CN112653286A - 一种并联式二自由度电磁驱动柔性运动台 - Google Patents

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王少鑫
方超
沙巍
王玉坤
王智
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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Abstract

本发明公开了一种并联式二自由度电磁驱动柔性运动台，该运动台包括二维并联柔性导向机构，所述二维并联柔性导向机构具有固定平台、运动平台、过渡板、数个刚性杆和数个柔性铰链，所述柔性铰链分别位于所述刚性杆的两端，所述刚性杆通过柔性铰链分别垂直固定于固定平台、运动平台和过渡板上，还包括线圈组件和永磁铁组件，所述线圈组件和永磁铁组件分别通过连接副与所述二维并联柔性导向机构相连接；所述运动平台通过所述线圈组件和永磁铁组件配合形成非接触式驱动；本发明采用的驱动方式为电磁力驱动，利用通电线圈和永磁铁组之间的安培力进行非接触式驱动，发挥了现有技术不产生寄生误差和承载大的优点，还避免了两个自由度驱动器之间的耦合。

Description

一种并联式二自由度电磁驱动柔性运动台
技术领域
本发明涉及精密运动定位技术领域，尤其涉及一种并联式二自由度电磁驱动柔性运动台。
背景技术
二自由度精密转台是一种复杂的集光机电一体的现代化设备，在汽车、船舶、航空、航天领域中进行半实物仿真和测试，能够模拟各种姿态角运动，复现其运动时的各种动力学特性，对飞行控制系统以及相应器件的性能进行反复测试，获得充分的试验数据，并根据数据对系统进行重新设计和改进，达到产品总体设计的性能指标要求，其在发动机、船舶、飞行器等领域的研制中发挥至关重要的作用。
中国发明专利(公开号：CN104742046A)公开一种二维并联柔性导向机构，该并联柔性机构具有两个自由度导向的能力，且在导向的过程中没有寄生误差。
然而，在实际应用中该机构遇到了较大的问题：由于该机构在使用时需要驱动器直接作用在运动平台上来实现两个自由度的运动，从而导致该机构与现有的直线驱动器(如：压电陶瓷，音圈电机，精密螺杆等)结合使用时，会在两个自由度的驱动器之间产生耦合或干涉，并且需要引入额外的导向机构来避免这种耦合或干涉，但是这样会使系统变得复杂，该机构的优势就会大打折扣。
因此，采用一种新的驱动方式避免上述问题、且使该机构优势得到进一步的发挥就变得至关重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种并联式二自由度电磁驱动柔性运动台，利用非接触式的驱动方式，解决现有技术在实际应用过程中会在两个自由度的驱动器之间出现耦合或干涉的技术问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明的一种并联式二自由度电磁驱动柔性运动台，该运动台包括二维并联柔性导向机构，所述二维并联柔性导向机构具有固定平台、运动平台、过渡板、数个刚性杆和数个柔性铰链，所述柔性铰链分别位于所述刚性杆的两端，所述刚性杆通过所述柔性铰链分别垂直固定于所述固定平台、运动平台和过渡板上，还包括：
线圈组件，所述线圈组件通过连接副与所述二维并联柔性导向机构相连接；
永磁铁组件，所述永磁铁组件通过连接副与所述二维并联柔性导向机构相连接；
所述运动平台通过所述线圈组件和永磁铁组件配合形成非接触式驱动。
所述线圈组件包括数个线圈支架和数个线圈；
所述线圈固定安装在所述线圈支架上。
所述永磁铁组件包括数个永磁铁对和数个永磁铁支架；
所述永磁铁对固定安装在永磁铁支架上；
所述永磁铁对具有两块相对的永磁铁、且两块永磁铁的相对面极性相反。
所述线圈部分处于所述永磁铁对构成的匀强磁场内、且所述磁场内线圈的法向与运动自由度同向。
在上述技术方案中，本发明提供的一种并联式二自由度电磁驱动柔性运动台，具有以下有益效果：
本发明采用的驱动方式为电磁力驱动，利用通电线圈和永磁铁组之间的安培力进行非接触式驱动，不仅发挥了现有技术不产生寄生误差和承载大的优点，而且还避免了两个自由度驱动器之间的耦合，大大增强了现有技术的可实施性。
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中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种并联式二自由度电磁驱动柔性运动台的结构示意图；
图2为本发明提供的一种并联式二自由度电磁驱动柔性运动台的结构示意图；
图3为本发明提供的一种并联式二自由度电磁驱动柔性运动台中永磁铁组件的结构示意图；
图4为本发明提供的一种并联式二自由度电磁驱动柔性运动台中线圈组件的结构示意图；
图5为本发明提供的一种并联式二自由度电磁驱动柔性运动台的电磁驱动原理示意图；
图6为本发明提供的一种并联式二自由度电磁驱动柔性运动台中在每个运动自由度上采用两组线圈组件和永磁铁组件进行驱动的结构示意图；
图7为本发明提供的一种并联式二自由度电磁驱动柔性运动台中在每个运动自由度上采用两组线圈组件和永磁铁组件进行驱动的平面结构示意图。
附图标记说明：
1、二维并联柔性导向机构；2、线圈组件；3、永磁铁组件；
11、固定平台；12、运动平台；13、过渡板；14、数个刚性杆；15、柔性铰链；
21、线圈支架；22、数个线圈；
31、永磁铁对；32、永磁铁支架。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
参见图1～图7所示；
本发明的一种并联式二自由度电磁驱动柔性运动台，该运动台包括二维并联柔性导向机构1，二维并联柔性导向机构1具有固定平台11、运动平台12、过渡板13、数个刚性杆14和数个柔性铰链15，柔性铰链15分别位于刚性杆14的两端，刚性杆14通过柔性铰链15分别垂直固定于固定平台11、运动平台12和过渡板13上，还包括：
线圈组件2，线圈组件2通过连接副与二维并联柔性导向机构1相连接；
永磁铁组件3，永磁铁组件3通过连接副与二维并联柔性导向机构1相连接；
运动平台12通过线圈组件2和永磁铁组件3配合形成非接触式驱动。
具体的，线圈组件2通电形成电流，永磁铁组件3形成磁场，线圈组件2与永磁铁组件3之间的安培力可以对运动平台12进行非接触式驱动。
线圈组件2包括数个线圈支架21和数个线圈22；
线圈22固定安装在线圈支架21上。
永磁铁组件3包括数个永磁铁对31和数个永磁铁支架32；
永磁铁对31固定安装在永磁铁支架32上；
永磁铁对31具有两块相对的永磁铁、且两块永磁铁的相对面极性相反。
线圈22部分处于永磁铁对31构成的匀强磁场内、且磁场内线圈22的法向与运动自由度同向。
每个运动自由度上均有一套线圈组件2和永磁铁组件3、且线圈组件2和永磁铁组件3成对出现；
具体的，当线圈22内有电流通过时，线圈22处于永磁铁对31构成的均匀磁场内的部分就会受到安培力的作用，永磁铁对31也会受到大小相同、方向相反的力，最终推动运动平台12运动起来。
当线圈组件2固定安装在运动平台12上时，永磁铁组件3固定安装在固定平台11上；
当线圈组件2固定安装在固定平台11上时，永磁铁组件3固定安装在运动平台12上；
线圈组件2与永磁铁组件3不能同时固定在运动平台12或固定平台11上。
实施例一，参见图1～图5所示；
线圈组件2的线圈支架21通过连接副与二维并联柔性导向机构1的固定平台12相连，永磁铁组件3的永磁铁支架32通过连接副与二维并联柔性导向机构1的运动平台12相连；
线圈22与线圈支架21粘合固定；
永磁铁对31与永磁铁支架32粘合固定；
线圈22的一部分要处于永磁铁对31构成的磁场内；
所述处于永磁铁对31构成的匀强磁场内的线圈22的法向要与所需的运动自由度同向。
实施例二，参见图6～图7所示；
本实施例与实施例一的区别在于每个运动自由度上各有两组线圈组件2和永磁铁组件3，这样可以提高并联式二自由度电磁驱动柔性运动台的行程及动态性能；
每个运动自由度上的两组线圈组件2和永磁铁组件3相对安装，处于永磁铁对31构成的匀强磁场内的两组线圈22的法向要与所需的运动自由度同向；
同一运动自由度上两个永磁铁对31间的磁场方向可以相同，也可不同，只需线圈22内电流与磁场方向匹配，保证电磁力方向相同即可。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (4)

