CN114770448B - 一种过驱动并联型精密柔性差动转台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种过驱动并联型精密柔性差动转台，包括：基体、动子、连杆、第一铰链、第一导向机构、第二铰链和驱动机构。所述基体的上表面和侧壁上分别具有相互垂直连通的安装槽、凹槽。所述动子位于安装槽中，所述连杆为倒“L”型结构，其位于所述凹槽中，且所述连杆的上、下端分别与动子、第一铰链连接。所述第一铰链、第一导向机构、第二铰链和驱动机构从上到下依次连接，且所述第一铰链、第一导向机构、第二铰链和驱动机构均位于基体侧壁上的凹槽中。所述第一铰链和第二铰链均为圆形铰链，且这两个圆形铰链的弯曲方向彼此正交。本发明的转台借助结构改进设计实现了运动的精确输出，很好地克服了现有的一些机构无法实现极限精度的问题。
Description
技术领域
本发明涉及精密调节技术领域，具体涉及一种过驱动并联型精密柔性差动转台。
背景技术
本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
随着纳米技术的发展，物理、化学、生物等自然科学的研究领域和视野得到了有力的拓宽，甚至催生新的学科。尤其是进入21世纪以来，纳米技术的飞速发展极大地提高了人们对微观世界的认知水平，并在此基础上产生了可以支持人类在微观尺度下探究物质原理的技术手段，并为微电子信息产业在后摩尔时代的新突破，国防航空航天领域装备制造在尺度、精度和速度上的提升，微纳制造装备的革新带来发展机遇。
专利文献CN106286761B提出了一种差动机构式三轴转台，包括机座、俯仰部件组、差动机构部件组。专利文献CN214135108U提出了一种直驱式精密转台装置，包括转台机体、底座组件、轴承座组件和转盘。然而，本发明人发现，现有公开文献披露出的结构主要是通过传统传动机构实现输出位移运动的传递。在实际应用过程中，虽然该方式可以显著提高平台的输出位移行程，但平台运动部分的运动性能远远超过由驱动器和致动器等计算得到的理论性能 ，在具有极限精度要求下，很难满足要求。
发明内容
本发明提供一种过驱动并联型精密柔性差动转台，该转台借助结构改进设计实现了运动的精确输出，很好地克服了现有的一些机构无法实现极限精度的问题。为实现上述目的，本发明公开如下所示技术方案。
一种过驱动并联型精密柔性差动转台，包括：基体、动子、连杆、第一铰链、第一导向机构、第二铰链和驱动机构。其中，所述基体的上表面和侧壁上分别具有相互垂直连通的安装槽、凹槽，所述凹槽至少为两条，其对称分布在所述基体的侧壁上。所述动子位于安装槽中，所述连杆为倒“L”型结构，其位于所述凹槽中，且所述连杆的上、下端分别与动子、第一铰链连接。所述第一铰链、第一导向机构、第二铰链和驱动机构从上到下依次连接，且所述第一铰链、第一导向机构、第二铰链和驱动机构均位于基体侧壁上的凹槽中。所述第一铰链和第二铰链均为圆形铰链，且这两个圆形铰链的弯曲方向彼此正交，即第一铰链的弯曲面朝向凹槽的侧壁，而第二铰链均的弯曲面朝向凹槽的槽口。
进一步地，所述第一导向机构包括上连接柱、下连接柱、上柔性梁、下柔性梁和刚性杆。其中，所述上连接柱与第一铰链连接，所述下连接柱与第二铰链连接。所述上柔性梁水平连接在上连接柱的下端，所述下柔性梁水平连接在下连接柱的上端。所述上柔性梁、下柔性梁的两端均通过所述刚性杆连接。
进一步地，所述上柔性梁、下柔性梁的材质包括塑料、橡胶等中的任一种。
进一步地，所述第二铰链和驱动机构之间通过连接座连接。
进一步地，所述连接座的底面上具有限位槽，所述驱动机构的顶端位于所述限位槽中，以防止所述驱动机构推动连接座时发生偏移，影响精度。
进一步地，所述连接座的两侧壁与凹槽的侧壁之间均通过第二导向机构连接。
进一步地，所述第二导向机构为柔性条，其两端分别与连接座的侧壁、凹槽的侧壁连接。可选地，所述柔性条的材质包括塑料、橡胶等中的任意一种。
进一步地，沿着所述凹槽的高度方向设置有多层所述第二导向机构。
进一步地，所述驱动机构包括驱动杆和基座。其中，所述基座固定在凹槽的底面上，所述驱动杆的下端固定在基座上，驱动杆的上端抵接在所述第二铰链或者连接座上。
