CN115194737A - 差动式六自由度并联微动平台 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种差动式六自由度并联微动平台，包括上平台、上柔性铰链、单足位移促动器、下柔性铰链和下平台，单足位移促动器与上柔性铰链和下柔性铰链通过螺钉连接，在上平台与下平台上形成上平台安装面与下平台安装面，单足位移促动器的一端通过上柔性铰链与上平台安装面连接，另一端通过下柔性铰链与下平台安装面连接；通过驱动件的内表面与外表面螺纹的螺距不相同，使其在运动的过程中形成差动，有效的提高微动平台的精度；通过省略压电陶瓷或是行星滚珠丝杠，采用螺纹丝杠使整体的成本更低。
Description
技术领域
本发明涉及微位移系统技术领域，特别涉及一种差动式六自由度并联微动平台。
背景技术
高分辨率、高精度微位移系统是直接影响精密和超精密加工水平、精密测量水平及超大规模集成电路生产水平的关键系统，在近代尖端工业生产和科学研究领域内占据极其重要的地位，精密微位移系统的各项技术指标是各国技术发展水平的重要标志；近年来，面向生物工程、医学工程以及微加工等领域的微操作机器人技术受到国内外的广泛关注，因为高速的发展速度，已被应用于实现细胞的注射和分割，微机电产品的加工和装配、微外科手术等领域，为此，要求微操作机器人具有摩擦小、无间隙、响应快、结构紧凑、刚性高以及误差积累小等特点，所以如何有效的提高微动平台精度，降低微位移平台的成本是目前本领域技术人员需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服已有技术的缺陷，提出一种差动式六自由度并联微动平台，能够提高调节的精度，相对于传统的六自由度并联微动平台成本更低。
为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：
本发明提供的一种差动式六自由度并联微动平台，包括上平台、上柔性铰链、单足位移促动器、下柔性铰链和下平台，单足位移促动器与上柔性铰链和下柔性铰链通过螺钉连接，在上平台与下平台上形成上平台安装面与下平台安装面，单足位移促动器的一端通过上柔性铰链与上平台安装面连接，另一端通过下柔性铰链与下平台安装面连接；
单足位移促动器包括伺服电机、谐波减速器、滚珠花键轴、轴承、花键母、驱动件、螺纹丝杠和套筒，伺服电机的输出轴与谐波减速器中的波发生器连接，谐波减速器中的柔轮通过减速器连接件与滚珠花键轴的一端相连接，滚珠花键轴的另一端与花键母相互配合，轴承与滚珠花键轴配合，在驱动件的内表面与外表面开设有螺纹形成内表面螺纹与外表面螺纹，内表面螺纹的螺距与外表面螺纹的螺距不同，驱动件的一端与花键母连接，驱动件的另一端的内表面与螺纹丝杠配合，在套筒的内侧开设有内侧螺纹，套筒固定在驱动件的外侧，外表面螺纹与内侧螺纹相配合；
当波发生器发生转动时，带动柔轮转动，从而带动滚珠花键轴转动，滚珠花键轴带动花键母转动，花键母带动驱动件转动，驱动件相对于套筒向上运动，螺纹丝杠相对于驱动件向下运动，因螺距不同从而形成差动。
优选地，单足位移促动器还包括电机法兰、电机套筒、减速器法兰和轴承套筒，电机套筒固定在伺服电机的外侧，电机套筒的一端与电机法兰固定连接，另一端与下柔性铰链固定连接，用于固定谐波减速器的减速器法兰与电机法兰固定连接，轴承套筒与减速器法兰固定连接。
优选地，单足位移促动器的数量至少为三个并且均匀分布在上平台与下平台之间。
优选地，轴承选用双列深沟球轴承、双列角接触球轴承、双联角接触球轴承或双列圆锥滚子轴承；轴承的内圈的一端通过滚珠花键轴的轴肩进行定位，内圈的另一端通过螺母定位，轴承的外圈靠近谐波减速器的一端通过第一轴承垫片定位，外圈的另一端通过第二轴承垫片定位。
优选地，上平台安装面与上平台的台面保持倾斜，下平台安装面与下平台的台面保持倾斜。
优选地，上平台与下平台的形状可以为圆形、椭圆形或多边形，上平台的尺寸小于下平台的尺寸。
