CN116766141B - 粗精两级驱动六自由度并联调整平台 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及精密机械技术领域，尤其涉及一种粗精两级驱动六自由度并联调整平台，包括上平台、上柔性铰链、精级驱动组件、下柔性铰链、粗级驱动组件、下平台，精级驱动组件包括正膨胀杆和负膨胀杆，精调驱动位移时，正膨胀杆加热，输出轴向正位移，负膨胀杆加热体积收缩输出轴向负位移，二者之间的差值即为输出的精确驱动位移；粗级驱动组件实现滑移运动和定位功能；柔性铰链的设计能实现绕x、y轴正交方向的转动且轴向变形小，能够抵抗轴向变形，精级驱动组件与粗级驱动组件的双驱动模式可提高并联调整平台的灵活性、可控性、可靠性和容错性。
Description
技术领域
本发明涉及精密机械技术领域，尤其涉及一种粗精两级驱动六自由度并联调整平台。
背景技术
在精密机械领域中，促动器是一个主要的组成部分，能够将其他能量(一般是电能)转为机械能输出位移，实现这一转换通常由四种途径：静电驱动、电磁驱动、压电驱动以及热敏感驱动。其中静电驱动和电磁驱动对距离有很大依赖，压电驱动输出位移和力矩小，热敏感驱动克服了上述的缺点，热应力是结构内力，只要保证驱动结构能够获得一定热能就能产生相应的形变，这可以通过电致加热或者接受传导、对流、辐射的热能实现，从而完成驱动。
热膨胀是材料的普遍属性。自身温度发生变化后，由半导体、金属或者绝缘材料构成的结构的尺寸和体积发生相应的变化。传统的促动器的两段材料一般都采用正膨胀系数的材料，即加热之后具有不同程度的膨胀，来最终实现纳米级的运动。但是对于微量纳米级的运动无法实现，所以如何有效的提高微动平台精度，降低平台的成本是目前本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
本发明为解决上述问题，提供一种将正膨胀系数与负膨胀系数材料结合，通过热辐射加热，控制两个分段杆件的温度差，利用上下不同大小的平台和柔性铰链，实现绕X、Y、Z轴纳米级分辨率伸缩驱动的基于热膨胀原理的差动式六自由度并联微动平台。
一种粗精两级驱动六自由度并联调整平台，包括上平台、上柔性铰链、至少三组精级驱动组件、下柔性铰链、至少三组粗级驱动组件、下平台；
在所述上平台的底面设有上平台凸出安装结构，精级驱动组件的上端通过所述上柔性铰链与所述上平台凸出安装结构固定连接，所述精级驱动组件的下端通过所述下柔性铰链与所述下平台固定连接；
每组精级驱动组件的数量为两个，每个精级驱动组件包括正膨胀组件、中间隔热垫以及负膨胀组件，所述正膨胀组件与所述负膨胀组件分别固定在所述中间隔热垫的两端；
所述正膨胀组件包括正膨胀杆，所述正膨胀杆具有正膨胀系数，所述负膨胀组件包括负膨胀杆，所述负膨胀杆具有负膨胀系数。
优选的，精调驱动位移时，对所述正膨胀杆加热，所述正膨胀杆受热膨胀输出轴向正位移；或者对所述正膨胀杆加热，所述正膨胀杆受热膨胀输出轴向正位移，对所述负膨胀杆加热，所述负膨胀杆受热升温体积收缩输出轴向负位移，轴向正位移和轴向负位移的差值即为输出的精确驱动位移；
由热膨胀引起的位移量N可以用下式表示：
N=(T2正-T1正) L正α正+(T2负-T1负) L负α负
其中，N为热膨胀引起的位移量，T2正为正膨胀杆的当前温度，T1正为正膨胀杆的初始温度，L正为正膨胀杆的长度，α正为正膨胀杆的热膨胀系数，T2负为负膨胀杆的当前温度，T1负为负膨胀杆的初始温度，L负为负膨胀杆的长度，α负为负膨胀杆的热膨胀系数。
