CN116343901A - 一种三自由度微动平台及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种三自由度微动平台及工作方法，属于精密驱动技术领域，包括：输出中轴、基座、驱动曲板和驱动器，输出中轴用于安装固定驱动对象；所述输出中轴外侧面固定安装有四组驱动曲板，四组驱动曲板构成X形状，每个驱动曲板端部对应连接一个驱动器，驱动器安装在基座上，驱动器用于对驱动曲板提供径向压力，使得驱动曲板径向压缩从而带动输出中轴移动或转动；采用控制同侧设置的两个驱动器运动量的输出大小，控制输出中轴在平面上的线性位移，通过控制相对设置的两个驱动器运动量的输出大小，带动输出中轴转动一定角度，最终实现微动平台三个自由度的输出，整体结构简单，动作输出稳定可靠，提高了作业精度和稳定性。

Description

一种三自由度微动平台及工作方法

技术领域

本发明属于精密驱动技术领域，具体涉及一种三自由度微动平台及工作方法。

背景技术

三自由度微动平台是一种常见的机械运动装置，在航空航天领域、微机电系统、半导体工程、光学领域、精密仪器、生物科学等领域都有着广泛应用。现有技术为了实现三自由度微动控制，多采用驱动器直接推动输出轴产生XY轴的横移，并且采用驱动器推动输出轴连杆的来产生旋转运动。

申请号202121236452.1公开了一种三自由度并联柔性微动平台，该平台包括致动机构、压电陶瓷驱动器、柔性导向机构一、柔性导向机构二、动平台、微动平台框架和预紧钉，压电陶瓷驱动器驱动致动机构和柔性导向机构二产生X方向平移，通过调节输入位移的方向可以控制柔性导向机构一对位移的换向或传递，能够实现动平台沿X方向的平移运动和绕Z轴的旋转转动，使整个装置的结构紧凑且具有X、Y方向平移和绕Z轴旋转三个自由度。然而，该发明结构复杂，位移精度较低，并且高精度控制难度大。

发明内容

本发明为了解决上述问题，根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种三自由度微动平台，包括：输出中轴、基座、驱动曲板和驱动器，输出中轴用于安装固定驱动对象；所述输出中轴外侧面固定安装有四组驱动曲板，四组驱动曲板构成X形状，每个驱动曲板端部对应连接一个驱动器，驱动器安装在基座上，驱动器用于对驱动曲板提供径向压力，使得驱动曲板径向压缩从而带动输出中轴移动或转动。

进一步的，所述驱动曲板和驱动器沿中轴均匀布置，相邻两组驱动曲板的弯曲方向相反。所述驱动曲板的延伸线通过输出中轴的中心线。所述驱动曲板与驱动器连接处设有一段平移导向机构，平移导向机构用于对驱动器输出力的方向进行导向。

进一步的，所述平移导向机构包括平移导向槽和平移导向板，平移导向槽设置在基座上，平移导向板设置在驱动曲板上，平移导向槽和平移导向板嵌套链接，平移导向槽约束着平移导向板做直线运动。

进一步的，所述基座和驱动曲板通过平移导向连杆固连在一起，平移导向连杆设置在平移导向板两侧对称布置，一组平移导向机构包含一对或多对平移导向连杆。

第二方面，本发明提供了一种三自由度微动平台的工作方法，包括：通过四个驱动器分别对四组驱动曲板提供径向压力；

通过控制同侧设置的两个驱动器运动量的输出大小，控制相应驱动曲板径向压缩产生的线性位移量，进而控制输出中轴在平面上的线性位移；

通过控制相对设置的两个驱动器运动量的输出大小，控制相对设置的两个驱动曲板受压缩，使得各处的曲线斜率发生变化，进而将带动输出中轴转动一定角度，最终实现微动平台三个自由度的输出。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明提出了一种全新的三自由度微动平台设计方案，采用控制同侧设置的两个驱动器运动量的输出大小，控制相应驱动曲板径向压缩产生的线性位移量，进而控制输出中轴在平面上的线性位移，通过控制相对设置的两个驱动器运动量的输出大小，控制相对设置的两个驱动曲板受压缩，使得各处的曲线斜率发生变化，进而将带动输出中轴转动一定角度，最终实现微动平台三个自由度的输出，整体结构简单，动作输出稳定可靠，提高了作业精度和稳定性。

2、本发明采用四组驱动曲板构成X形状，每个驱动曲板端部对应连接一个驱动器，驱动器安装在基座上，驱动器用于对驱动曲板提供径向压力，使得驱动曲板径向压缩从而带动输出中轴移动或转动，使得整个装置结构简单，尺寸分布合理，在处于长时间工作状态下各个结构受力磨损量小，位移精度高，适用于长时间的微动作业，其精度能够有效保障。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

