CN112247920A - 一种大行程的单自由度定位平台 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种大行程的单自由度定位平台，包括柔性铰链、位移输出平台、驱动装置与反馈装置；所述柔性铰链包括至少四个外框与至少八个柔性板；所述位移输出平台设于所述外框内，且于自身外周壁设有至少四个绕自身中心轴线圆周分布的连接工位；各连接工位均通过至少两个所述柔性板与所述外框连接；所述驱动装置的输出端与所述位移输出平台连接；所述驱动装置的固定端与所述外框连接；所述反馈装置安装于所述位移输出平台上，用于反馈所述位移输出平台的行程距离。本申请可以在保证定位平台具备较大工作行程的同时，有效的提高定位平台非运动方向的固有频率和刚度。

Description

一种大行程的单自由度定位平台

技术领域

本申请涉及超精密加工定位平台领域，尤其涉及一种大行程的单自由度定位平台。

背景技术

随着科学技术的不断发展，超精密加工和测量越来越得到人们的重视。同时，在超精密加工的许多领域中，对定位都有做到高精度与高重复性的需求；柔性机构由于在这方面具有突出的优越性被广泛的应用于各种超精密加工和测量的定位中。

目前高精度的定位平台有许多驱动类型，如音圈电机式、压电式和电磁式等，也有多种结构，如平行四边形式、多级放大式等。但是这些定位平台或结构复杂，或很难做到在非运动方向上具备高刚度高固有频率的同时还能具备较大运动范围。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的是提供一种大行程的单自由度定位平台，既能实现一个较大的工作行程，同时在非运动方向上又具有较高的固有频率和刚度。

为达到上述技术目的，本申请提供了一种大行程的单自由度定位平台，包括柔性铰链、位移输出平台、驱动装置与反馈装置；

所述柔性铰链包括至少四个外框与至少八个柔性板；

所述位移输出平台设于所述外框内，且于自身外周壁设有至少四个绕自身中心轴线呈圆周分布的连接工位；

各连接工位均分别通过至少两个所述柔性板与所述外框连接；

所述驱动装置的输出端与所述位移输出平台连接；

所述驱动装置的固定端与所述外框连接；

所述反馈装置安装于所述位移输出平台上，用于反馈所述位移输出平台的行程距离。

优选地，所述反馈装置包括第一垫板、第二垫板、光栅尺读数头与光栅尺尺身；

所述光栅尺尺身安装于所述位移输出平台上；

所述光栅尺读数头安装在所述第二垫板上于所述光栅尺尺身的读数范围内位置；

所述第二垫板通过所述第一垫板与一所述外框固定连接。

优选地，所述位移输出平台具体设置有四个连接工位。

优选地，所述四个连接工位绕所述位移输出平台呈十字型圆周均布。

优选地，所述柔性铰链具体包括四个外框与八个柔性板；

每个所述外框通过两个间隔布置的所述柔性板与所述位移输出平台连接。

优选地，每个所述外框上连接的两所述柔性板分别设置于所述位移输出平台两端部位置。

优选地，所述驱动装置包括电机与线圈固定板；

所述电机通过所述线圈固定板与所述位移输出平台连接。

优选地，所述电机具体为音圈电机。

优选地，还包括刀架；

所述刀架安装于所述位移输出平台上。

优选地，所述刀架与所述驱动装置的输出端分别对应连接于所述位移输出平台对称的两端上。

从以上技术方案可以看出，本申请通过设置包含至少四个外框与至少八个柔性板，并于位移输出平台上设置至少四个绕自身中心轴线圆周分布的连接工位；外框通过柔性板与位移输出平台连接，同时外框的端部与驱动装置的非输出端固定连接，可以在保证定位平台具备较大工作行程的同时，有效的提高定位平台非运动方向的固有频率和刚度，有效的减少定位平台高频往复运动中共振的危害；定位平台上还设置有反馈装置，可以及时将位移输出平台的行程距离反馈至控制系统，方便对位移输出平台输出位置数据与及时作出调整。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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为本申请实施例中提供的一种大行程的单自由度定位平台整体结构示意图；

图2为本申请实施例中提供的一种大行程的单自由度定位平台中柔性铰链结构示意图；

图中：1、柔性铰链；2、电机固定板；3、电机；4、第一垫板；5、第二垫板；6、光栅尺读数头；7、光栅尺尺身；8、刀架；9、柔性板；10、位移输出平台；11、外框。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，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，都属于本申请所要求保护的范围。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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申请实施例和简化描述，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申请实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可更换连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

本申请实施例公开了一种大行程的单自由度定位平台。

请参阅图1至图2，本申请实施例中提供的一种大行程的单自由度定位平台，包括柔性铰链1、位移输出平台10、驱动装置与反馈装置；柔性铰链1包括至少四个外框11与至少八个柔性板9；位移输出平台10设于外框11内，且于自身外周壁设有至少四个绕自身中心轴线圆周均匀分布的连接工位；各连接工位均通过至少两个柔性板9与外框11连接；驱动装置的输出端与位移输出平台10连接；驱动装置的固定端与外框11连接；反馈装置安装于位移输出平台10上，用于反馈位移输出平台10的行程距离。

具体来说，位移输出平台10安装于驱动装置的输出端上，同时外框11固定连接驱动装置的非输出端也即固定端，如在本实施例中，多个外框11连接于同一个固定板上，固定板再与驱动装置的电机外壳连接，以起到驱动装置将驱动力传递给输出平台时，外框11与柔性板9组成的柔性铰链1可以提高定位平台非运动方向的固有频率与刚度的作用；而多对外框11与柔性铰链绕位移输出平台10圆周分布则进一步提高了平台非运动方向的刚度与固有频率。

