CN1601171A - 冗余度单层并联三自由度一体式柔顺精密定位平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有冗余度的单层并联三自由度一体式柔顺精密定位平台。本发明包括基座，运动平台，运动平台与基座通过四组柔顺位移放大机构连接；这四组放大机构呈90°旋转对称分布在运动平台的四侧。本发明能达到纳米级定位精度，定位平台具有很好的可操作性，可避免接近奇异位形，有效克服输入、输出耦合问题，增加其工作灵活性。本发明可通过采用二级或更高级别的柔顺放大机构扩大工作台的运动范围。
Description
技术领域
本发明涉及一种柔顺精密定位平台，具体是一种可实现沿X、Y方向的精密定位及绕Z轴的角度精细调整的具有冗余度的柔顺精密定位平台。
背景技术
目前，精密定位平台都不具有驱动冗余性能。如果运动平台处于奇异位形，将失去一个或数个自由度而降低完成任务的能力。因此，可以通过增加一个或数个驱动输入来改善工作台的工作能力，满足避免接近奇异位形等要求。这种冗余度精密定位平台能够优化可操作性、改善运动学和动力学特性。另外，现有的三自由度精密定位平台一般均存在输入、输出耦合问题，从而影响了工作精度，增加了控制难度。
发明内容
本发明的目的在于针对已有技术所存在的缺点，提供一种新颖的冗余度单层并联三自由度一体式柔顺精密定位平台。该定位平台可同时避免接近奇异位形、优化可操作度、改善运动学和动力学特性，而且整个定位平台本体是单层一体式的，可以由一块材料加工而成。
为达到上述目的，本发明采取了下述技术方案：
冗余度单层并联三自由度一体式柔顺精密定位平台，包括运动平台2及基座1，其特征在于运动平台2及基座1之间采用四组位移放大机构9柔性铰链连接；这四组放大机构呈90°旋转对称分布在运动平台的四侧。
所述的位移放大机构9由主动构件3，柔性铰链4、5、6，7及连杆8构成；位移放大机构9的主动构件3与基座1之间由柔性铰链4连接，主动构件3与放大机构的连杆8之间由柔性铰链5相接，连杆3与与伸缩制动器10之间通过柔性铰链7连接，连杆8与运动平台2通过另一柔性铰链6连接。
上述的位移放大机构9也可为二级位移放大机构，由主动构件3，柔性铰链4、5、6、7、11、12，连杆8、13构成；位移放大机构的主动构件3与基座1之间由柔性铰链4连接，主动构件3与连杆13之间由柔性铰链12相接，主动构件3与伸缩制动器10之间由柔性铰链7相接；连杆13与基座1通过柔性铰链11相接，连杆13与连杆8通过柔性铰链5连接，连杆8与运动平台2通过柔性铰链6连接。
上述的位移放大机构9还可为三级位移放大机构，由主动构件3，柔性铰链4、5、6、7、11、12、14、15，连杆8、13、16构成；位移放大机构的主动构件3与基座1之间由柔性铰链4连接，主动构件3与连杆13之间由柔性铰链12相接，主动构件3与伸缩制动器10之间由柔性铰链7相接，；连杆13与基座1通过柔性铰链11相接，连杆13与连杆16通过柔性铰链14连接，连杆16与基座1通过柔性铰链15连接，连杆16与连杆8通过柔性铰链5连接，连杆8与运动平台2通过柔性铰链6连接。
主动构件的输入由伸缩致动器完成。
所述的位移放大机构可以是一级或多级放大机构。
与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明采用了四组驱动输入，而定位平台只有三个自由度，这个冗余驱动增加了定位平台可操作性，可以满足运动学要求，通过进一步增加放大机构的级数还可以扩大定位平台的工作范围；由于采用了四组柔性铰链，保证了运动传递的无间隙、无摩擦、免润滑、高精度性和高稳定性；由于采用了对称结构，可以有效避免输入、输出的耦合效应，避免积累误差，有效提高平台的精度；由于采用了位移放大机构，可将伸缩致动器的伸缩量依倍率放大，可以实现运动平台在较大范围运动；由于运动平台和基座都是集成在单层一体式上的，可以由一块材料加工而成，实现免装配。
本发明不仅能达到纳米级定位精度，而且整个定位平台本体的可操作度、运动学和动力学特性都能得到很大的改善。冗余度精密定位平台在满足运动学要求的同时，还可以扩大定位平台的工作范围，增加其工作灵活性，有效克服输入、输出耦合问题。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的另一种结构示意图；
图3为本发明的另一种结构示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图来对本发明作进一步说明。
如附图1所示，本发明包括运动平台2及基座1，其特征在于运动平台2及基座1之间采用四组位移放大机构9柔性铰链连接；这四组放大机构呈90°旋转对称分布在运动平台的四侧。
所述的位移放大机构9由主动构件3，柔性铰链4、5、6，7及连杆8构成；位移放大机构9的主动构件3与基座1之间由柔性铰链4连接，主动构件3与放大机构的连杆8之间由柔性铰链5相接，连杆3与与伸缩制动器10之间通过柔性铰链7连接，连杆8与运动平台2通过另一柔性铰链6连接。