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为实施例一的三自由度微动平台的整体结构布局示意图；

图2为实施例一的平移导向机构布局示意图；

图3为实施例一的基座零件图；

图4为实施例一的驱动曲板的结构示意图；

图5为实施例一的基座和驱动曲板一体化布局示意图；

图6为实施例一的三自由度微动平台的完整状态效果图；

图7为实施例一的驱动器的分布图；

其中，1、输出中轴；101、载物板；2、基座；201、平移导向槽；202、基座护板；203、底板；3、驱动曲板；301、平移导向板；302、驱动器连接板；32、平移导向机构；321、平移导向连杆；4、驱动器；4A、第一驱动器；4B、第二驱动器；4C、第三驱动器；4D、第四驱动器。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

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，本文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。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例一：

如图1-图7所示，本实施例提供了一种三自由度微动平台，包括：输出中轴1、基座2、驱动曲板3和驱动器4，输出中轴1用于安装固定驱动对象；所述输出中轴1外侧面固定安装有四组驱动曲板3，四组驱动曲板3构成X形状，每个驱动曲板3端部对应连接一个驱动器，驱动器安装在基座2上，驱动器用于对驱动曲板3提供径向压力，使得驱动曲板3径向压缩从而带动输出中轴1移动或转动。驱动曲板3受压缩时各处的曲线斜率发生变化，进而将带动输出中轴1转动一定角度，最终实现微动平台三个自由度的输出。

驱动曲板3相对于X轴和Y轴对称布置。驱动曲板3和驱动器4沿中轴均匀布置，相邻两组驱动曲板3的弯曲方向相反。驱动曲板3的延伸线通过输出中轴1的中心线。驱动曲板3与驱动器4连接处设有一段平移导向机构32，平移导向机构32用于对驱动器4输出力的方向进行导向。

作为一种实施方式，平移导向机构32包括平移导向槽201和平移导向板301，平移导向槽201设置在基座2上，平移导向板301设置在驱动曲板3上，平移导向槽201和平移导向板301嵌套链接，平移导向槽201约束着平移导向板301做直线运动。驱动曲板3的端部与平移导向板301的一端连接，平移导向板301另一端连接驱动器4，平移导向板301可沿滑槽滑动。

作为一种实施方式，平移导向板301末端设有驱动器连接板302，驱动器连接板302与平移导向板301垂直布置，驱动器连接板302用于连接固定驱动器4。

作为一种实施方式，输出中轴1上设有载物板101，载物板101上设置物品固定座，基座2上下两侧分别设置基座护板202和底板203。载物板101用于对接固定需要运动控制的物体，基座护板202和底板203用于防护基座2内部的结构。

作为一种实施方式，四组驱动曲板3分为沿输出中轴1的外侧面顺时针方向布设的第一驱动曲板、第二驱动曲板、第三驱动曲板和第四驱动曲板，驱动器设有四个，分别为第一驱动器、第二驱动器、第三驱动器和第四驱动器，第一驱动曲板的端部连接第一驱动器，第二驱动曲板的端部连接第二驱动器，第三驱动曲板的端部连接第三驱动器，第四驱动曲板的端部连接第四驱动器。

作为一种实施方式，驱动器4优选音圈电机或压电陶瓷。音圈电机适用于大行程，压电陶瓷适用于高刚度。

实施例二

本实施例提供了一种三自由度微动平台，包括：输出中轴1、基座2、驱动曲板3和驱动器4，输出中轴1用于安装固定驱动对象；输出中轴1外侧面固定安装有四组驱动曲板3，四组驱动曲板3构成X形状，每个驱动曲板3端部对应连接一个驱动器4，驱动器4安装在基座2上，驱动器用于对驱动曲板3提供径向压力，使得驱动曲板3径向压缩从而带动输出中轴1移动或转动。驱动曲板3受压缩时各处的曲线斜率发生变化，进而将带动输出中轴1转动一定角度，最终实现微动平台三个自由度的输出。

与实施例一相比，本实施例的基座2和驱动曲板3通过平移导向连杆321固连在一起，平移导向连杆321设置在平移导向板301两侧对称布置，一组平移导向机构32包含一对或多对平移导向连杆321。