优选的，粗级驱动组件包括：
步进电机、与步进电机输出端相连的谐波减速器、固定在所述下平台上且与步进电机输入端相连的制动器、固定在所述下平台上且与谐波减速器刚性连接的丝杠螺杆、固定在所述下平台两侧且与丝杠螺杆平行的导轨、位于导轨上且与导轨滑动连接的滑块、套装在丝杠螺杆中间部分的丝杠螺母、位于滑块上且套装在丝杠螺母上的驱动块、套装在丝杠螺杆输出端的丝杠支撑、套装在驱动块上的粗级驱动组件上转接工装、固定安装在粗级驱动组件上转接工装上的滑动凸出安装结构固定安装在所述下平台上的粗级驱动组件下转接工装；
粗调驱动位移时，通过步进电机与丝杠螺杆实现大行程位移。
优选的，所述上柔性铰链包括第一固定台、第二固定台、第三固定台，在所述第二固定台与所述第三固定台之间设有空心圆柱，所述空心圆柱形成具有斜向上切口和斜向下开口的八字型镂空结构，所述八字型镂空结构沿八字竖向中心线镜像对称设置，相邻两个同方向的八字型镂空结构之间还形成有三角形镂空区域，通过所述八字型镂空结构与三角形镂空区域实现空心圆柱的自由摆动；
在所述第一固定台与第二固定台之间设有4根以上的长条扁板，所述长条扁板沿所述第二固定台的上表面周向竖直设置，所述长条扁板用于实现绕竖直轴线的转动自由度，从而实现Z轴方向的上下微动。
优选的，所述下柔性铰链包括第四固定台和第五固定台，在所述第四固定台和第五固定台之间设有空心圆柱，所述空心圆柱结构具有斜向上切口和斜向下开口的八字型镂空结构，所述八字型镂空结构沿竖向中心线镜像对称设置，相邻两个同方向所述八字型镂空结构之间还形成有三角形镂空区域，通过所述八字型镂空结构与三角形镂空区域实现空心圆柱的自由摆动。
优选的，所述正膨胀组件还包含正膨胀杆套筒和正加热片，所述正膨胀杆套筒包裹在所述正膨胀杆的表面，所述正加热片包裹在所述正膨胀杆套筒的表面，通过所述正加热片对所述正膨胀杆套筒加热，从而实现不同温度下所述正膨胀杆的轴向正位移量。
优选的，负膨胀组件还包含负膨胀杆套筒和负加热片，负膨胀杆套筒包裹在所述负膨胀杆的表面，所述负加热片包裹在负膨胀杆套筒的表面，通过所述负加热片对所述负膨胀杆套筒加热，从而实现不同温度下所述负膨胀杆的轴向负位移。
优选的，所述正膨胀组件还包括正膨胀杆末端隔热垫和正膨胀套筒末端隔热垫，所述负膨胀组件还包括负膨胀杆末端隔热垫和负膨胀套筒末端隔热垫，所述正膨胀杆末端隔热垫固定连接在所述正膨胀杆的末端，所述负膨胀杆末端隔热垫固定连接在所述负膨胀杆的末端，所述正膨胀套筒末端隔热垫固定连接在所述正膨胀杆套筒的末端，负膨胀套筒末端隔热垫固定连接在所述负膨胀杆套筒的末端，所述正膨胀杆末端隔热垫、正膨胀套筒末端隔热垫、负膨胀杆末端隔热垫、负膨胀套筒末端隔热垫用于隔绝所述精级驱动组件3与外界的热量传导。
优选的，所述上平台凸出安装结构的数量为6个，每个上平台凸出安装结构的横截面呈圆形，所述上柔性铰链通过螺钉与所述上平台凸出安装结构固定连接；
所述滑动凸出安装结构的数量为6个，每个所述滑动凸出安装结构的横截面呈圆形，所述下柔性铰链通过螺钉与所述滑动凸出安装结构固定连接。
优选的，所述上平台凸出安装结构的顶面为斜面，使所述上平台凸出安装结构倾斜固定在所述上平台上，所述滑动凸出安装结构的顶面为斜面，使所述滑动凸出安装结构倾斜固定在所述下平台上。
与现有技术相比，本发明能够取得如下有益效果：