优选地，花键母为滚珠花键母。
本发明能够取得如下技术效果：
1、通过驱动件的内表面与外表面螺纹的螺距不相同，使其在运动的过程中形成差动，有效的提高微动平台的精度。
2、通过省略压电陶瓷或是行星滚珠丝杠，采用螺纹丝杠使整体的成本更低。
附图说明
图1是根据本发明实施例提供的差动式六自由度并联微动平台的结构示意图。
图2是根据本发明实施例提供的单足位移促动器的结构剖视图。
图3是根据本发明实施例提供的上柔性铰链的结构示意图。
图4是根据本发明实施例提供的下柔性铰链的结构示意图。
图5是根据本发明实施例提供的上平台的结构示意图。
图6是根据本发明实施例提供的下平台的结构示意图。
其中的附图标记包括：上平台1、上平台安装面1-1、上柔性铰链2、上柔性铰链下转轴2-1、上柔性铰链上转轴2-2、单足位移促动器3、伺服电机3-1、电机套筒3-2、电机法兰3-3、减速器法兰3-4、谐波减速器3-5、减速器连接件3-6、滚珠花键轴3-8、轴承3-8、第一轴承垫片3-9、轴承套筒3-10、第二轴承垫片3-11、花键母3-12、驱动件3-13、套筒3-14、螺纹丝杠3-15、下柔性铰链4、下柔性铰链下转轴4-1、下柔性铰链上转轴4-2、下平台5、下平台安装面5-1。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
图1示出了本发明实施例提供的差动式六自由度并联微动平台的结构。
如图1所示，本发明实施例提供的一种差动式六自由度并联微动平台，包括上平台1、上柔性铰链2、单足位移促动器3、下柔性铰链4和下平台5，单足位移促动器3通过上柔性铰链2与下柔性铰链4连接上平台1与下平台5，单足位移促动器3靠近上平台1的一端通过上柔性铰链2连接上平台1，单足位移促动器3靠近下平台5的一端通过下柔性铰链4连接下平台5；单足位移促动器3在上平台1与下平台5之间采用垂线倾斜设置，其中上平台1和下平台5保持相对平行。
图2示出了本发明实施例提供的单足位移促动器3的结构。
如图2所示，单足位移促动器3还包括伺服电机3-1、谐波减速器3-5、滚珠花键轴3-7、轴承3-8、花键母3-12、驱动件3-13、螺纹丝杠3-15和套筒3-14，谐波减速器3-5中的波发生器与伺服电机3-1的输出轴相互连接，滚珠花键轴3-7与谐波减速器3-5中的柔轮连接，滚珠花键轴3-7的一端与谐波减速器3-5通过减速器连接件3-6相互连接，另一端与花键母3-12配合，轴承3-8与滚珠花键轴3-7相互配合，轴承3-8选用双列深沟球轴承，其目的是保证谐波减速器3-5中的柔轮不受额外的是轴向力。轴承3-8的内圈的一端通过滚珠花键轴3-7的轴肩定位，另一端由螺母定位，轴承3-8的外圈靠近谐波减速器3-5的一端通过第一轴承垫片3-9定位，外圈的另一端通过第二轴承垫片3-11定位。驱动件3-13与花键母3-12连接，螺纹丝杠3-15在驱动件3-13靠近上柔性铰链2侧与驱动件3-13相互配合，套筒3-14固定在驱动件3-13的外侧；套筒3-14的内表面开设有右旋螺纹，在驱动件3-13上开设有与套筒3-14的内表面螺纹相互配合的右旋螺纹。
其中，单足位移促动器3还包括电机法兰3-3、电机套筒3-2、减速器法兰3-4和轴承套筒3-10，电机套筒3-2固定在伺服电机3-1外侧并与伺服电机3-1留有间隙，电机套筒3-2一端与下柔性铰链4固定连接，另一端与电机法兰3-3固定连接，用于固定谐波减速器3-5的减速器法兰3-4与电机法兰3-3固定连接，轴承套筒3-10与减速器法兰3-4固定连接。
其中，花键母3-12为滚珠花键母。