实施例三

本发明公开的一种三自由度微动平台的工作方法，包括：通过四个驱动器4分别对四组驱动曲板3提供径向压力，通过控制四个驱动器4运动量的输出大小，控制相应驱动曲板3径向压缩产生的线性位移量，进而控制输出中轴1在平面上的线性位移，驱动曲板3受压缩时各处的曲线斜率发生变化，进而将带动输出中轴1转动一定角度，最终实现微动平台三个自由度的输出。

具体的，一种三自由度微动平台的工作方法，包括输出中轴1位于中心位置，用于安装固定驱动对象，输出中轴1外侧面固定安装有四组驱动曲板3，驱动曲板3端部分别与驱动器4连接，驱动器4另一端与基座2固连，驱动器4用于提供径向压力，使得驱动曲板3径向压缩，相邻两组驱动曲板3的弯曲方向相反，驱动曲板3相对于X轴和Y轴对称布置；第一驱动器4A和第四驱动器4D输出相同推力时，其他驱动器不工作，输出中轴1将向右移动；第二驱动器4B和第三驱动器4C输出相同推力时，其他驱动器不工作，输出中轴1将向左移动；第一驱动器4A和第二驱动器4B输出相同推力时，其他驱动器不工作，输出中轴1将向下移动；第三驱动器4C和第四驱动器4D输出相同推力时，其他驱动器不工作，输出中轴1将向上移动；第一驱动器4A和第三驱动器4C输出相同推力时，其他驱动器不工作，输出中轴1将逆时针转动；第二驱动器4B和第四驱动器4D输出相同推力时，其他驱动器不工作，输出中轴1将顺时针转动；可以理解的是，通过控制四个驱动器4输出力的大小还可以产生其他运动形式。

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 (10)

1.一种三自由度微动平台，其特征在于，包括：输出中轴、基座、驱动曲板和驱动器，输出中轴用于安装固定驱动对象；所述输出中轴外侧面固定安装有四组驱动曲板，四组驱动曲板构成X形状，每个驱动曲板端部对应连接一个驱动器，驱动器安装在基座上，驱动器用于对驱动曲板提供径向压力，使得驱动曲板径向压缩从而带动输出中轴移动或转动。

2.如权利要求1所述的三自由度微动平台，其特征在于，所述驱动曲板和驱动器沿中轴均匀布置，相邻两组驱动曲板的弯曲方向相反。

3.如权利要求1所述的三自由度微动平台，其特征在于，所述驱动曲板的延伸线通过输出中轴的中心线。

4.如权利要求1所述的三自由度微动平台，其特征在于，所述驱动曲板与驱动器连接处设有一段平移导向机构，平移导向机构用于对驱动器输出力的方向进行导向。

5.如权利要求4所述的三自由度微动平台，其特征在于，所述平移导向机构包括平移导向槽和平移导向板，平移导向槽设置在基座上，平移导向板设置在驱动曲板上，平移导向槽和平移导向板嵌套链接，平移导向槽约束着平移导向板做直线运动。

6.如权利要求5所述的三自由度微动平台，其特征在于，驱动曲板的端部与平移导向板的一端连接，平移导向板另一端连接驱动器，平移导向板可沿滑槽滑动。

7.如权利要求5所述的三自由度微动平台，其特征在于，所述平移导向板末端设有驱动器连接板，驱动器连接板与平移导向板垂直布置，驱动器连接板用于连接固定驱动器。

8.如权利要求1所述的三自由度微动平台，其特征在于，所述四组驱动曲板分为沿输出中轴的外侧面顺时针方向布设的第一驱动曲板、第二驱动曲板、第三驱动曲板和第四驱动曲板，驱动器设有四个，分别为第一驱动器、第二驱动器、第三驱动器和第四驱动器，第一驱动曲板的端部连接第一驱动器，第二驱动曲板的端部连接第二驱动器，第三驱动曲板的端部连接第三驱动器，第四驱动曲板的端部连接第四驱动器。

9.如权利要求1所述的三自由度微动平台，其特征在于，所述基座和驱动曲板通过平移导向连杆固连在一起，平移导向连杆设置在平移导向板两侧对称布置，一组平移导向机构包含一对或多对平移导向连杆。

10.一种三自由度微动平台的工作方法，其特征在于，包括：通过四个驱动器分别对四组驱动曲板提供径向压力；

通过控制同侧设置的两个驱动器运动量的输出大小，控制相应驱动曲板径向压缩产生的线性位移量，进而控制输出中轴在平面上的线性位移；

通过控制相对设置的两个驱动器运动量的输出大小，控制相对设置的两个驱动曲板受压缩，使得各处的曲线斜率发生变化，进而将带动输出中轴转动一定角度，最终实现微动平台三个自由度的输出。

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