1、粗级驱动组件，其通过步进电机与滚珠丝杠实现大行程位移，精级驱动组件与粗级驱动组件的双驱动模式则解决了传统并联平台的大工作行程与高运动精度自相矛盾的问题，在大范围快速运动的条件下，实现纳米级的运动精度同时实现滑移运动和定位功能。且由于双驱动模式带来的冗余自由度，可提高并联调整平台的灵活性、可控性、可靠性和容错性。
2、不同于传统的正膨胀系数促动器，负膨胀系数材料的应用使正负膨胀系数之间产生差值，形成一种微量纳米级分辨率伸缩驱动；精调驱动位移时，正膨胀杆受热升温后体积膨胀输出轴向正位移，负膨胀杆受热升温后体积收缩变小输出轴向负位移，二者之间的差值即为输出的精确驱动位移。
3、加热片的加热方式相比于目前主流的压电材料，避免了高电压驱动。
4、杆件的控制温度在室温条件下即可实现纳米级运动分辨率和微米级运动行程，具有大承载，低成本的优点，并且位移只受杆件材料、尺寸以及自身温度的影响，受外界环境影响小，具有较高的运动稳定性。
5、促动器两端和中间的隔热垫起到了隔绝热传导的作用，正膨胀系数材料和负膨胀系数材料可以实现在不同温度下的控制，从而实现更多位移方向和位移大小的可能，且能够在隔绝热传导的同时提高促动器整体刚度。
6、柔性铰链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，倾斜的切口呈上下两两对应均匀排布，正交方向上的旋转刚度相等，能实现绕x、y轴正交方向的转动且轴向变形小，能够抵抗轴向变形；结构简单，易于制造，采用线切割加工技术进行一体化加工，因此无需组装；转动轴漂小，运动精度更高，适用于需要高度定位控制的领域。
附图说明
图1是根据本发明实施例提供的粗精两级驱动六自由度并联调整平台的整体结构示意图；
图2是根据本发明实施例提供的粗精两级驱动六自由度并联调整平台的侧示意图；
图3是根据本发明实施例提供的粗精两级驱动六自由度并联调整平台的精级驱动组件的结构示意图；
图4是根据本发明实施例提供的粗精两级驱动六自由度并联调整平台的上平台的结构示意图；
图5是根据本发明实施例提供的粗精两级驱动六自由度并联调整平台的下平台的结构示意图；
图6是根据本发明实施例提供的粗精两级驱动六自由度并联调整平台的精级驱动组件的剖面的结构示意图；
图7是根据本发明实施例提供的粗精两级驱动六自由度并联调整平台的上柔性铰链的结构示意图；
图8是根据本发明实施例提供的粗精两级驱动六自由度并联调整平台的下柔性铰链的结构示意图；
图9是根据本发明实施例提供的粗精两级驱动六自由度并联调整平台的粗级驱动组件的结构示意图。
附图标记：
上平台1、上平台凸出安装结构1-1、上柔性铰链2、第一固定台2-1、第二固定台2-2、第三固定台2-3、精级驱动组件3、正膨胀组件3-1、中间隔热垫3-2、负膨胀组件3-3、正膨胀杆3-4、正膨胀杆套筒3-5、正膨胀杆末端隔热垫3-6、正膨胀套筒末端隔热垫3-7、负膨胀杆3-8、负膨胀杆套筒3-9、负膨胀杆末端隔热垫3-10、负膨胀套筒末端隔热垫3-11、正加热片3-12、负加热片3-13、下柔性铰链4、第四固定台4-1、第五固定台4-2、粗级驱动组件5、制动器5-1、步进电机5-2、谐波减速器5-3、导轨5-4、滑块5-5、驱动块5-6、粗级驱动组件上转接工装5-7、丝杠螺母5-8、丝杠螺杆5-9、丝杠支撑5-10、粗级驱动组件下转接工装5-11、滑动凸出安装结构5-12、下平台6。
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粗精两级驱动六自由度并联调整平台的整体结构。
