一種運動解耦的兩自由度柔順并聯機構的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種運動解耦的兩自由度柔順并聯機構，包括基座、動平臺、X軸支鏈和Y軸支鏈，所述的基座和所述的動平臺通過X軸支鏈和Y軸支鏈連接；所述X軸支鏈和Y軸支鏈成正交分布，結構相同，均包括有第一平行四桿導向機構、第二平行四桿導向機構和位移放大機構，所述第一平行四桿導向機構連接所述的基座，所述第二平行四桿導向機構連接所述的動平臺，所述的位移放大機構連接在所述第一平行四桿導向機構和所述第二平行四桿導向機構之間。本實用新型采用了并聯結構，結構緊湊，每個支鏈包含兩個平行四桿導向機構和一個位移放大機構，可將壓電陶瓷驅動器的輸入位移放大，得到較大的工作行程，同時避免了X軸和Y軸運動之間的耦合。
【專利說明】
一種運動解耦的兩自由度柔順并聯機構
技術領域
[0001]本實用新型涉及精密定位、精密操作領域，特別涉及一種運動解耦的兩自由度柔順并聯機構。
【背景技術】
[0002]精密定位平臺廣泛應用于一些需要亞微米級甚至納米級定位精度的工作場合，比如，超精密加工、微電子工程、生物工程、納米技術等領域，是精密定位技術的核心。
[0003]柔順機構是一種通過機構本體的彈性變形來實現運動的新型機構，可避免傳統(tǒng)剛性機構中的鉸鏈間隙和裝配誤差等問題，使得這類機構的運動精度可達亞微米級甚至納米級，因此廣泛作為精密定位平臺的本體，特別是柔順并聯機構。通常情況下，精密定位平臺由壓電陶瓷驅動器驅動，這類驅動器相較于傳統(tǒng)驅動方式具有精度高、響應快和驅動力大等優(yōu)點，但行程較小。為此，常采用放大機構將輸入位移放大，以實現較大的工作行程。放大機構包括杠桿放大機構和橋式放大機構，例如，專利CN201210518329.8公開的兩自由度定位平臺采用了杠桿放大機構。柔順并聯機構的自由度數一般在兩個以上，各自由度之間容易產生耦合運動，這樣會增加精密定位平臺控制和精度提高的難度，所以，實際應用傾向于使用運動解耦的精密定位平臺。為推動精密定位技術的發(fā)展，開發(fā)運動解耦的新型柔順并聯機構具有重要意義。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型的目的在于解決上述問題，提供一種運動解耦的兩自由度柔順并聯機構，可實現平面內X和Y軸方向上的平移運動。
[0005]本實用新型的目的通過以下的技術方案實現:
[0006]—種運動解耦的兩自由度柔順并聯機構，包括基座、動平臺、X軸支鏈和Y軸支鏈，所述的基座和所述的動平臺通過X軸支鏈和Y軸支鏈連接；
[0007]所述的X軸支鏈和Y軸支鏈成正交分布，結構相同，均包括有第一平行四桿導向機構、第二平行四桿導向機構和位移放大機構，所述的第一平行四桿導向機構連接所述的基座，所述的第二平行四桿導向機構連接所述的動平臺，所述的位移放大機構連接在所述的第一平行四桿導向機構和所述的第二平行四桿導向機構之間。
[0008]進一步地，所述的第一平行四桿導向機構為對稱結構，包括T字形第一連桿、相互平行的垂直設置在所述第一連桿兩端的第二連桿，所述第一連桿的居中設有用于放置壓電陶瓷驅動器的U型凹槽，所述的壓電陶瓷驅動器第一平行四桿導向機構的對稱中心線指向動平臺，所述的第二連桿一端通過柔性鉸鏈連接基座，另一端通過柔性鉸鏈連接第一連桿。
[0009]進一步地，所述的第二平行四桿導向機構為關于第一平行四桿導向機構對稱中心線的對稱結構，包括第三連桿和兩根平行設置的第四連桿，兩根第四連桿的一端通過柔性鉸鏈連接動平臺，另一端通過柔性鉸鏈連接第三連桿。
[0010]進一步地，所述的位移放大機構為關于第一平行四桿導向機構對稱中心線的對稱結構，包括第一連架桿、第二連架桿、驅動桿、第五連桿、第六連桿和V型柔性單元；
[0011]所述的第一連架桿和所述的第二連架桿的一端分別通過柔性鉸鏈連接在所述第一平行四桿導向機構的第一連桿上，另一端通過柔性鉸鏈分別連接所述的第五連桿和所述的第六連桿，所述的第五連桿和所述的第六連桿呈T字形；
[0012]所述的驅動桿與所述的壓電陶瓷驅動器相互垂直，其相對第一連桿的一側中間點為所述的壓電陶瓷驅動器的驅動點，兩端分別通過柔性鉸鏈連接所述的第五連桿和所述的第六連桿；
