CN207771770U - 一种六自由度混联曲梁空间柔顺机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种六自由度混联曲梁空间柔顺机构，包括外基座、内基座、工作台、曲梁柔顺元件和压电陶瓷驱动器；外基座、内基座和工作台均为矩形结构，且内基座位于工作台与外基座之间；工作台通过四个立式曲梁柔顺元件与内基座连接，内基座通过四个卧式曲梁柔顺元件与外基座连接。本实用新型为串并混联结构形式，克服单独串联或并联的缺点，实现其优势互补。四个立式柔顺元件主要是为了实现X轴移动、Y轴移动和绕Z轴的旋转，四个卧式柔顺元件实现绕X轴旋转、绕Y轴旋转和Z轴的移动，从而实现空间六自由度的运动。本实用新型利用曲梁不发生应力集中的特性，实现柔顺机构的大变形。本实用新型加工方便、结构简单、无需润滑、机构精度高。

Description

一种六自由度混联曲梁空间柔顺机构

技术领域

本实用新型属于精密机械技术领域，尤其涉及一种六自由度混联曲梁空间柔顺机构。

背景技术

柔顺机构是通过弹性变形传递和转换运动、力或能量的一种新型机构。柔顺机构具有成本低、寿命长、无需润滑、运动灵敏度高、易于生产等优点，这些优点使得柔顺机构在微电子机械系统、航天航空、精密定位等领域中得到广泛应用。由于现有的直梁柔顺机构大变形容易造成应力集中，且单独使用串联柔顺机构工作空间大但不能实现高精度定位，单独使用并联柔顺机构能实现精确定位但工作空间小，为适应新的需求，亟需提出一种兼顾大工作空间和高精度同时避免应力集中的空间柔顺机构。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本实用新型要设计一种既能实现高精度定位，又工作空间大的六自由度混联曲梁空间柔顺机构。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：一种六自由度混联曲梁空间柔顺机构，包括外基座、内基座、工作台、曲梁柔顺元件和压电陶瓷驱动器；所述的曲梁柔顺元件包括立式曲梁柔顺元件和卧式曲梁柔顺元件；所述的外基座、内基座和工作台均为矩形结构，且内基座位于工作台与外基座之间；外基座、内基座和工作台在水平面上的对应边相互平行且具有同一条中心线；

所述的工作台通过四个立式曲梁柔顺元件与内基座连接，所述的内基座通过四个卧式曲梁柔顺元件与外基座连接；

所述的外基座的左侧和后侧各安装两个C型驱动架，所述的C型驱动架的上部横杆上各安装一个压电陶瓷驱动器，所述的压电陶瓷驱动器的驱动端与内基座的上表面接触；

所述的外基座上表面的右侧和前侧各安装两个短L型驱动架，所述的短L型驱动架的长杆上各安装一个压电陶瓷驱动器，所述的压电陶瓷驱动器的驱动端与内基座的侧表面接触；

所述的外基座上表面的前侧和后侧各安装一个长L型驱动架，所述的长L型驱动架的长杆上各安装一个压电陶瓷驱动器，所述的压电陶瓷驱动器的驱动端与工作台的侧表面接触；

所述的外基座内表面的右侧、左侧和前侧各安装两个卧式L型驱动架；所述的卧式L型驱动架的长杆上各安装一个压电陶瓷驱动器，所述的压电陶瓷驱动器的驱动端与内基座的下表面接触。

进一步地，所述的立式曲梁柔顺元件的一端沿垂直方向与工作台的侧边连接、另一端沿垂直方向与内基座内表面的侧边连接；四个立式曲梁柔顺元件的内凹面的朝向同时为逆时针方向或顺时针方向；所述的卧式曲梁柔顺元件的一端沿水平方向与内基座的下侧边连接、另一端沿水平方向与外基座内表面的侧边连接；四个卧式曲梁柔顺元件的内凹面的朝向同时朝上或朝下。

进一步地，所述的外基座的左侧两个C型驱动架上的压电陶瓷驱动器中心线所在平面与工作台左右中心面平行；

所述的外基座的后侧两个C型驱动架上的压电陶瓷驱动器中心线所在平面与工作台前后中心面平行；

所述的外基座上表面的右侧和前侧的四个短L型驱动架上的压电陶瓷驱动器中心线所在平面与工作台上下中心面平行；

所述的外基座上表面的前侧和后侧的两个长L型驱动架上的压电陶瓷驱动器中心线呈水平方向且与工作台左右中心面平行，前侧和后侧的两个长L型驱动架上的压电陶瓷驱动器中心线关于工作台左右中心面反对称；

所述的外基座内表面的右侧、左侧和前侧的各两个卧式L型驱动架上的压电陶瓷驱动器中心线所在平面与工作台上下中心面垂直。

与现有的技术相比较，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型采用的六自由度混联空间曲梁柔顺机构为串并混联结构形式，克服单独串联或并联的缺点，实现其优势互补。内侧四个立式柔顺元件主要是为了实现X轴移动、Y轴移动和绕Z轴的旋转，外侧四个卧式柔顺元件主要是为了实现绕X轴旋转、绕Y轴旋转和Z轴的移动，从而实现空间六自由度的运动。

2、本实用新型可以利用曲梁不发生应力集中的特性，实现柔顺机构的大变形。

3、本实用新型加工方便、结构简单、无需润滑、机构精度高。

附图说明

图1为本实用新型的结构立体图；

图2为图1的俯视图；

图3为图2的A-A剖面图。

图4为图2的B-B剖面图。

图中：1、外基座，2、内基座，3、工作台，4、立式曲梁柔顺元件，5、卧式曲梁柔顺元件，6、短L型驱动架，7、长L型驱动架，8、卧式L型驱动架，9、C型驱动架，10、压电陶瓷驱动器。

具体实施方式

下图结合附图对本实用新型进一步地描述。如图1-4所示，一种六自由度混联曲梁空间柔顺机构，包括外基座1、内基座2、工作台3、曲梁柔顺元件和压电陶瓷驱动器10；所述的曲梁柔顺元件包括立式曲梁柔顺元件4和卧式曲梁柔顺元件5；所述的外基座1、内基座2和工作台3均为矩形结构，且内基座2位于工作台3与外基座1之间；外基座1、内基座2和工作台3在水平面上的对应边相互平行且具有同一条中心线；

所述的工作台3通过四个立式曲梁柔顺元件4与内基座2连接，所述的内基座2通过四个卧式曲梁柔顺元件5与外基座1连接；

所述的外基座1的左侧和后侧各安装两个C型驱动架9，所述的C型驱动架9的上部横杆上各安装一个压电陶瓷驱动器10，所述的压电陶瓷驱动器10的驱动端与内基座2的上表面接触；

所述的外基座1上表面的右侧和前侧各安装两个短L型驱动架6，所述的短L型驱动架6的长杆上各安装一个压电陶瓷驱动器10，所述的压电陶瓷驱动器10的驱动端与内基座2的侧表面接触；

所述的外基座1上表面的前侧和后侧各安装一个长L型驱动架7，所述的长L型驱动架7的长杆上各安装一个压电陶瓷驱动器10，所述的压电陶瓷驱动器10的驱动端与工作台3的侧表面接触；

所述的外基座1内表面的右侧、左侧和前侧各安装两个卧式L型驱动架8；所述的卧式L型驱动架8的长杆上各安装一个压电陶瓷驱动器10，所述的压电陶瓷驱动器10的驱动端与内基座2的下表面接触。

进一步地，所述的立式曲梁柔顺元件4的一端沿垂直方向与工作台3的侧边连接、另一端沿垂直方向与内基座2内表面的侧边连接；四个立式曲梁柔顺元件4的内凹面的朝向同时为逆时针方向或顺时针方向；所述的卧式曲梁柔顺元件5的一端沿水平方向与内基座2的下侧边连接、另一端沿水平方向与外基座1内表面的侧边连接；四个卧式曲梁柔顺元件5的内凹面的朝向同时朝上或朝下。

进一步地，所述的外基座1的左侧两个C型驱动架9上的压电陶瓷驱动器10中心线所在平面与工作台3左右中心面平行；

所述的外基座1的后侧两个C型驱动架9上的压电陶瓷驱动器10中心线所在平面与工作台3前后中心面平行；

所述的外基座1上表面的右侧和前侧的四个短L型驱动架6上的压电陶瓷驱动器10中心线所在平面与工作台3上下中心面平行；

所述的外基座1上表面的前侧和后侧的两个长L型驱动架7上的压电陶瓷驱动器10中心线呈水平方向且与工作台3左右中心面平行，前侧和后侧的两个长L型驱动架7上的压电陶瓷驱动器10中心线关于工作台3左右中心面反对称；

所述的外基座1内表面的右侧、左侧和前侧的各两个卧式L型驱动架8上的压电陶瓷驱动器10中心线所在平面与工作台3上下中心面垂直。

本实用新型的工作原理如下：

本实用新型利用压电控制器输入驱动电压，通过外基座1上表面右侧的两个短L型驱动架6上的压电陶瓷驱动器10使工作台3产生了X轴的移动。利用压电控制器输入驱动电压，通过外基座1上表面前侧两个短L型驱动架6上的压电陶瓷驱动器10使工作台3产生了Y轴的移动。利用压电控制器输入驱动电压，通过外基座1内表面左侧和右侧的4个卧式L型驱动架8上的压电陶瓷驱动器10使工作台3产生了Z轴的移动。利用压电控制器输入驱动电压，通过外基座1上表面后侧的两个C型驱动架9和外基座1内表面前侧的两个卧式L型驱动架8上的压电陶瓷驱动器10使工作台3受到两对大小相等、方向相反的驱动力作用，从而产生了绕X轴的转动。利用压电控制器输入驱动电压，通过外基座1上表面左侧的两个C型驱动架9和外基座1内表面右侧的两个卧式L型驱动架8上的压电陶瓷驱动器10，使工作台3受到两对大小相等、方向相反的驱动力作用，从而产生了绕Y轴的转动。利用压电控制器输入驱动电压，通过外基座1上表面的两个长L型驱动架7上的压电陶瓷驱动器10，使工作台3受到一对大小相等、方向相反的驱动力作用，从而产生了绕Z轴的转动。

本实用新型不局限于本实施例，任何在本实用新型披露的技术范围内的等同构思或者改变，均列为本实用新型的保护范围。

Claims (3)

1.一种六自由度混联曲梁空间柔顺机构，其特征在于：包括外基座(1)、内基座(2)、工作台(3)、曲梁柔顺元件和压电陶瓷驱动器(10)；所述的曲梁柔顺元件包括立式曲梁柔顺元件(4)和卧式曲梁柔顺元件(5)；所述的外基座(1)、内基座(2)和工作台(3)均为矩形结构，且内基座(2)位于工作台(3)与外基座(1)之间；外基座(1)、内基座(2)和工作台(3)在水平面上的对应边相互平行且具有同一条中心线；

所述的工作台(3)通过四个立式曲梁柔顺元件(4)与内基座(2)连接，所述的内基座(2)通过四个卧式曲梁柔顺元件(5)与外基座(1)连接；

所述的外基座(1)的左侧和后侧各安装两个C型驱动架(9)，所述的C型驱动架(9)的上部横杆上各安装一个压电陶瓷驱动器(10)，所述的压电陶瓷驱动器(10)的驱动端与内基座(2)的上表面接触；

所述的外基座(1)上表面的右侧和前侧各安装两个短L型驱动架(6)，所述的短L型驱动架(6)的长杆上各安装一个压电陶瓷驱动器(10)，所述的压电陶瓷驱动器(10)的驱动端与内基座(2)的侧表面接触；

所述的外基座(1)上表面的前侧和后侧各安装一个长L型驱动架(7)，所述的长L型驱动架(7)的长杆上各安装一个压电陶瓷驱动器(10)，所述的压电陶瓷驱动器(10)的驱动端与工作台(3)的侧表面接触；

所述的外基座(1)内表面的右侧、左侧和前侧各安装两个卧式L型驱动架(8)；所述的卧式L型驱动架(8)的长杆上各安装一个压电陶瓷驱动器(10)，所述的压电陶瓷驱动器(10)的驱动端与内基座(2)的下表面接触。

2.根据权利要求1所述的一种六自由度混联曲梁空间柔顺机构，其特征在于：所述的立式曲梁柔顺元件(4)的一端沿垂直方向与工作台(3)的侧边连接、另一端沿垂直方向与内基座(2)内表面的侧边连接；四个立式曲梁柔顺元件(4)的内凹面的朝向同时为逆时针方向或顺时针方向；所述的卧式曲梁柔顺元件(5)的一端沿水平方向与内基座(2)的下侧边连接、另一端沿水平方向与外基座(1)内表面的侧边连接；四个卧式曲梁柔顺元件(5)的内凹面的朝向同时朝上或朝下。

3.根据权利要求1所述的一种六自由度混联曲梁空间柔顺机构，其特征在于：所述的外基座(1)的左侧两个C型驱动架(9)上的压电陶瓷驱动器(10)中心线所在平面与工作台(3)左右中心面平行；

所述的外基座(1)的后侧两个C型驱动架(9)上的压电陶瓷驱动器(10)中心线所在平面与工作台(3)前后中心面平行；

所述的外基座(1)上表面的右侧和前侧的四个短L型驱动架(6)上的压电陶瓷驱动器(10)中心线所在平面与工作台(3)上下中心面平行；

所述的外基座(1)上表面的前侧和后侧的两个长L型驱动架(7)上的压电陶瓷驱动器(10)中心线呈水平方向且与工作台(3)左右中心面平行，前侧和后侧的两个长L型驱动架(7)上的压电陶瓷驱动器(10)中心线关于工作台(3)左右中心面反对称；

所述的外基座(1)内表面的右侧、左侧和前侧的各两个卧式L型驱动架(8)上的压电陶瓷驱动器(10)中心线所在平面与工作台(3)上下中心面垂直。