1.一种并联式二自由度电磁驱动柔性运动台，该运动台包括二维并联柔性导向机构(1)，所述二维并联柔性导向机构(1)具有固定平台(11)、运动平台(12)、过渡板(13)、数个刚性杆(14)和数个柔性铰链(15)，所述柔性铰链(15)分别位于所述刚性杆(14)的两端，所述刚性杆(14)通过所述柔性铰链(15)分别垂直固定于所述固定平台(11)、运动平台(12)和过渡板(13)上，其特征在于，还包括：
线圈组件(2)，所述线圈组件(2)通过连接副与所述二维并联柔性导向机构(1)相连接；
永磁铁组件(3)，所述永磁铁组件(3)通过连接副与所述二维并联柔性导向机构(1)相连接；
所述运动平台(12)通过所述线圈组件(2)和永磁铁组件(3)配合形成非接触式驱动。
2.根据权利要求1所述的一种并联式二自由度电磁驱动柔性运动台，其特征在于：
所述线圈组件(2)包括数个线圈支架(21)和数个线圈(22)；
所述线圈(22)固定安装在所述线圈支架(21)上。
3.根据权利要求1所述的一种并联式二自由度电磁驱动柔性运动台，其特征在于：
所述永磁铁组件(3)包括数个永磁铁对(31)和数个永磁铁支架(32)；
所述永磁铁对(31)固定安装在永磁铁支架(32)上；
所述永磁铁对(31)具有两块相对的永磁铁、且两块永磁铁的相对面极性相反。
4.根据权利要求3所述的一种并联式二自由度电磁驱动柔性运动台，其特征在于：
所述线圈(22)部分处于所述永磁铁对(31)构成的匀强磁场内、且所述磁场内线圈(22)的法向与运动自由度同向。
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