本发明采用了四组驱动输入，而定位平台只有三个自由度，这个冗余驱动增加了定位平台可操作性，可以满足运动学要求，通过进一步增加放大机构的级数还可以扩大定位平台的工作范围；由于采用了四组柔性铰链，保证了运动传递的无间隙、无摩擦、免润滑、高精度性和高稳定性；由于采用了对称结构，可以有效避免输入、输出的耦合效应，避免积累误差，有效提高平台的精度；由于采用了位移放大机构，可将伸缩致动器的伸缩量依倍率放大，可以实现运动平台在较大范围运动；由于运动平台和基座都是集成在单层一体式上的，可以由一块材料加工而成，实现免装配。
本发明不仅能达到纳米级定位精度，而且整个定位平台本体的可操作度、运动学和动力学特性都能得到很大的改善。冗余度精密定位平台在满足运动学要求的同时，还可以扩大定位平台的工作范围，增加其工作灵活性，有效克服输入、输出耦合问题。
图1给出是一级放大机构，为了增加平台2的运动范围，图1中的一级放大机构可由图2和图3所示的二级放大机构和三级放大机构取代。
如附图2所示，本发明包括运动平台2及基座1，其特征在于运动平台2及基座1之间采用四组位移放大机构9柔性铰链连接；这四组放大机构呈90°旋转对称分布在运动平台的四侧。
所述的位移放大机构9也可为二级位移放大机构，由主动构件3，柔性铰链4、5、6、7、11、12，连杆8、13构成；位移放大机构的主动构件3与基座1之间由柔性铰链4连接，主动构件3与连杆13之间由柔性铰链12相接，主动构件3与伸缩制动器10之间由柔性铰链7相接；连杆13与基座1通过柔性铰链11相接，连杆13与连杆8通过柔性铰链5连接，连杆8与运动平台2通过柔性铰链6连接。
如附图3所示，本发明包括运动平台2及基座1，其特征在于运动平台2及基座1之间采用四组位移放大机构9柔性铰链连接；这四组放大机构呈90°旋转对称分布在运动平台的四侧。
上述的位移放大机构9还可为三级位移放大机构，由主动构件3，柔性铰链4、5、6、7、11、12、14、15，连杆8、13、16构成；位移放大机构的主动构件3与基座1之间由柔性铰链4连接，主动构件3与连杆13之间由柔性铰链12相接，主动构件3与伸缩制动器10之间由柔性铰链7相接，；连杆13与基座1通过柔性铰链11相接，连杆13与连杆16通过柔性铰链14连接，连杆16与基座1通过柔性铰链15连接，连杆16与连杆8通过柔性铰链5连接，连杆8与运动平台2通过柔性铰链6连接。
Claims (4)
1、冗余度单层并联三自由度一体式柔顺精密定位平台，包括运动平台(2)及基座(1)，其特征在于运动平台(2)及基座(1)之间采用四组位移放大机构(9)连接；这四组放大机构呈90°旋转对称分布在运动平台的四侧。
2、根据权利要求1所述的冗余度单层并联三自由度一体式柔顺精密定位平台，其特征在于所述的位移放大机构(9)由主动构件(3)，柔性铰链(4)、(5)、(6)，(7)及连杆(8)构成；位移放大机构(9)的主动构件(3)与基座(1)之间由柔性铰链(4)连接，主动构件(3)与放大机构的连杆(8)之间由柔性铰链(5)相接，连杆(3)与与伸缩制动器(10)之间通过柔性铰链(7)连接，连杆(8)与运动平台(2)通过另一柔性铰链(6)连接。
3、根据权利要求1所述的冗余度单层并联三自由度一体式柔顺精密定位平台，其特征在于所述的位移放大机构(9)为二级位移放大机构，由主动构件(3)，柔性铰链(4)、(5)、(6)、(7)、(11)、(12)，连杆(8)、(13)构成；位移放大机构的主动构件(3)与基座(1)之间由柔性铰链(4)连接，主动构件(3)与连杆(13)之间由柔性铰链(12)相接，主动构件(3)与伸缩制动器(10)之间由柔性铰链(7)相接，；连杆(13)与基座(1)通过柔性铰链(11)相接，连杆(13)与连杆(8)通过柔性铰链(5)连接，连杆(8)与运动平台(2)通过柔性铰链(6)连接。
4、根据权利要求1所述的冗余度单层并联三自由度一体式柔顺精密定位平台，其特征在于所述的位移放大机构(9)为三级位移放大机构，由主动构件(3)，柔性铰链(4)、(5)、(6)、(7)、(11)、(12)、(14)、(15)，连杆(8)、(13)、(16)构成；位移放大机构的主动构件(3)与基座(1)之间由柔性铰链(4)连接，主动构件(3)与连杆(13)之间由柔性铰链(12)相接，主动构件(3)与伸缩制动器(10)之间由柔性铰链(7)相接，；连杆(13)与基座(1)通过柔性铰链(11)相接，连杆(13)与连杆(16)通过柔性铰链(14)连接，连杆(16)与基座(1)通过柔性铰链(15)连接，连杆(16)与连杆(8)通过柔性铰链(5)连接，连杆(8)与运动平台(2)通过柔性铰链(6)连接。
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