其中，驱动装置可以是线性电机、音圈电机等；反馈装置可以是电容传感器、激光干涉仪等位置传感器，具体不作限制。

以上为本申请实施例提供的实施例一，以下为本申请提供的实施例二，具体请参阅图1至图2。

一种大行程的单自由度定位平台，包括：柔性铰链1、位移输出平台10、驱动装置与反馈装置；柔性铰链1包括至少四个外框11与至少八个柔性板9；位移输出平台10设于外框11内，且于自身外周壁设有至少四个绕自身中心轴线圆周均匀分布的连接工位；各连接工位均通过至少两个柔性板9与外框11连接；驱动装置的输出端与位移输出平台10连接；驱动装置的固定端与外框11连接；反馈装置安装于位移输出平台10上，用于反馈位移输出平台10的行程距离。

进一步地，在本实施例中，反馈装置为光栅尺，具体包括第一垫板4、第二垫板5、光栅尺读数头6与光栅尺尺身7；光栅尺尺身7安装于位移输出平台10上；光栅尺读数头6安装在第二垫板5上于光栅尺尺身7的读数范围内位置；第二垫板5通过第一垫板4与一外框11固定连接。

具体来说，定位平台包括有至少四个外框，可于每个外框11均设置连接位移输出平台10或刀架8的反馈装置。在本实施例中，反馈装置为一个，其中设置第一垫板4与第二垫板5为方便光栅尺读数头6与外框11固定连接，实际操作中也可以使用仅一块垫板，具体使得光栅尺读数头6可固定安装于外框11上即可；光栅尺尺身7通过数据线实时将刀架8的行程距离传递给控制器。

进一步地，在本实施例中，位移输出平台10具体设置有四个连接工位。四个连接工位绕所述位移输出平台呈十字型圆周均布。每个外框11通过两个间隔布置的柔性板9与位移输出平台10连接。每个外框11上连接的两柔性板9分别设置于位移输出平台10两端部位置。

具体来说，请参阅下表一，仅设置两个连接工位并绕位移输出平台10呈一字型分布的各方向频率情况与本实施中四个连接工位并绕位移输出平台10呈圆周十字形对称分布的各方向频率情况的模拟数据对比：

表一

请参与图2，图2中箭头所指方向则为位移输出平台10的水平运动方向；通过表一的模拟对比数据可以看出本实施例中四个连接工位绕位移输出平台10呈圆周十字形对称分布的十字型柔性铰链的垂直运动方向，也即非运动方向上的固有频率有相比于仅两连接工位呈一字型的情况下，固有频率有显著性的提高。

具体来说，在本实施例中，共包括四个外框11与八个柔性板9，每个外框11连接有设置于靠近位移输出平台10两端部的两柔性板9；实际应用中，还可以通过增加柔性板的数量进一步增加系统的刚度和固有频率。

进一步地，驱动装置包括电机3与线圈固定板2；电机3通过线圈固定板2与位移输出平台10连接。

进一步地，在本实施例中，电机3具体为音圈电机。

进一步地，刀架8与驱动装置的输出端分别对应连接于位移输出平台10对称的两端上。

需要说明的是，以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实例对本申请进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实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，但是凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种大行程的单自由度定位平台，其特征在于，包括柔性铰链、位移输出平台、驱动装置与反馈装置；

所述柔性铰链包括至少四个外框与至少八个柔性板；

所述位移输出平台设于所述外框内，且于自身外周壁设有至少四个绕自身中心轴线呈圆周分布的连接工位；

各连接工位均分别通过至少两个所述柔性板与所述外框连接；

所述驱动装置的输出端与所述位移输出平台连接；

所述驱动装置的固定端与所述外框连接；

所述反馈装置安装于所述位移输出平台上，用于反馈所述位移输出平台的行程距离。

2.根据权利要求1所述的大行程的单自由度定位平台，其特征在于，所述位移输出平台具体设置有四个连接工位；

所述柔性铰链具体包括四个外框与八个柔性板；

所述四个连接工位绕所述位移输出平台呈十字型圆周均布。

3.根据权利要求2所述的大行程的单自由度定位平台，其特征在于，每个所述外框上连接的两所述柔性板分别设置于所述位移输出平台两端部位置。

4.根据权利要求1所述的大行程的单自由度定位平台，其特征在于，所述反馈装置包括第一垫板、第二垫板、光栅尺读数头与光栅尺尺身；

所述光栅尺尺身安装于所述位移输出平台上；

所述光栅尺读数头安装在所述第二垫板上于所述光栅尺尺身的读数范围内位置；

所述第二垫板通过所述第一垫板与一所述外框固定连接。

5.根据权利要求1所述的大行程的单自由度定位平台，其特征在于，所述驱动装置包括电机与线圈固定板；

所述电机通过所述线圈固定板与所述位移输出平台连接。

6.根据权利要求5所述的大行程的单自由度定位平台，其特征在于，所述电机具体为音圈电机或直线电机。

7.根据权利要求1所述的大行程的单自由度定位平台，其特征在于，还包括刀架；

所述刀架安装于所述位移输出平台上。

8.根据权利要求1所述的大行程的单自由度定位平台，其特征在于，所述刀架与所述驱动装置的输出端分别对应连接于所述位移输出平台对称的两端上。

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