图1显示的粗精两级驱动六自由度并联调整平台仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图1-图2所示，本发明实施例提供的粗精两级驱动六自由度并联调整平台，包括上平台1、上平台凸出安装结构1-1、上柔性铰链2、精级驱动组件3、下柔性铰链4、粗级驱动组件5、滑动凸出安装结构5-12、下平台6；
粗级驱动组件5设置有三组，每组粗级驱动组件5数量为两个，每组粗级驱动组件5分别固定在下平台6的三个安装面上。
精级驱动组件3设置有三组，每组精级驱动组件3的数量为两个，每组的两个精级驱动组件3呈V型，每组精级驱动组件3与粗级驱动组件5对应固定安装在6个滑动凸出安装结构5-12上。
上平台凸出安装结构1-1固定安装在上平台1的下表面，每个精级驱动组件3的上端固定连接有上柔性铰链2，上柔性铰链2通过螺钉与上平台凸出安装结构1-1固定连接，每个精级驱动组件3的下端通过螺钉与下柔性铰链4固定连接，粗级驱动组件5的上表面固定安装有滑动凸出安装结构5-12，下柔性铰链4与滑动凸出安装结构5-12固定连接，粗级驱动组件5固定在下平台6的上表面。
图3示出了本发明实施例提供的粗精两级驱动六自由度并联调整平台的精级驱动组件的结构。
如图3所示，本发明实施例提供的粗精两级驱动六自由度并联调整平台的精级驱动组件包括正膨胀组件3-1、中间隔热垫3-2以及负膨胀组件3-3，正膨胀组件3-1和负膨胀组件3-3通过钛合金螺钉连接分别固定在中间隔热垫3-2的两端，中间隔热垫3-2为了防止正膨胀组件3-1和负膨胀组件3-3的温度差产生热传导，从而影响位移的精确度。
图4示出了本发明实施例提供的粗精两级驱动六自由度并联调整平台的上平台的结构。
如图4所示，本发明实施例提供的粗精两级驱动六自由度并联调整平台的上平台1与下平台6的形状为圆形、椭圆形或多边形，在本实施例中上平台1的形状选用带有3个扇形缺口的圆形，在上平台1的底面设有上平台凸出安装结构1-1，上平台凸出安装结构1-1的数量为6个，每个上平台凸出安装结构1-1的横截面呈圆形或椭圆形，上柔性铰链2通过螺钉与上平台凸出安装结构1-1固定连接，上平台凸出安装结构1-1的顶面为斜面，斜面的设置使上平台凸出安装结构1-1倾斜固定在上平台1上，且便于上柔性铰链2和促动器的倾斜连接，斜面的角度为15-25度。
图5示出了根据本发明实施例提供的粗精两级驱动六自由度并联调整平台的下平台的结构。
如图5所示，本发明实施例提供的粗精两级驱动六自由度并联调整平台的下平台6的形状选用圆形或Y形结构，在本实施例中下平台6的形状选用Y形结构，Y形结构的三个边均为安装面，相邻两个安装面之间的夹角相同，均为120°。
图6示出了本发明实施例提供的粗精两级驱动六自由度并联调整平台的精级驱动组件的剖面结构。
如图6所示，本发明实施例提供的粗精两级驱动六自由度并联调整平台的正膨胀组件3-1包括正膨胀杆3-4、正膨胀杆套筒3-5、正膨胀杆末端隔热垫3-6、正膨胀杆套筒末端隔热垫3-7和正加热片3-12。
正膨胀杆套筒3-5包裹在正膨胀杆3-4的表面，正加热片3-12包裹在正膨胀杆套筒3-5的表面，通过正加热片3-12对正膨胀杆套筒3-5 加热，从而实现不同温度下正膨胀杆3-4的轴向正位移。
正膨胀杆末端隔热垫3-6固定连接在正膨胀杆3-4的末端，正膨胀套筒末端隔热垫3-7固定连接在正膨胀杆套筒3-5的末端，正膨胀杆末端隔热垫3-6、正膨胀套筒末端隔热垫3-7用于隔绝精级驱动组件与外界的热量传导。