进一步地，所述驱动杆的材质为压电陶瓷。优选地，该驱动杆通过导线和控制器连接，以便于通过控制器控制输入压电陶瓷驱动杆的电量，进而控制驱动杆的伸缩量，实现不同的位移量的精确输出，实现动态调节。
进一步地，所述基座为螺栓，其下端螺纹连接在所述凹槽的底面上，上端与所述驱动杆的下端固定连接。
进一步地，所述安装槽为圆形结构，所述动子为圆盘形结构，且两者之间具有间隙，以便于动子在安装槽中转动。优选地，所述安装槽还可以为通孔，所述连杆与动子连接后可使动子悬在所述通孔中。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明示例的过驱动并联型精密柔性差动转台通过多组连杆配合其驱动机构引入过驱动并联结构的设计，可以在动子周向引入转动驱动力，在转台使用过程中借助该驱动力可实现动子绕水平面内两个正交轴的精密差动运动，同时借助弯曲方向彼此正交的第一铰链和第二铰链实现驱动过程中的运动学解耦设计，该过程是通过机械形式实现的具有稳定可调节的特点，提高了精密转台使用过程中的精度性能。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是实施例中过驱动并联型精密柔性差动转台的结构示意图。
图2是实施例中第一导向机构、第二导向机构的结构示意图。
上述附图中，数字标记分别代表：1-基体、101-安装槽、102-凹槽；2-动子；3-连杆；4-第一铰链；5-第一导向机构、501-上连接柱、502-下连接柱、503-上柔性梁、504-下柔性梁、505-刚性杆；6-第二铰链；7-连接座；8-第二导向机构；9-驱动杆；10-基座。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件需要具有特定的方位，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。现结合说明书附图和具体实施例对本发明提出的探头空间位姿精密调节装置进一步说明。
参考图1和图2，示例一种过驱动并联型精密柔性差动转台，包括：基体1、动子2、连杆3、第一铰链4、第一导向机构5、第二铰链6和驱动机构。其中：
所述基体1为立方体箱式结构，其上表面上具有圆形的安装槽101，所述动子2为圆盘形结构，其位于所述安装槽101中，且动子2的下表面、侧壁与安装槽101之间均具有间隙，以便于动子在安装槽101中翻转一定角度。在更佳的实施方式中，所述安装槽101为通孔，所述连杆3与动子2连接后可使动子2悬在所述通孔中。
所述基体1的上表面和侧壁上还具有倒“L”形的凹槽102，其横向部分分布在基体1的上表面上，竖向部分分布在基体1的侧壁上。在本实施例中，所述凹槽102为四条，其竖向部分分别分布在基体1的四个侧壁上。所述凹槽102既可以为与基体1的内腔连通形成的凹槽，也可以不连通，即仅仅开设在基体1外表面上的凹槽，其主要作用是容纳所述连杆3、第一铰链4、第一导向机构5、第二铰链6、驱动机构等部件，实现动子的位移的精密输出与解耦。
对应地，所述连杆3为倒“L”型结构，其位于所述凹槽102中，且所述连杆3的上、下端分别与动子2、第一铰链4连接。其中：所述第一铰链4、第一导向机构5、第二铰链6和驱动机构竖排排布在基体1侧壁上的凹槽102中，且从上到下依次连接。具体地，所述第一铰链4、第一导向机构5、第二铰链6、驱动机构的结构关系如下所述。
所述第一铰链4和第二铰链6均为圆形铰链，且这两个圆形铰链的弯曲方向彼此正交，即第一铰链4的弯曲面朝向凹槽102的侧壁，而第二铰链6均的弯曲面朝向凹槽102的槽口，从而既可以实现作用力的传递，又可以实现作用力的解耦，克服了在进行动子2的调剂时，相邻凹槽102中的连杆3产生冲突而无法调节的问题。
参考图2，所述第一导向机构5包括：上连接柱501、下连接柱502、上柔性梁503、下柔性梁504和刚性杆505。其中，所述上连接柱501、下连接柱502、刚性杆505均为金属材质，如钢材、铝合金等。所述上柔性梁503、下柔性梁504均为柔性材质，如塑料、橡胶等。
