动支链与中心定长支链形成闭环运动结构，使得该微调平台具有三个闭环运动结构，无累计误差，可提高动平台的运动精度，实现动平台微小运动的精准控制。
每组所述运动支链包括外围支链和用于提高微调平台刚度的刚性支链；每组运动支链中的外围支链和刚性支链与中心定长支链形成闭环运动结构。
所述外围支链的上端与动平台铰接，下端与驱动机构铰接。
本发明还包括套设在外围支链上的滑套；所述刚性支链一端通过球铰与静平台连接，另一端通过球铰与滑套连接。本发明增加刚性支链并采用球铰分别与静平台和外围支链相连，在不影响动平台运动的前提下提高微调平台整体的刚度，使得该微调平台能够胜任大重量设备的调平需求。在驱动机构驱动外围支链运动时，通过滑套在外围支链滑动以改变刚性支链的刚性支撑点，使得在微调平台使用过程中，刚性支链始终可起到提高结构刚度的作用。
每个所述驱动机构包括电机、与中心定长支链连接的滑槽、丝杆导轨和滑块；所述丝杆导轨设置在滑槽内部，并与电机连接；所述滑块与丝杆导轨螺纹连接，并与外围支链下端铰接，实现电机驱动丝杆导轨转动以带动与滑块铰接的外围支链运动，以推动动平台。
所述丝杆导轨采用星型分布的方式均匀布设在静平台周向。本发明采用星型方式布置丝杠导轨，有利于增加电机的驱动行程，以驱动大行程实现动平台小位移的运动，提高了动平台运动的精度。
所述驱动机构还包括用于限制滑块滑动的限位挡块；所述限位挡块设置在滑槽远离中心定长支链的端部，并与丝杆导轨连接。
一种高精度和高刚度微调平台的微调方法，其特征在于：设置动平台、静平台、中心定长支链、三组运动支链和驱动机构；所述中心定长支链一端与动平台铰接，另一端与静平台垂直固定连接；所述驱动机构的数量与运动支链的数量相等，并均匀布设在静平台周向；每组所述运动支链分别与动平台、静平台和驱动机构连接；
通过控制驱动机构驱动第一组运动支链推动动平台，同时控制另外驱动机构同步驱动另外两组运动支链与第一组运动支链反方向运动，以协调控制驱动机构的方式实现动平台朝第一组运动支链的推动方向微调偏转运动。
在上述方案中，本发明的微调方法采用控制一组运动支链推动动平台，同时控制两组运动支链与第一组运动支链反方向运动，以协调控制驱动机构的方式实现动平台微小运动的高精准控制。
每组所述运动支链包括分别与动平台和驱动机构铰接的外围支链；每个所述驱动机构包括电机、与中心定长支链连接的滑槽、丝杆导轨和滑块；所述丝杆导轨设置在滑槽内部，并与电机连接；所述滑块与丝杆导轨螺纹连接，并与外围支链下端铰接；
所述通过控制驱动机构驱动第一组运动支链推动动平台，同时控制另外驱动机构同步驱动另外两组运动支链与第一组运动支链反方向运动，以协调控制驱动机构的方式实现动平台朝第一组运动支链的推动方向微调偏转运动是指：通过控制第一电机驱动丝杆导轨转动以带动第一滑块靠近中心定长支链滑动，使得驱动第一组运动支链的外围支链推动动平台；同时控制另外两个电机驱动丝杆导轨转动以带动第二滑块和第三滑块同步远离中心定长支链滑动，且第二滑块和第三滑块的滑动距离相同，以协调控制三个驱动机构的方式实现动平台朝第一组运动支链的推动方向微调偏转运动。
所述动平台朝第一组运动支链的推动方向微调偏转运动是指：所述动平台沿第二滑槽和第三滑槽之间夹角的角平分线方向微调偏转运动。
本发明的优势与好处：
1.高精度、高刚度：微调平台基于并联机构进行设计，具有多个闭环运动结构，无累计误差，末端动平台精度高。增加刚性支链并采用球铰分别与静平台和外围支链相连，在不影响动平台运动的前提下提高整体刚度，能够胜任大重量设备的调平需求。
2.微调功能：本发明采用水平放置丝杆导轨的方式，实现末端动平台小幅度转动。水平放置丝杆导轨可根据设计要求适当增加滑槽的长度，从而增加滑块的运动行程，末端动平台受铰链机械结构的限制，其转动范围基本不变，因此，可以通过改变滑块移动距离的大小来实现末端动平台的微调。
3.广泛性、实用性：本发明微调平台由三台伺服电机协调控制实现末端动平台的运动，较传统手工调平方式相比，避免主观性误差、节省人工、提高效率。
本发明高精度和高刚度的微调平台可以用于一些特定场合的调平，比如大型望远镜，电磁波接收装置，太阳能电池板等的安装，或者大型灯光设备，实验平台的基座安装等等。
与现有技术相比，本发明具有如下优点与有益效果：
1、本发明高精度和高刚度的微调平台结构简单和实用性强，该微调平台不仅可增大结构刚度，而且可提高动平台的运动精度，实现动平台微小运动的精准控制。
2、本发明的微调方法实现动平台微小运动高精准控制的微调方法。
附图说明
图1是本发明高精度和高刚度的微调平台的示意图一；
图2是本发明高精度和高刚度的微调平台的示意图二；
图3是本发明高精度和高刚度的微调平台的示意图三；
其中，1为动平台、2为静平台、3为中心定长支链、4为外围支链、5为刚性支链、6为滑套、7为球铰、8为第一滑槽、9为丝杆导轨、10为第一滑块、11为第二滑块、12为第三滑块、13为限位挡块、14为虎克铰、15为第二滑槽、16为第三滑槽。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。
实施例
如图1至图3所示，本发明高精度和高刚度的微调平台包括动平台1、静平台2、中心定长支链3、三组运动支链和驱动机构，其中，中心定长支链3一端通过转动副和虎克铰14与动平台1铰接，另一端与静平台2垂直固定连接，而驱动机构的数量与运动支链的数量相等，并均匀布设在静平台2周向；每组运动支链分别与动平台1、静平台2和驱动机构连接；每组运动支链与中心定长支链3形成闭环运动结构，实现驱动机构驱动运动支链以控制动平台1的微调运动。
具体地说，每组运动支链包括外围支链4和用于提高微调平台刚度的刚性支链5；每组运动支链中的外围支链4和刚性支链5与中心定长支链3形成闭环运动结构。其中，外围支链4的上端通过虎克铰14与动平台1铰接，下端通过虎克铰14与驱动机构铰接。本发明还包括套设在外围支链4上的滑套6，刚性支链5一端通过球铰7与静平台2连接，另一端通过球铰7与滑套6连接。
本发明的驱动机构包括电机(未图示)、与中心定长支链3连接的滑槽(第一滑槽8、第二滑槽15和第三滑槽16)、丝杆导轨9和滑块(第一滑块10、第二滑块11和第三滑块12)，其中，丝杆导轨9设置在滑槽(第一滑槽8、第二滑槽15和第三滑槽16)内部，并与电机连接，其中，滑块(第一滑块10、第二滑块11和第三滑块12)与丝杆导轨9螺纹连接，并与外围支链4下端铰接，实现电机驱动丝杆导轨9转动以带动与滑块(第一滑块10、第二滑块11和第三滑块12)铰接的外围支链4运动，以推动动平台1。
本发明的丝杆导轨9采用星型分布的方式均匀布设在静平台2周向。本发明采用星型方式布置丝杠导轨9，有利于增加电机的驱动行程，以驱动大行程实现动平台1小位移的运动，提高了动平台1运动的精度。驱动机构还包括用于限制滑块(第一滑块10、第二滑块11和第三滑块12)滑动的限位挡块13，限位挡块13设置在滑槽(第一滑槽8、第二滑槽15和第三滑槽16)远离中心定长支链3的端部，并与丝杆导轨9连接。
本发明高精度和高刚度微调平台的微调方法是这样的：通过控制第一电机驱动丝杆导轨9转动以带动第一滑块10靠近中心定长支链3滑动，使得驱动第一组运动支链的外围支链4推动动平台1；同时控制另外两个电机驱动丝杆导轨9转动以带动第二滑块11和第三滑块12同步远离中心定长支链3滑动，且第二滑块11和第三滑块12的滑动距离相同，以协调控制三个驱动机构的方式实现动平台1朝第一组运动支链的推动方向微调偏转运动。
其中，动平台1朝第一组运动支链的推动方向微调偏转运动是指：动平台1沿第二滑槽15和第三滑槽16之间夹角的角平分线方向微调偏转运动。
高精高刚微调平台在初始状态时，动平台1处于水平位置。运动开始时，滑槽中丝杆导轨9受到电机驱动，其丝杆导轨9上的滑块向中心定长支链3的方向移动。其中，当与第一滑块10连接的外围支链4与静平台2的夹角逐渐增大，推动动平台1位于第一滑槽8一侧向上偏转。第二滑槽15中丝杆导轨9在电机驱动下，朝远离中心定长支链3的方向移动，与第二滑块11连接的外围支链4与静平台2的夹角不断减小，同时牵引动平台1朝第二滑槽15向下偏转。同理，第三滑槽16的第三滑块12与第二滑槽15的第二滑块11的运动保持一致。综合可得，第一滑槽8中的第一滑块10靠近中心定长支链3，第二滑槽15和第三滑槽16中的第二滑块11和第三滑块12远离中心定长支链3且移动距离相同，最终动平台1沿第二滑槽15和第三滑槽16的角平分线偏转一定角度。
本发明的优势与好处：
1.高精度、高刚度：微调平台基于并联机构进行设计，具有多个闭环运动结构，无累计误差，末端动平台1精度高。增加刚性支链5并采用球铰7分别与静平台2和外围支链4相连，在不影响动平台1运动的前提下提高整体刚度，能够胜任大重量设备的调平需求。