负膨胀组件3-3包括负膨胀杆3-8、负膨胀套筒3-9、负膨胀杆末端隔热垫3-10、负膨胀套筒末端隔热垫3-11、负加热片3-13，负加热片3-13包裹在负膨胀杆套筒3-9的表面，通过负加热片3-13对负膨胀杆套筒3-9 加热，从而实现不同温度下负膨胀杆3-8 的轴向负位移。
负膨胀杆末端隔热垫3-10固定连接在负膨胀杆3-8的末端，负膨胀套筒末端隔热垫3-11固定连接在负膨胀杆套筒3-9的末端，负膨胀杆末端隔热垫3-10、负膨胀套筒末端隔热垫3-11用于隔绝精级驱动组件与外界的热量传导。
正膨胀杆3-4的材料膨胀系数为正数，即受热升温后体积膨胀增大，正膨胀杆3-4采用7A09铝合金，热膨胀系数为23.6ppm/k，能实现大行程位移。
负膨胀杆3-8的材料热膨胀系数为负数，即受热升温后体积收缩变小；负膨胀杆3-8采用Laves相合金，热膨胀系数为-22ppm/k，能实现杆温度提升的同时收缩体积。
正膨胀杆3-4所采用的材料不限于7A09铝合金、金铍青铜和TC4钛合金，负膨胀杆3-8所采用的材料不限于Laves相合金、FeNiCo基合金和NiTi基合金，也可以是其他具有正膨胀系数和负膨胀系数的无机物材料、有机物材料或复合材料。
正膨胀杆套筒3-5与负膨胀杆套筒3-9采用7A09铝合金，其导热系数为156W/mk，能够更快升温的同时将热量辐射到正膨胀杆3-4与负膨胀杆3-8上。
中间隔热垫3-2、正膨胀杆末端隔热垫3-6、正膨胀杆套筒末端隔热垫3-7、负膨胀杆末端隔热垫3-10以及负膨胀套筒末端隔热垫3-11采用联苯型聚酰亚胺，其导热系数为0.29 W/mK，屈服强度为360 MPa，能够在隔绝热传导的同时提高促动器整体刚度。
精级驱动时，方式一，通过正加热片3-12给正膨胀杆套筒3-5加热，正膨胀杆套筒3-5升温后通过热辐射形式对正膨胀杆3-4加热，正膨胀杆3-4受热膨胀输出轴向正位移。
方式二，通过正加热片3-12和负加热片3-13分别给正膨胀杆套筒3-5和负膨胀杆套筒3-9加热，正膨胀杆3-4受热升温后体积膨胀输出轴向正位移，负膨胀杆3-8受热升温后体积收缩变小输出轴向负位移，轴向正位移和轴向负位移二者之间的差值即为输出的精确驱动位移；
精级驱动组件3由热膨胀引起的位移量N可以用下式表示：
N=(T2正-T1正)L正α正+(T2负-T1负)L负α负
N为热膨胀引起的位移量、T2正为正膨胀杆3-4的当前温度、T1正为正膨胀杆3-4的初始温度、L正为正膨胀杆3-4的长度、α正为正膨胀杆3-4的热膨胀系数、T负2为负膨胀杆3-8的当前温度、T负1为负膨胀杆3-8的初始温度、L负为负膨胀杆3-8的长度、α负为负膨胀杆3-8的热膨胀系数。
采用正负两种热膨胀系数的杆件，利用隔热垫连接，通过热辐射加热方式，控制两个分段杆件的温度差，实现微量纳米级分辨率的伸缩驱动；相比于目前主流的压电材料实现的纳米级运动，该驱动方式避免了高电压驱动，杆件的控制温度在室温条件下即可实现纳米级运动分辨率和微米级运动行程，具有高可靠性，大承载，低成本等特点，并且位移只受杆件材料、尺寸以及自身温度的影响，受外界环境影响小，具有较高的运动稳定性和精准性。
图7示出了本发明实施例提供的粗精两级驱动六自由度并联调整平台的上柔性铰链的结构。
如图7所示，本发明实施例提供的粗精两级驱动六自由度并联调整平台的上柔性铰链2包括第一固定台2-1、第二固定台2-2、第三固定台2-3，在第二固定台2-2与第三固定台2-3之间设有空心圆柱，空心圆柱形成具有斜向上切口和斜向下开口的八字型镂空结构，八字型镂空结构沿八字竖向中心线镜像对称设置，相邻两个同方向八字型镂空结构之间还设有三角形镂空区域，通过八字型镂空结构与三角形镂空区域实现空心圆柱的自由摆动。