[0013]所述的V型柔性單元為關于第一平行四桿導向機構對稱中心線的對稱結構，其中部與第二平行四桿導向機構相連接，兩側各通過一個柔性薄板結構連接第五連桿和所述第六連桿。
[0014]進一步地，每個所述的柔性薄板結構均包括一塊或一塊以上相互平行且尺寸一致的柔性薄板。
[0015]本實用新型與現有技術相比，具有如下優(yōu)點和有益效果:
[0016]柔順并聯機構相較于串聯機構，具有高剛度、高精度、結構緊湊和無誤差累計等優(yōu)點；采用了特殊結構的位移放大機構和復合的平行四桿導向機構，X和Y方向的運動能夠有效解耦，便于后續(xù)的機構建模和精密定位平臺的控制;所設計的柔順并聯機構可利用線切割技術一體化加工而成，減少了裝配工序，避免了鉸鏈間隙、潤滑和摩擦，利于實現亞微米級或納米級的高精度定位。
【附圖說明】

[0017]圖1為本實用新型實施例的平面示意圖；
[0018]圖2為本實用新型實施例的X軸支鏈的示意圖；
[0019]圖3為本實用新型實施例的立體示意圖。
[0020]圖中所示為:1-基座；2-動平臺；3-X軸支鏈;4-Y軸支鏈;5_第一平行四桿導向機構;501-第一連桿;502-U型凹槽;503-第二連桿;504-第一柔性鉸鏈;505-第二柔性鉸鏈;6-第二平行四桿導向機構;601-第三連桿;602-第四連桿;7-位移放大機構;701-第一連架桿；702-第二連架桿;703-驅動桿;704-第五連桿;705-第六連桿;706-第三柔性鉸鏈;707-第四柔性鉸鏈;708-第五柔性鉸鏈;709-第六柔性鉸鏈;710-第七柔性鉸鏈;711-第八柔性鉸鏈；712-第一柔性薄板;713-第二柔性薄板;714-第三柔性薄板;715-第四柔性薄板；8-壓電陶瓷驅動器。
【具體實施方式】
[0021]下面結合實施例及附圖對本實用新型作進一步詳細的描述，但本實用新型的實施方式不限于此。
[0022 ]參照圖1至圖3，一種運動解耦的兩自由度柔順并聯機構，包括基座1、動平臺2、X軸支鏈3和Y軸支鏈4，所述的基座I和所述的動平臺2通過X軸支鏈3和Y軸支鏈4連接;所述的X軸支鏈3和Y軸支鏈4成正交分布，結構相同，均包括有第一平行四桿導向機構5、第二平行四桿導向機構6和位移放大機構7。所述的第一平行四桿導向機構5連接所述的基座I，所述的第二平行四桿導向機構6連接所述的動平臺2，所述的位移放大機構7連接在所述的第一平行四桿導向機構5和所述的第二平行四桿導向機構6之間。
[0023]具體而言，在本實用新型的一個實施例中，所述的第一平行四桿導向機構5為對稱結構，包括T字形第一連桿501、相互平行的垂直設置在所述第一連桿501兩端的第二連桿503，所述第一連桿501的中間設有用于放置壓電陶瓷驅動器8的U型凹槽502，所述的壓電陶瓷驅動器8沿X軸線設置，所述的第二連桿503—端通過第一柔性鉸鏈504連接基座I，另一端通過第二柔性鉸鏈505連接第一連桿501。
[0024]具體而言，在本實用新型的一個實施例中，所述的第二平行四桿導向機構6為關于第一平行四桿導向機構5對稱中心線的對稱結構，包括第三連桿601和兩根平行設置的第四連桿602，兩根第四連桿602的一端通過柔性鉸鏈連接動平臺2，另一端通過柔性鉸鏈連接第三連桿601。
[0025]具體而言，在本實用新型的一個實施例中，所述的位移放大機構7的結構為關于第一平行四桿導向機構5對稱中心線的對稱結構，包括第一連架桿701、第二連架桿702、驅動桿703、第五連桿704、第六連桿705和V型柔性單元;所述的第一連架桿701和所述的第二連架桿702的一端分別通過第三柔性鉸鏈706和第四柔性鉸鏈707連接在所述第一平行四桿導向機構5的第一連桿501上，另一端通過第五柔性鉸鏈708和第六柔性鉸鏈709分別連接所述的第五連桿704和所述的第二連桿705，所述的第五連桿704和所述的第六連桿705呈T字形狀;所述的驅動桿703與所述的壓電陶瓷驅動器8相互垂直，其相對第一連桿501的一側中間點為所述的壓電陶瓷驅動器8的驅動點，兩端分別通過第七柔性鉸鏈710和第八柔性鉸鏈711連接所述的第五連桿704和所述的第六連桿705。所述的V型柔性單元為關于第一平行四桿導向機構對稱中心線的對稱結構，其中部與第二平行四桿導向機構6相連接，兩側各通過一個柔性薄板結構連接第五連桿704和所述第六連桿705。