所述上连接柱501的上端与第一铰链4连接，所述下连接柱502的下端与第二铰链6连接。所述上柔性梁503水平连接在上连接柱501的下端，且上连接柱501的两侧均分布有两条上柔性梁503。所述下柔性梁504水平连接在下连接柱502的上端，同样地，所述下连接柱502的两侧均分布有两条下柔性梁504。同一侧的所述上柔性梁503、下柔性梁504的的端部通过所述刚性杆505连接。
所述第二铰链6与驱动机构连接。具体地，所述驱动机构包括：驱动杆9和基座10。其中：所述基座10固定在凹槽102的底面上，所述驱动杆9的下端固定在基座10上，驱动杆9的上端抵接在所述第二铰链6上。所述驱动杆9的材质为压电陶瓷，其通过导线和控制器连接，以便于通过控制器控制输入压电陶瓷驱动杆的电量，进而控制驱动杆的伸缩量，实现不同的位移量的精确输出，实现动态调节。
以图1中左壁面上的调节过程为例说明本实施例的转台的使用方法和结构特点，具体如下：在使用时，通过所述驱动杆9的伸长驱动所述第二铰链6向上运动，并传递作用力依次通过第一导向机构5、第一铰链4、连杆3，进而驱动所述动子2顺时针翻转一定角度（由所述驱动杆9的伸长量决定），此时，基体1的右侧壁上的连杆3向下运动，作用力通过第一铰链4、第一导向机构5依次传递到第二铰链6上。而由于第二铰链6的特点，此时第二铰链6的上部分以铰接处为转轴，通过发生一定程度的翻转来接纳连杆3向下运动带来的位移量，避免了由于驱动杆9的限制而阻碍连杆3向下运动的问题。同时，也避免了连杆3向凹槽102内翘起（产生扭转）而会掰扯驱动杆9的问题，从而巧妙地实现了运动的解耦。
同时，在上述的运行过程中，所述基体1的前后侧壁上的连杆3也会随动子2发生顺时针的旋转，表现为动子2的作部分向上翘起，右部分向下翘起。此时，由于所述第一铰链4的设计特点，第一铰链4的上部分以铰接处为轴顺时针转动接纳连杆3的上述的运动带来的位移，而不会将上述运动继续向下传递到其他部件上造成不利影响，完成运动的再次解耦。
同时，在上述过程中，所述第一导向机构5的设计使第一铰链4与第二铰链6之间呈柔性传递的特点，在连杆3向下运动且产生一定扭转的运动状态下，所述第一导向机构5利用其自身的可变性特点吸收连杆3的扭转位移量，有效克服了连杆3的扭转而造成第一铰链4与第二铰链6相互牵制而影响调节的问题，进而避免了。
参考图1和图2，在另一实施例中，上述的过驱动并联型精密柔性差动转台中，所述第二铰链6和驱动机构之间通过连接座7连接。所述驱动杆9的上端抵接在所述连接座7的下表面上。所述连接座7既便于第二铰链6的连接固定，也便于驱动杆9设置第二导向机构8连。
在另一实施例中，所述连接座7的底面上具有限位槽，所述驱动机构的顶端位于所述限位槽中，以防止所述驱动机构他推动连接座7时发生偏移，影响精度。
在另一实施例中，上述的过驱动并联型精密柔性差动转台中，所述连接座7的两侧壁与凹槽102的侧壁之间均通过第二导向机构8连接。具体地，参考图1或图2，所述第二导向机构8为柔性条，其两端分别与连接座7的侧壁、凹槽102的侧壁连接。所述柔性条的材质为塑料、橡胶或其他任意适合的材质。沿着所述凹槽102的高度方向可以根据需要设置有多层所述第二导向机构8。例如，在本实施例中，所述连接座7的两侧壁上均分布有四条所述柔性条。所述第二导向机构8的主要作用是约束所述连接座7发生扭转，进而将这种扭转传递到下方的驱动杆9上，影响调节精度甚至损坏驱动杆9。而通过所述第二导向机构8可以很好地消除上述的扭转位移，克服上述问题。
最后，需要说明的是，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (12)
1.一种过驱动并联型精密柔性差动转台，其中，包括：
基体，所述基体的上表面和侧壁上分别具有相互垂直连通的安装槽、凹槽，所述凹槽至少为两条，其对称分布在所述基体的侧壁上；
动子，所述动子位于安装槽中，且两者之间具有间隙
连杆，所述连杆为倒“L”型结构，其位于所述凹槽中，且所述连杆的上、下端分别与动子、第一铰链连接；以及
第一铰链，第一导向机构、第二铰链和驱动机构，所述第一铰链、第一导向机构、第二铰链和驱动机构从上到下依次连接，且所述第一铰链、第一导向机构、第二铰链和驱动机构均位于基体侧壁上的凹槽中；