在第一固定台2-1与第二固定台2-2之间设有4根以上的长条扁板，长条扁板沿第二固定台2-2上表面的周向竖直设置，长条扁板用于实现绕竖直轴线的转动自由度，从而实现Z轴方向的上下微动。
图8示出了本发明实施例提供的粗精两级驱动六自由度并联调整平台的下柔性铰链的结构。
如图8所示，本发明实施例提供的粗精两级驱动六自由度并联调整平台的下柔性铰链4包括第四固定台4-1和第五固定台4-2，在第四固定台4-1和第五固定台4-2之间设有空心圆柱，空心圆柱形成具有斜向上切口和斜向下开口的八字型镂空结构，八字型镂空结构沿八字中心线镜像对称设置，相邻两个同方向八字型镂空结构之间还设有三角形镂空区域，通过八字型镂空结构与三角形镂空区域实现空心圆柱的自由摆动。
图9示出了本发明实施例提供的粗精两级驱动六自由度并联调整平台的粗级驱动组件的结构。
如图9所示，本发明实施例提供的粗精两级驱动六自由度并联调整平台下平台6的上表面设有粗级驱动组件5，粗级驱动组件5包括制动器5-1、步进电机5-2、谐波减速器5-3、导轨5-4、滑块5-5、驱动块5-6、粗级驱动组件上转接工装5-7、丝杠螺母5-8、丝杠螺杆5-9、丝杠支撑5-10、粗级驱动组件下转接工装5-11、滑动凸出安装结构5-12。
谐波减速器5-3与步进电机5-2输出端相连，制动器5-1固定在下平台6上且与步进电机5-2输入端相连，丝杠螺杆5-9固定在下平台6上且与谐波减速器5-3刚性连接，长条的导轨5-4固定在下平台6的两侧且与丝杠螺杆5-9平行，滑块5-5位于导轨5-4上且与导轨5-4滑动连接，丝杠螺母5-8套装在丝杠螺杆5-9中间部分，驱动块5-6位于滑块5-5上且套装在丝杠螺母5-8上，丝杠支撑5-10套装在丝杠螺杆5-9输出端，粗级驱动组件上转接工装5-7套装在驱动块5-6上，滑动凸出安装结构5-12固定安装在粗级驱动组件上转接工装5-7上，粗级驱动组件下转接工装5-11通过螺钉螺母固定连接在下平台6上。
粗级驱动时，粗级驱动组件5运动，通过步进电机5-2与丝杠螺杆5-9实现大行程位移；首先启动步进电机5-2，通过制动器5-1控制步进电机5-2的运转，同时，步进电机5-2通过谐波减速器5-3减速后驱动丝杠螺杆5-9转动，丝杠螺母5-8沿着丝杠螺杆5-9做直线运动，从而带动驱动块5-6、滑块5-5、滑动凸出安装结构5-12在导轨5-4上做直线滑移运动，实现粗级移动功能。当粗级驱动组件5停止工作时，安装在步进电机5-2前端的制动器5-1实现位置锁定功能。粗级驱动组件上转接工装5-7上表面安装有滑动凸出安装结构5-12，滑动凸出安装结构5-12的数量为6个，每个滑动凸出安装结构5-12的横截面呈圆形或椭圆形，下柔性铰链4通过螺钉与滑动凸出安装结构5-12固定连接，滑动凸出安装结构5-12的顶面为斜面，斜面的设置使滑动凸出安装结构5-12倾斜固定在粗级驱动组件5上，且便于下柔性铰链4和促动器的倾斜连接，斜面的角度为15-25度。
本实施例的上柔性铰链2和下柔性铰链4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，相比于传统的运动副，柔性铰链具有结构简单、无运动间隙以及摩擦的特点。