[0026]具體而言，在本實用新型的一個實施例中，每個所述的柔性薄板結構均包括兩塊相互平行且尺寸一致的柔性薄板，所述V型柔性單元的一側包括平行且尺寸一致的第一柔性薄板712和第二柔性薄板713，所述的第一柔性薄板712和所述的第二柔性薄板713連接在所述的第五連桿704和所述的第二平行四桿導向機構6的第三連桿601之間，所述V型柔性單元的另一側包含平行且尺寸一致的第三柔性薄板714和第四柔性薄板715，所述的第三柔性薄板714和所述的第四柔性薄板715連接在所述的第六連桿705和所述的第二平行四桿導向機構6的第三連桿601之間。
[0027]上述實施例為本實用新型較佳的實施方式，但本實用新型的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種運動解耦的兩自由度柔順并聯機構，其特征在于:包括基座(1)、動平臺(2)、X軸支鏈(3)和Y軸支鏈(4)，所述的基座(I)和所述的動平臺(2)通過X軸支鏈(3)和Y軸支鏈(4)連接； 所述的X軸支鏈(3)和Y軸支鏈(4)成正交分布，結構相同，均包括有第一平行四桿導向機構(5)、第二平行四桿導向機構(6)和位移放大機構(7)，所述的第一平行四桿導向機構(5)連接所述的基座(I)，所述的第二平行四桿導向機構(6)連接所述的動平臺(2)，所述的位移放大機構(7)連接在所述的第一平行四桿導向機構(5)和所述的第二平行四桿導向機構(6)之間。2.根據權利要求1所述的運動解耦的兩自由度柔順并聯機構，其特征在于: 所述的第一平行四桿導向機構(5)為對稱結構，包括T字形第一連桿(501)、相互平行的垂直設置在所述第一連桿(501)兩端的第二連桿(503)，所述第一連桿(501)的居中設有用于放置壓電陶瓷驅動器(8)的U型凹槽(502)，所述的壓電陶瓷驅動器(8)沿第一平行四桿導向機構(5)的對稱中心線指向動平臺(2)，所述的第二連桿(503)—端通過柔性鉸鏈連接基座(I)，另一端通過柔性鉸鏈連接第一連桿(501)。3.根據權利要求1所述的運動解耦的兩自由度柔順并聯機構，其特征在于: 所述的第二平行四桿導向機構(6)為關于第一平行四桿導向機構(5)對稱中心線的對稱結構，包括第三連桿(601)和兩根平行設置的第四連桿(602)，兩根第四連桿(602)的一端通過柔性鉸鏈連接動平臺(2)，另一端通過柔性鉸鏈連接第三連桿(601)。4.根據權利要求2所述的運動解耦的兩自由度柔順并聯機構，其特征在于: 所述的位移放大機構(7)為關于第一平行四桿導向機構(5)對稱中心線的對稱結構，包括第一連架桿(701)、第二連架桿(702)、驅動桿(703)、第五連桿(704)、第六連桿(705)和V型柔性單元； 所述的第一連架桿(701)和所述的第二連架桿(702)的一端分別通過柔性鉸鏈連接在所述第一平行四桿導向機構(5)的第一連桿(501)上，另一端通過柔性鉸鏈分別連接所述的第五連桿(704)和所述的第六連桿(705)，所述的第五連桿(704)和所述的第六連桿(705)呈T字形； 所述的驅動桿(703)與所述的壓電陶瓷驅動器(8)相互垂直，且其相對第一連桿(501)的一側中間點為所述的壓電陶瓷驅動器(8)的驅動點，兩端分別通過柔性鉸鏈連接所述的第五連桿(704)和所述的第六連桿(705); 所述的V型柔性單元為關于第一平行四桿導向機構(5)對稱中心線的對稱結構，其中部與第二平行四桿導向機構(6)相連接，兩側各通過一個柔性薄板結構連接第五連桿(704)和所述第六連桿(705)。5.根據權利要求1所述的運動解耦的兩自由度柔順并聯機構，其特征在于: 每個所述的柔性薄板結構均包括一塊或一塊以上相互平行且尺寸一致的柔性薄板。
【文檔編號】B25J9/00GK205704162SQ201620611213
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年6月17日
【發(fā)明人】張憲民, 金莫輝
【申請人】華南理工大學