CN2466767Y - 六自由度超精密定位及微细操作平台 - Google Patents

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宗光华
毕树生
陈瑜
赵波
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Abstract

本实用新型涉及一种用于精密自动定位的六自由度微细操作装置。它由上下两部分Ⅰ、Ⅱ串接而成,即上半部分Ⅰ的基架1,也是下半部分Ⅱ的运动输出平台1。上半部分Ⅰ的运动平台8与基架1之间由三条支链4连接;下半部分Ⅱ由运动平台1、垫块27、基平台26、压电陶瓷致动器36等组成。基平台26上包含三条运动支链。由于采用了压电陶瓷作为致动器,保证了驱动源的高精度运动输出和快的响应速度,又由于各转动副均采用了柔性铰链,因此保证了运动传递的连续性、无洄滞、无摩擦,没有机械损耗。

Description

六自由度超精密定位及微细操作平台
本实用新型涉及一种用于六维空间内精密自动定位及微细操作平台。
目前，广泛用于各领域的精密定位装置的传动方式多是由多个零部件组成的机械式硬摩擦传动，因此，不可避免地存在着间隙、摩擦洄滞，且易发热，定位精度很难提升到“亚微米”、“纳米”级；近几年出现的压电陶瓷致动柔性铰链形式的超精密定位装置，具有无间隙、无摩擦、免润滑、不发热等优点，精度也能达到“纳米”，但是，它只能是单方向定位，若要多方向定位时，它只能是各单方向定位的装置的叠加组装而成，因此，会产生累积误差，使得结构复杂。
本实用新型的目的是，制造一种具有亚微米级定位精度、无摩擦、无间隙、不发热、累积误差小，可在空间内六个自由度上实现精密定位和角度调整的微细操作平台。
本实用新型的技术解决方案是，整个装置由上下两部分串接而成，下半部分的运动输出平台同时又是上半部分的基架。
上半部分的运动平台与基架之间由三条支链连接，并呈均匀对称分布；每条支链上的支架与连架杆之间由与之为一体的转动副柔性铰链相接，连架杆与两个连杆之间由两个与之为一体的转动副柔性铰链相接，两个连杆与另外一个连杆之间由另外两个与之为一体的转动副柔性铰链相接，连杆与连接杆之间通过球副柔性铰链相接，连杆与嵌放压电陶瓷致动器的凸台之间由另外一个转动副柔性铰链相接，各支链与基架及运动平台之间均通过螺钉和圆柱销钉连接。
下半部分由运动平台、垫块、基平台、压电陶瓷组成，基平台上均匀分布着三条支链，每个支链上的连接杆与连杆之间由与之为一体的柔性铰链相接，连杆与连架杆由另一个与之为一体的柔性铰链相接，连架杆与嵌放压电陶瓷致动器的开槽和基平台体分别由另外两个柔性铰链相接，基平台和运动平台之间通过垫块由螺钉和圆柱销钉连接。
本实用新型由于采用了压电陶瓷作为致动器，保证了驱动源的高精度运动输出和快的响应速度，输出力大，不产生磁场，又由于各转动副均采用了柔性铰链，因此保证了运动传递的连续性、无洄滞、无摩擦、免润滑，没有机械损耗，且结构紧凑。本实用新型既可单独作为微操作、微定位平台用，也可装配在工业机械手的末端，完成大工作范围内的精密定位及误差补偿用。应用领域包括光学工程中的光纤对接、光路校正、生物工程中的细胞或基因操作、医学工程中的显微外科手术、微电子机械加工与装配、生物芯片的制作及物理近场光学的研究等。
图1为本实用新型的外型图；
图2为本实用新型的上半部分I的外型图；
图3为本实用新型上半部分I中单条支链4的结构示意图；
图4为本实用新型的下半部分II的外型图；
图5为本实用新型的下半部分II中垫快27的结构示意图；
图6为本实用新型下半部分II中基平台26的结构示意图。
本实用新型由上下两部分I、II串接而成，上半部分I的基架1同时又是下半部分II的运动输出平台1。
上半部分I包括运动平台8、支链4、基架1、压电陶瓷致动器5。运动平台8与基架1之间由三条运动支链4连接，且呈均匀对称分布；每条支链上包括支架9，转动副柔性铰链10、12、13、18、19、21，连架杆15，连杆11、16、20，连接杆23及球副柔性铰链22；一条支链由一块材料加工而成，支架9与连架杆15之间由与之为一体的转动副柔性铰链10相接，连架杆15与两个连杆11及20之间由两个与之为一体的转动副柔性铰链12及19相接，连杆11及20与另外一个连杆16之间由另外两个与之为一体的转动副柔性铰链13及21相接，连杆16与连接杆23之间通过球副柔性铰链22相接；连杆20与嵌放压电陶瓷致动器5的凸台17之间由另外一个与之为一体的转动副柔性铰链18相接；压电陶瓷致动器5嵌放在支链4的开槽内，一端顶住凸台17，另一端与连架杆15上的凸台14接触，并保证有一定的预紧力；柔性铰链18的作用是保证在压电陶瓷致动器5驱动过程中连杆20能绕柔性铰链19及21自由转动；用沉头螺钉2和圆柱销3将各支链与基平台固接起来；用螺钉7及圆柱销钉6将各支链4与运动平台8固接起来。
下半部分II包括运动平台1、垫块27、基平台26、压电陶瓷致动器37。基平台26包含三条运动支链，且呈均匀对称分布。每条运动支链包括机架28、柔性铰链29、30、33、35，连架杆32、连杆34和连接杆36，每个柔性铰链相当于一个转动副；基平台26由一块材料加工而成，柔性铰链29、30、33、35，连架杆32、连杆34、连接杆36及凸台31均为一个整体。通过螺钉25和圆柱销24将运动平台1、垫块27分别和基平台26中三条支链中的连接杆36固接在一起，作为本实用新型的运动输出平台，垫快27的作用是使运动平台1与基平台26之间隔开一定距离；连接杆36与连杆34之间由与之为一体的柔性铰链35相接，连杆34与连架杆32之间由柔性铰链33相接，连架杆32与机架28及凸台31之间由与之为一体的柔性铰链29和30连接；压电陶瓷致动器37嵌放在基平台26的开槽内，并保证有一定的预紧力；柔性铰链30的作用是保证在压电陶瓷致动器37驱动过程中连架杆32能绕柔性铰链29自由转动。

Claims (1)

1.一种由压电陶瓷致动器、柔性铰链组成的六自由度超精密定位及微细操作平台，其特征是，由上下两部分串接而成，下半部分的运动输出平台同时又是上半部分的基架；上半部分的运动平台与基架之间由三条支链连接，每条支链上的支架与连架杆之间由与之为一体的转动副柔性铰链相接，连架杆与两个连杆之间由两个与之为一体的转动副柔性铰链相接，两个连杆与另外一个连杆之间由另外两个与之为一体的转动副柔性铰链相接，连杆与连接杆之间通过球副柔性铰链相接，连杆与嵌放压电陶瓷致动器的凸台之间由另外一个转动副柔性铰链相接，各支链与基架及运动平台之间均通过螺钉和圆柱销钉连接；下半部分由运动平台、垫块、基平台、压电陶瓷组成，基平台上均匀分布着三条支链，每个支链上的连接杆与连杆之间由与之为一体的柔性铰链相接，连杆与连架杆由另一个与之为一体的柔性铰链相接，连架杆与嵌放压电陶瓷致动器的开槽和基平台体分别由另外两个柔性铰链相接，基平台和运动平台之间通过垫块由螺钉和圆柱销钉连接。
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