当伺服电机3-1驱动谐波减速器3-5中的波发生器转动，带动谐波减速器3-5中的柔轮转动，从而带动滚珠花键轴3-7转动，滚珠花键轴3-7将转矩传递给的花键母3-12，带动花键母3-12和驱动件3-13一起转动，其中，滚珠花键轴3-7的作用是传递转矩并对花键轴3-7沿轴向产生的位移补偿。驱动件3-13的外表面螺纹和套筒3-14的内侧螺纹相配合，以便于实现驱动件3-13沿着套筒3-14的轴向做直线运动。在螺纹丝杠3-15上开设有与驱动件3-13的内表面相互配合的右旋螺纹。在驱动件3-13的外表面螺纹螺距为1.2毫米，在驱动件3-13的内表面螺纹的螺距为1.0毫米，通过驱动件3-13的内、外表面的螺距不同，当驱动件3-13顺时针旋转，套筒3-14的位置固定时，驱动件3-13相对于套筒3-14向上运动，而螺纹丝杠3-15相对于驱动件3-13向下运动，形成差动，因此有效的提高微动平台的精度，并且由于省略压电陶瓷或者行星滚柱丝杠，从而使得平台成本更低。
图3示出了本发明实施例提供的上柔性铰链2的结构。
如图3所示，在上柔性铰链2中形成有上柔性铰链下转轴2-1与上柔性铰链上转轴2-2。
图4示出了本发明实施例提供的下柔性铰链4的结构。
如图4所示，在下柔性铰链4中形成有下柔性铰链下转轴4-1与下柔性铰链上转轴4-2。
因为上柔性铰链下转轴2-1与上柔性铰链上转轴2-2在不同的平面上，并且上柔性铰链下转轴2-1与上柔性铰链上转轴2-2之间存在一个偏执量，由于该偏执量的存在，使得平台的工作空间增大。
柔性铰链是通过切割方法在材料上加工出各种切口从而形成明显薄弱的部位，利用材料上的薄弱部位易于变形的特点和材料自身的可逆弹性变形来产生运动以达到和普通是运动副相同功能，相比于普通的运动副，柔性铰链具有结构简单、不存在运动间隙以及摩擦、可以克服由转动惯性引起的振动。
图5示出了本发明实施例提供的上平台1的结构。
如图5所示，上平台1的形状选用圆形，在上平台1上形成有用于与上柔性铰链2连接的安装面，上平台安装面1-1与上平台1的台面之间具有一定的夹角，本发明提供的实施例中夹角的值为15.5362°，其目的在于便于方便单足位移促动器3与上平台1和下平台5的连接，并且在上平台安装面1-1上开设有用于与上柔性铰链2相互配合的螺纹孔。
图6是根据本发明实施例提供的下平台5的结构示意图。
如图6所示，下平台5的形状选用圆形，下平台5的直径大于上平台1的直径，在下平台5上形成有用于与下柔性铰链4连接的安装面，下平台安装面5-1与下平台5的台面之间具有一定的夹角，并且在下平台安装面5-1上开设有用于与下柔性铰链4相互配合的螺纹孔。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (7)
1.一种差动式六自由度并联微动平台，其特征在于，包括上平台(1)、上柔性铰链(2)、单足位移促动器(3)、下柔性铰链(4)和下平台(5)，所述单足位移促动器(3)与所述上柔性铰链(2)和所述下柔性铰链(4)通过螺钉连接，在所述上平台(1)与所述下平台(5)上形成上平台安装面(1-1)与下平台安装面(5-1)，所述单足位移促动器(3)的一端通过所述上柔性铰链(2)与所述上平台安装面(1-1)连接，另一端通过所述下柔性铰链(4)与所述下平台安装面(5-1)连接；
所述单足位移促动器(3)包括伺服电机(3-1)、谐波减速器(3-5)、滚珠花键轴(3-7)、轴承(3-8)、花键母(3-12)、驱动件(3-13)、螺纹丝杠(3-15)和套筒(3-14)，所述伺服电机(3-1)的输出轴与所述谐波减速器(3-5)中的波发生器连接，所述谐波减速器(3-5)中的柔轮通过减速器连接件(3-6)与所述滚珠花键轴(3-7)的一端相连接，所述滚珠花键轴(3-7)的另一端与所述花键母(3-12)相互配合，所述轴承(3-8)与所述滚珠花键轴(3-7)配合，在所述驱动件(3-13)的内表面与外表面开设有螺纹形成内表面螺纹与外表面螺纹，所述内表面螺纹的螺距与所述外表面螺纹的螺距不同，所述驱动件(3-13)的一端与所述花键母(3-12)连接，驱动件(3-13)的另一端的内表面与所述螺纹丝杠(3-15)配合，在所述套筒(3-14)的内侧开设有内侧螺纹，所述套筒(3-14)固定在驱动件(3-13)的外侧，所述外表面螺纹与所述内侧螺纹相配合；
当所述波发生器发生转动时，带动所述柔轮转动，从而带动所述滚珠花键轴(3-7)转动，所述滚珠花键轴(3-7)带动所述花键母(3-12)转动，所述花键母(3-12)带动所述驱动件(3-13)转动，所述驱动件(3-13)相对于所述套筒(3-14)向上运动，所述螺纹丝杠(3-15)相对于所述驱动件(3-13)向下运动，因螺距不同从而形成差动。
2.如权利要求1所述的差动式六自由度并联微动平台，其特征在于，所述单足位移促动器(3)还包括电机法兰(3-3)、电机套筒(3-2)、减速器法兰(3-4)和轴承套筒(3-10)，所述电机套筒(3-2)固定在所述伺服电机(3-1)的外侧，所述电机套筒(3-2)的一端与所述电机法兰(3-3)固定连接，另一端与所述下柔性铰链(4)固定连接，用于固定所述谐波减速器(3-5)的所述减速器法兰(3-4)与所述电机法兰(3-3)固定连接，所述轴承套筒(3-10)与所述减速器法兰(3-4)固定连接。
3.如权利要求1所述的差动式六自由度并联微动平台，其特征在于，所述单足位移促动器(3)的数量至少为三个并且均匀分布在所述上平台(1)与所述下平台(5)之间。
4.如权利要求1所述的差动式六自由度并联微动平台，其特征在于，所述轴承(3-8)选用双列深沟球轴承、双列角接触球轴承、双联角接触球轴承或双列圆锥滚子轴承；所述轴承(3-8)的内圈的一端通过所述滚珠花键轴(3-7)的轴肩进行定位，内圈的另一端通过螺母定位，所述轴承(3-8)的外圈靠近所述谐波减速器(3-5)的一端通过第一轴承垫片(3-9)定位，外圈的另一端通过第二轴承垫片(3-11)定位。
5.如权利要求1所述的差动式六自由度并联微动平台，其特征在于，所述上平台安装面(1-1)与上平台(1)的台面保持倾斜，所述下平台安装面(5-1)与所述下平台(5)的台面保持倾斜。
6.如权利要求1所述的差动式六自由度并联微动平台，其特征在于，所述上平台(1)与所述下平台(5)的形状可以为圆形、椭圆形或多边形，所述上平台(1)的尺寸小于所述下平台(5)的尺寸。
7.如权利要求1所述的差动式六自由度并联微动平台，其特征在于，所述花键母(3-12)为滚珠花键母。
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| CN117047737A (zh) * | 2023-06-12 | 2023-11-14 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 基于热膨胀原理的差动式六自由度并联微动平台 |
| CN117047737B (zh) * | 2023-06-12 | 2024-01-12 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 基于热膨胀原理的差动式六自由度并联微动平台 |
| CN116766141A (zh) * | 2023-08-18 | 2023-09-19 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 粗精两级驱动六自由度并联调整平台 |
| CN116766141B (zh) * | 2023-08-18 | 2023-10-20 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 粗精两级驱动六自由度并联调整平台 |
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| CN115194737B (zh) | 2024-04-09 |
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