上柔性铰链2和下柔性铰链4正交方向上的旋转刚度相等，能实现绕x、y轴正交方向的转动，结构简单，易于制造，采用线切割加工技术进行一体化加工，因此无需组装；转动轴漂小，运动精度高，适用于需要高度定位控制的领域。
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。
Claims (5)
1.一种粗精两级驱动六自由度并联调整平台，其特征在于，包括上平台(1)、上柔性铰链(2)、至少三组精级驱动组件(3)、下柔性铰链(4)、至少三组粗级驱动组件(5)、下平台(6)；
在所述上平台(1)的底面设有上平台凸出安装结构(1-1)，精级驱动组件(3)的上端通过所述上柔性铰链(2)与所述上平台凸出安装结构(1-1)固定连接，所述精级驱动组件(3)的下端通过所述下柔性铰链(4)与所述下平台(6)固定连接；
每组精级驱动组件(3)的数量为两个，每个精级驱动组件(3)包括正膨胀组件(3-1)、中间隔热垫(3-2)以及负膨胀组件(3-3)，所述正膨胀组件(3-1)与所述负膨胀组件(3-3)分别固定在所述中间隔热垫(3-2)的两端；
所述正膨胀组件(3-1)包括正膨胀杆(3-4)，所述正膨胀杆(3-4)具有正膨胀系数，所述负膨胀组件(3-3)包括负膨胀杆(3-8)，所述负膨胀杆(3-8)具有负膨胀系数；
精调驱动位移时，对所述正膨胀杆(3-4)加热，所述正膨胀杆(3-4)受热膨胀输出轴向正位移；
或者对所述正膨胀杆(3-4)加热，所述正膨胀杆(3-4)受热膨胀输出轴向正位移，对所述负膨胀杆(3-8)加热，所述负膨胀杆(3-8)受热升温体积收缩输出轴向负位移，轴向正位移和轴向负位移的差值即为输出的精确驱动位移；
由热膨胀引起的位移量N可以用下式表示：
N=(T 2正-T1正) L正α正+(T 2负-T1负) L负α负
其中，N为热膨胀引起的位移量，T 2正为正膨胀杆(3-4)的当前温度，T1正为正膨胀杆(3-4)的初始温度，L正为正膨胀杆(3-4)的长度，α正为正膨胀杆(3-4)的热膨胀系数，T2负为负膨胀杆(3-8)的当前温度，T 1负为负膨胀杆(3-8)的初始温度，L负为负膨胀杆(3-8)的长度，α负为负膨胀杆(3-8)的热膨胀系数；
粗级驱动组件(5)包括：
步进电机(5-2)、与步进电机(5-2)输出端相连的谐波减速器(5-3)、固定在所述下平台(6)上且与步进电机(5-2) 输入端相连的制动器(5-1)、固定在所述下平台(6)上且与谐波减速器(5-3)刚性连接的丝杠螺杆(5-9)、固定在所述下平台(6)两侧且与丝杠螺杆(5-9)平行的导轨(5-4)、位于导轨(5-4)上且与导轨(5-4)滑动连接的滑块(5-5)、套装在丝杠螺杆(5-9)中间部分的丝杠螺母(5-8)、位于滑块(5-5)上且套装在丝杠螺母(5-8)上的驱动块(5-6)、套装在丝杠螺杆(5-9)输出端的丝杠支撑(5-10)、套装在驱动块(5-6)上的粗级驱动组件上转接工装(5-7)、固定安装在粗级驱动组件上转接工装(5-7)上的滑动凸出安装结构(5-12)固定安装在所述下平台(6)上的粗级驱动组件下转接工装(5-11)；
粗调驱动位移时，通过步进电机(5-2)与丝杠螺杆(5-9)实现大行程位移；
所述正膨胀组件(3-1)还包含正膨胀杆套筒(3-5)和正加热片(3-12)，所述正膨胀杆套筒(3-5) 包裹在所述正膨胀杆(3-4) 的表面，所述正加热片(3-12)包裹在所述正膨胀杆套筒(3-5)的表面，通过所述正加热片(3-12)对所述正膨胀杆套筒(3-5) 加热，从而实现不同温度下所述正膨胀杆(3-4)的轴向正位移量；