所述第一铰链和第二铰链均为圆形铰链，且这两个圆形铰链的弯曲方向彼此正交，即第一铰链的弯曲面朝向凹槽的侧壁，而第二铰链均的弯曲面朝向凹槽的槽口；
所述第一导向机构包括：上连接柱、下连接柱、上柔性梁、下柔性梁和刚性杆；其中，所述上连接柱与第一铰链连接，所述下连接柱与第二铰链连接；所述上柔性梁水平连接在上连接柱的下端，所述下柔性梁水平连接在下连接柱的上端；所述上柔性梁、下柔性梁的两端均通过所述刚性杆连接；所述上柔性梁、下柔性梁材质包括塑料、橡胶中的任一种。
2.根据权利要求1所述的过驱动并联型精密柔性差动转台，其特征在于，所述第二铰链和驱动机构之间通过连接座连接。
3.根据权利要求2所述的过驱动并联型精密柔性差动转台，其特征在于，所述连接座的底面上具有限位槽，所述驱动机构的顶端位于所述限位槽中。
4.根据权利要求2所述的过驱动并联型精密柔性差动转台，其特征在于，所述连接座的两侧壁与凹槽的侧壁之间均通过第二导向机构连接。
5.根据权利要求4所述的过驱动并联型精密柔性差动转台，其特征在于，所述第二导向机构为柔性条，其两端分别与连接座的侧壁、凹槽的侧壁连接。
6.根据权利要求5所述的过驱动并联型精密柔性差动转台，其特征在于，所述柔性条的材质包括塑料、橡胶中的任意一种。
7.根据权利要求5所述的过驱动并联型精密柔性差动转台，其特征在于，沿着所述凹槽的高度方向设置有多层所述第二导向机构。
8.根据权利要求1-7任一项所述的过驱动并联型精密柔性差动转台，其特征在于，所述驱动机构包括驱动杆和基座；其中，所述基座固定在凹槽的底面上，所述驱动杆的下端固定在基座上，驱动杆的上端抵接在所述第二铰链或者连接座上。
9.根据权利要求8所述的过驱动并联型精密柔性差动转台，其特征在于，所述驱动杆的材质为压电陶瓷。
10.根据权利要求8所述的过驱动并联型精密柔性差动转台，其特征在于，所述驱动杆和控制器连接。
11.根据权利要求8所述的过驱动并联型精密柔性差动转台，其特征在于，所述基座为螺栓，其下端螺纹连接在所述凹槽的底面上，上端与所述驱动杆的下端固定连接。
12.根据权利要求1-7任一项所述的过驱动并联型精密柔性差动转台，其特征在于，所述安装槽为圆形结构，所述动子为圆盘形结构，且两者之间具有间隙；或者所述安装槽为通孔。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 276800 Room 101, floor 1, building 15, new generation information technology industrial park, high tech Zone, Rizhao City, Shandong Province Applicant after: Ami Precision Control Technology (Shandong) Co.,Ltd. Address before: 276800 Room 101, floor 1, building 15, new generation information technology industrial park, high tech Zone, Rizhao City, Shandong Province Applicant before: Rizhao AMI Precision Control Technology Co.,Ltd. |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: An Overdrive Parallel Precision Flexible Differential Turntable Granted publication date: 20231103 Pledgee: Qilu Bank Co.,Ltd. Rizhao Branch Pledgor: Ami Precision Control Technology (Shandong) Co.,Ltd. Registration number: Y2024980003192 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |