CN210865634U - 一种可实现运动解耦的大行程两自由度柔顺精密定位平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可实现运动解耦的大行程两自由度柔顺精密定位平台，包括：定平台；动平台，其通过若干平移机构与所述定平台连接；若干压电陶瓷驱动器，若干压电陶瓷驱动器与若干平移机构对应设置，所述压电陶瓷驱动器向所述平移机构施加外力使其移动，所述平移机构移动的距离大于所述压电陶瓷驱动器伸出或收缩的距离。本实用新型采用铰链替代法进行了新型柔顺机构和柔顺精密定位平台设计，实现平面内两自由度运动，并可实现运动的解耦和大行程运动。

Description

一种可实现运动解耦的大行程两自由度柔顺精密定位平台

技术领域

本实用新型涉及精密机械设备领域。更具体地说，本实用新型涉及一种可实现运动解耦的大行程两自由度柔顺精密定位平台。

背景技术

柔顺机构是依靠自身的弹性变形来传递能量、力和运动的一种新型机构，这一研究领域是在传统刚性机构学科基础上建立起来的，采用新的思路进行机构设计和控制。传统机械结构通过连接件进行连接和配合，设计时通常要避免杆件的变形对运动带来的不确定性，而柔顺机构恰恰要充分利用杆件或关节的变形来传递运动，通过对柔顺铰链和杆件变形的研究实现变形的控制，进而可以借助柔顺机构实现高精度的目标运动。

柔顺机构的优势在于采用一体成型，消除了构件间的连接和配合，不存在摩擦、润滑和磨损的问题，可减少加工、装配和维护的负担，由此，柔顺机构更适用于微机械系统，实现高精度运动。基于柔顺机构设计和建模控制的柔顺精密定位平台在近年来发展迅速，学者从机构设计、平台性能优化等角度出发进行了多样化的柔顺精密定位平台设计，从单自由度到多自由度，从大行程到宏微结合，从单精度到双精度，可分别适应不同的工作条件，满足不同的运动需求。压电陶瓷的小行程局限了柔顺定位平台的应用范围，而平台运动中的耦合现象也给运动精度带来了干扰。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本实用新型还有一个目的是提供一种可实现运动解耦的大行程两自由度柔顺精密定位平台，采用铰链替代法进行了新型柔顺机构和柔顺精密定位平台设计，实现平面内两自由度运动，并可实现运动的解耦和大行程运动。

为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，提供了一种可实现运动解耦的大行程两自由度柔顺精密定位平台，包括：

定平台；

动平台，其通过若干平移机构与所述定平台连接；

若干压电陶瓷驱动器，若干压电陶瓷驱动器与若干平移机构对应设置，所述压电陶瓷驱动器向所述平移机构施加外力使其移动，所述平移机构移动的距离大于所述压电陶瓷驱动器伸出或收缩的距离。

优选的是，所述定平台呈圆环形结构。

优选的是，所述动平台呈圆形结构，所述定平台和所述动平台为嵌套式结构。

优选的是，所述平移机构包括杠杆放大机构和柔性导向机构，所述杠杆放大机构带动所述柔性导向机构移动，从而使所述动平台发生移动。

优选的是，所述杠杆放大机构包括一级杠杆组件和二级杠杆组件，所述压电陶瓷驱动器向所述一级杠杆组件施加力，使所述一级杠杆组件向近所述定平台的一侧移动，从而带动所述二级杠杆组件向近所述定平台的一侧移动。

优选的是，所述一级杠杆组件包括一对第一支撑杆、第一柔性杆，一对第一支撑杆水平平行固定在所述定平台内侧，且分布在所述压电陶瓷驱动器两侧，一对支撑杆的自由端固定所述第一柔性杆，所述压电陶瓷驱动器向所述第一柔性杆施加力时，所述第一柔性杆的两端分别向近所述定平台的一侧移动。

优选的是，所述二级杠杆组件包括一对第二支撑杆、一对第三支撑杆、第二柔性杆，所述第一柔性杆的两端分别固定一对第二支撑杆，一对第二支撑杆的两外侧分布一对第三支撑杆，且固定在所述定平台上，一对第一支撑杆、一对第二支撑杆、一对第三支撑杆互相平行，一对第二支撑杆的自由端、一对第三支撑杆的自由端固定所述第二柔性杆，所述第二柔性杆连接所述柔性导向机构。

优选的是，所述柔性导向机构包括连接杆和“匚”形的第三柔性杆，所述连接杆一端连接所述杠杆放大机构、另一端连接所述第三柔性杆的中点，所述第三柔性杆的自由端连接所述动平台。

本实用新型至少包括以下有益效果：

精密定位平台采用新型柔顺机构设计，可实现平面两自由度运动的解耦；

精密定位平台设计中加入杠杆放大机构，可实现大行程运动；

精密定位平台设计改变传统平台外形，采用圆形平台外形，使平台的实验条件适应能力更强，且更加美观。

本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本实用新型其中一个技术方案的可实现运动解耦的大行程两自由度柔顺精密定位平台的结构图；

图2为本实用新型其中一个技术方案的一级杠杆组件的工作原理图；

图3为本实用新型其中一个技术方案的二级杠杆组件的工作原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

在本实用新型的描述中，术语“中点”、“水平”、“一侧”、“两侧”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

如图1～3所示，本实用新型提供一种可实现运动解耦的大行程两自由度柔顺精密定位平台，包括：

定平台1，为平移机构3提供固定的位置；

动平台2，其通过若干平移机构3与所述定平台1连接，在平移机构3移动时，动平台2随平移机构3移动；

若干压电陶瓷驱动器4，若干压电陶瓷驱动器4与若干平移机构3对应设置，所述压电陶瓷驱动器4向所述平移机构3施加力使其移动，所述平移机构3移动的距离大于所述压电陶瓷驱动器4伸出或收缩的距离，所述平移机构3具有放大所述压电陶瓷驱动器4移动行程的作用。

在上述技术方案中，压电陶瓷驱动器4通电后，压电陶瓷驱动器4向对应的平移机构3施加力，使平移机构3移动，平移机构3移动的距离大于所述压电陶瓷驱动器4伸出或收缩的距离，平移机构3的移动带动动平台2向该平移机构3的方向发生移动。

基于上述技术方案，所述定平台1呈圆环形结构，压电陶瓷驱动器4固定在定平台1内侧，为固定压电陶瓷驱动器4和若干平移机构3提供结构基础。

基于上述技术方案，所述动平台2呈圆形结构，所述定平台1和所述动平台2为嵌套式结构，所述动平台2设于所述定平台1的中心位置。

基于上述技术方案，所述平移机构3包括杠杆放大机构31和柔性导向机构32，所述杠杆放大机构31带动所述柔性导向机构32移动，从而使所述动平台2发生移动，实现动平台2的多方向移动。

基于上述技术方案，所述杠杆放大机构31包括一级杠杆组件311和二级杠杆组件312，所述压电陶瓷驱动器4向所述一级杠杆组件311施加力，使所述一级杠杆组件311向近所述定平台1的一侧移动，所述一级杠杆组件311移动的距离X'大于压电陶瓷驱动器4伸出或收缩的距离X，所述一级杠杆组件311的移动带动所述二级杠杆组件312向近所述定平台1的一侧移动，改变动平台2在定平台1内的相对位置，所述杠杆放大机构31起到放大压电陶瓷驱动器4行程的作用。

基于上述技术方案，所述一级杠杆组件311包括一对第一支撑杆3111、第一柔性杆3112，一对第一支撑杆3111水平平行固定在所述定平台1内侧，且分布在所述压电陶瓷驱动器4两侧，一对支撑杆的自由端固定所述第一柔性杆3112，所述压电陶瓷驱动器4向所述第一柔性杆3112施加力时，所述第一柔性杆3112的两端分别向近所述定平台1的一侧移动，第一支撑杆3111成为第一柔性杆3112转动的支撑点，压电陶瓷驱动器4至第一支撑杆3111的距离小于压电陶瓷驱动器4至第一柔性杆3112端点的距离，因此，第一柔性杆3112两端移动的距离X'大于压电陶瓷驱动器4移动的距离X，起到放大压电陶瓷驱动器4移动行程的作用。

基于上述技术方案，所述二级杠杆组件312包括一对第二支撑杆3121、一对第三支撑杆3122、第二柔性杆3123，所述第一柔性杆3112的两端分别固定一对第二支撑杆3121，一对第二支撑杆3121的两外侧分布一对第三支撑杆3122，且固定在所述定平台1上，一对第一支撑杆3111、一对第二支撑杆3121、一对第三支撑杆3122互相平行，一对第二支撑杆3121的自由端、一对第三支撑杆3122的自由端固定所述第二柔性杆3123，所述第二柔性杆3123的中间点连接所述柔性导向机构32，当第一柔性杆3112两端向近所述定平台1一侧移动时，一对第二支撑杆3121也向近所述定平台1的一侧移动，进而将第二柔性杆3123向近所述定平台1的一侧拉动，一对第三支撑杆3122成为第二柔性杆3123转动的支撑点，第二支撑杆3121至第三支撑杆3122的距离小于第二柔性杆3123中间点至第三支撑杆3122的距离，因此，第二支撑杆3121向下移动的距离X'小于第二柔性杆3123中间点向下移动的距离X"，从而起到放大第一柔性杆3112两端向近定平台1一侧移动的距离X'，进而起到进一步放大压电陶瓷驱动器4移动行程的作用。

基于上述技术方案，所述柔性导向机构32包括连接杆321和“匚”形的第三柔性杆322，所述连接杆321一端连接所述杠杆放大机构31、另一端连接所述第三柔性杆322的中间点，所述第三柔性杆322的自由端连接所述动平台2，第三柔性杆322可起到变形的作用，当杠杆放大机构31将动平台2向该杠杆放大机构31方向上移动时，除该杠杆放大机构31对应的柔性导向机构32外其余柔性导向机构32均发生变形，保持动平台2其它方向上相对定平台1的位置不发生变化。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种可实现运动解耦的大行程两自由度柔顺精密定位平台，其特征在于，包括：

定平台(1)；

动平台(2)，其通过若干平移机构(3)与所述定平台(1)连接；

若干压电陶瓷驱动器(4)，若干压电陶瓷驱动器(4)与若干平移机构(3)对应设置，所述压电陶瓷驱动器(4)向所述平移机构(3)施加外力使其移动，所述平移机构(3)移动的距离大于所述压电陶瓷驱动器(4)伸出或收缩的距离。

2.如权利要求1所述的可实现运动解耦的大行程两自由度柔顺精密定位平台，其特征在于，所述定平台(1)呈圆环形结构。

3.如权利要求1所述的可实现运动解耦的大行程两自由度柔顺精密定位平台，其特征在于，所述动平台(2)呈圆形结构，所述定平台(1)和所述动平台(2)为嵌套式结构。

4.如权利要求1所述的可实现运动解耦的大行程两自由度柔顺精密定位平台，其特征在于，所述平移机构(3)包括杠杆放大机构(31)和柔性导向机构(32)，所述杠杆放大机构(31)带动所述柔性导向机构(32)移动，从而使所述动平台(2)发生移动。

5.如权利要求4所述的可实现运动解耦的大行程两自由度柔顺精密定位平台，其特征在于，所述杠杆放大机构(31)包括一级杠杆组件(311)和二级杠杆组件(312)，所述压电陶瓷驱动器(4)向所述一级杠杆组件(311)施加力，使所述一级杠杆组件(311)向近所述定平台(1)的一侧移动，从而带动所述二级杠杆组件(312)向近所述定平台(1)的一侧移动。

6.如权利要求5所述的可实现运动解耦的大行程两自由度柔顺精密定位平台，其特征在于，所述一级杠杆组件(311)包括一对第一支撑杆(3111)、第一柔性杆(3112)，一对第一支撑杆(3111)水平平行固定在所述定平台(1)内侧，且分布在所述压电陶瓷驱动器(4)两侧，一对第一支撑杆(3111)的自由端固定所述第一柔性杆(3112)，所述压电陶瓷驱动器(4)向所述第一柔性杆(3112)施加力时，所述第一柔性杆(3112)的两端分别向近所述定平台(1)的一侧移动。

7.如权利要求6所述的可实现运动解耦的大行程两自由度柔顺精密定位平台，其特征在于，所述二级杠杆组件(312)包括一对第二支撑杆(3121)、一对第三支撑杆(3122)、第二柔性杆(3123)，所述第一柔性杆(3112)的两端分别固定一对第二支撑杆(3121)，一对第二支撑杆(3121)的两外侧分布一对第三支撑杆(3122)，且固定在所述定平台(1)上，一对第一支撑杆(3111)、一对第二支撑杆(3121)、一对第三支撑杆(3122)互相平行，一对第二支撑杆(3121)的自由端、一对第三支撑杆(3122)的自由端固定所述第二柔性杆(3123)，所述第二柔性杆(3123)连接所述柔性导向机构(32)。

8.如权利要求4所述的可实现运动解耦的大行程两自由度柔顺精密定位平台，其特征在于，所述柔性导向机构(32)包括连接杆(321)和“匚”形的第三柔性杆(322)，所述连接杆(321)一端连接所述杠杆放大机构(31)、另一端连接所述第三柔性杆(322)的中点，所述第三柔性杆(322)的自由端连接所述动平台(2)。

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