2.微调功能：本发明采用水平放置丝杆导轨9的方式，实现末端动平台1小幅度转动。水平放置丝杆导轨9可根据设计要求适当增加滑槽的长度，从而增加滑块的运动行程，末端动平台1受铰链机械(转动副和虎克铰)结构的限制，其转动范围基本不变，因此，可以通过改变滑块移动距离的大小来实现末端动平台1的微调。
3.广泛性、实用性：本发明微调平台由三台伺服电机协调控制实现末端动平台1的运动，较传统手工调平方式相比，避免主观性误差、节省人工、提高效率。
本发明高精度和高刚度的微调平台可以用于一些特定场合的调平，比如大型望远镜，电磁波接收装置，太阳能电池板等的安装，或者大型灯光设备，实验平台的基座安装等等。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高精度和高刚度的微调平台，其特征在于：包括动平台、静平台、中心定长支链、三组运动支链和驱动机构；所述中心定长支链一端与动平台铰接，另一端与静平台垂直固定连接；所述驱动机构的数量与运动支链的数量相等，并均匀布设在静平台周向；每组所述运动支链分别与动平台、静平台和驱动机构连接；每组运动支链与中心定长支链形成闭环运动结构，实现驱动机构驱动运动支链以控制动平台的微调运动。
2.根据权利要求1所述的高精度和高刚度的微调平台，其特征在于：每组所述运动支链包括外围支链和用于提高微调平台刚度的刚性支链；每组运动支链中的外围支链和刚性支链与中心定长支链形成闭环运动结构。
3.根据权利要求2所述的高精度和高刚度的微调平台，其特征在于：所述外围支链的上端与动平台铰接，下端与驱动机构铰接。
4.根据权利要求3所述的高精度和高刚度的微调平台，其特征在于：还包括套设在外围支链上的滑套；所述刚性支链一端通过球铰与静平台连接，另一端通过球铰与滑套连接。
5.根据权利要求2所述的高精度和高刚度的微调平台，其特征在于：每个所述驱动机构包括电机、与中心定长支链连接的滑槽、丝杆导轨和滑块；所述丝杆导轨设置在滑槽内部，并与电机连接；所述滑块与丝杆导轨螺纹连接，并与外围支链下端铰接，实现电机驱动丝杆导轨转动以带动与滑块铰接的外围支链运动，以推动动平台。
6.根据权利要求5所述的高精度和高刚度的微调平台，其特征在于：所述丝杆导轨采用星型分布的方式均匀布设在静平台周向。
7.根据权利要求5所述的高精度和高刚度的微调平台，其特征在于：所述驱动机构还包括用于限制滑块滑动的限位挡块；所述限位挡块设置在滑槽远离中心定长支链的端部，并与丝杆导轨连接。
8.一种高精度和高刚度微调平台的微调方法，其特征在于：设置动平台、静平台、中心定长支链、三组运动支链和驱动机构；所述中心定长支链一端与动平台铰接，另一端与静平台垂直固定连接；所述驱动机构的数量与运动支链的数量相等，并均匀布设在静平台周向；每组所述运动支链分别与动平台、静平台和驱动机构连接；
通过控制驱动机构驱动第一组运动支链推动动平台，同时控制另外驱动机构同步驱动另外两组运动支链与第一组运动支链反方向运动，以协调控制驱动机构的方式实现动平台朝第一组运动支链的推动方向微调偏转运动。
9.根据权利要求8所述的高精度和高刚度微调平台的微调方法，其特征在于：每组所述运动支链包括分别与动平台和驱动机构铰接的外围支链；每个所述驱动机构包括电机、与中心定长支链连接的滑槽、丝杆导轨和滑块；所述丝杆导轨设置在滑槽内部，并与电机连接；所述滑块与丝杆导轨螺纹连接，并与外围支链下端铰接；
所述通过控制驱动机构驱动第一组运动支链推动动平台，同时控制另外驱动机构同步驱动另外两组运动支链与第一组运动支链反方向运动，以协调控制驱动机构的方式实现动平台朝第一组运动支链的推动方向微调偏转运动是指：通过控制第一电机驱动丝杆导轨转动以带动第一滑块靠近中心定长支链滑动，使得驱动第一组运动支链的外围支链推动动平台；同时控制另外两个电机驱动丝杆导轨转动以带动第二滑块和第三滑块同步远离中心定长支链滑动，且第二滑块和第三滑块的滑动距离相同，以协调控制三个驱动机构的方式实现动平台朝第一组运动支链的推动方向微调偏转运动。
10.根据权利要求9所述的高精度和高刚度微调平台的微调方法，其特征在于：所述动平台朝第一组运动支链的推动方向微调偏转运动是指：所述动平台沿第二滑槽和第三滑槽之间夹角的角平分线方向微调偏转运动。
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