负膨胀组件(3-3)还包含负膨胀杆套筒(3-9)和负加热片(3-13)，负膨胀杆套筒(3-9)包裹在所述负膨胀杆(3-8)的表面，所述负加热片(3-13)包裹在负膨胀杆套筒(3-9) 的表面，通过所述负加热片(3-13)对所述负膨胀杆套筒(3-9) 加热，从而实现不同温度下所述负膨胀杆(3-8)的轴向负位移；
所述正膨胀组件(3-1)还包括正膨胀杆末端隔热垫(3-6)和正膨胀套筒末端隔热垫(3-7)，所述负膨胀组件(3-3) 还包括负膨胀杆末端隔热垫(3-10)和负膨胀套筒末端隔热垫(3-11)，所述正膨胀杆末端隔热垫(3-6)固定连接在所述正膨胀杆(3-4)的末端，所述负膨胀杆末端隔热垫(3-10) 固定连接在所述负膨胀杆(3-8)的末端，所述正膨胀套筒末端隔热垫(3-7) 固定连接在所述正膨胀杆套筒(3-5)的末端，负膨胀套筒末端隔热垫(3-11) 固定连接在所述负膨胀杆套筒(3-9)的末端，所述正膨胀杆末端隔热垫(3-6)、正膨胀套筒末端隔热垫(3-7) 、负膨胀杆末端隔热垫(3-10)、负膨胀套筒末端隔热垫(3-11)用于隔绝所述精级驱动组件3与外界的热量传导。
2.如权利要求1所述的粗精两级驱动六自由度并联调整平台，其特征在于，所述上柔性铰链(2)包括第一固定台(2-1)、第二固定台(2-2)、第三固定台(2-3)，在所述第二固定台(2-2)与所述第三固定台(2-3)之间设有空心圆柱，所述空心圆柱形成具有斜向上切口和斜向下开口的八字型镂空结构，所述八字型镂空结构沿八字竖向中心线镜像对称设置，相邻两个同方向的八字型镂空结构之间还形成有三角形镂空区域，通过所述八字型镂空结构与三角形镂空区域实现空心圆柱的自由摆动；
在所述第一固定台(2-1)与第二固定台(2-2)之间设有4根以上的长条扁板，所述长条扁板沿所述第二固定台(2-2)的上表面周向竖直设置，所述长条扁板用于实现绕竖直轴线的转动自由度，从而实现Z轴方向的上下微动。
3.如权利要求2所述的粗精两级驱动六自由度并联调整平台，其特征在于，所述下柔性铰链(4)包括第四固定台(4-1)和第五固定台(4-2)，在所述第四固定台(4-1)和第五固定台(4-2)之间设有空心圆柱，所述空心圆柱结构具有斜向上切口和斜向下开口的八字型镂空结构，所述八字型镂空结构沿竖向中心线镜像对称设置，相邻两个同方向所述八字型镂空结构之间还形成有三角形镂空区域，通过所述八字型镂空结构与三角形镂空区域实现空心圆柱的自由摆动。
4.如权利要求1所述的粗精两级驱动六自由度并联调整平台，其特征在于，所述上平台凸出安装结构(1-1)的数量为6个，每个上平台凸出安装结构(1-1)的横截面呈圆形，所述上柔性铰链(2)通过螺钉与所述上平台凸出安装结构(1-1)固定连接；
所述滑动凸出安装结构(5-12)的数量为6个，每个所述滑动凸出安装结构(5-12)的横截面呈圆形，所述下柔性铰链(4)通过螺钉与所述滑动凸出安装结构(5-12)固定连接。
5.如权利要求1所述的粗精两级驱动六自由度并联调整平台，其特征在于，所述上平台凸出安装结构(1-1)的顶面为斜面，使所述上平台凸出安装结构(1-1)倾斜固定在所述上平台(1) 上，所述滑动凸出安装结构(5-12)的顶面为斜面，使所述滑动凸出安装结构(5-12)倾斜固定在所述下平台(6)上。
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