一種基于柔性機(jī)構(gòu)的三自由度平臺(tái)的制作方法
【專利摘要】一種基于柔性機(jī)構(gòu)的三自由度平臺(tái)，其包括內(nèi)外兩個(gè)同圓心的圓環(huán)，其中外圓環(huán)為定環(huán)，與指向定位設(shè)備的基體固連；內(nèi)圓環(huán)為動(dòng)環(huán)，通過n個(gè)柔性桿與定環(huán)連接，動(dòng)環(huán)沿Z軸方向上下移動(dòng)，沿X軸方向和Y軸方向轉(zhuǎn)動(dòng)；XOY面為定環(huán)所在平面，O為圓心；其中，n個(gè)柔性桿與動(dòng)環(huán)連接點(diǎn)中的任意相鄰2個(gè)連接點(diǎn)之間的連線距離相同，n大于或等于3，且圓心O與每個(gè)柔性桿之間的垂直距離大于0。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、裝配容易、疲勞壽命高的優(yōu)勢(shì)，可用于搭建高頻擺動(dòng)的指向定位設(shè)備。
【專利說明】
一種基于柔性機(jī)構(gòu)的三自由度平臺(tái)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于三自由度平臺(tái)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于柔性機(jī)構(gòu)的三自由度平臺(tái)O
【背景技術(shù)】
[0002]三自由度平臺(tái)在指向、定位、運(yùn)動(dòng)仿真領(lǐng)域有重要的應(yīng)用。Stewart運(yùn)動(dòng)平臺(tái)已廣泛運(yùn)用于運(yùn)動(dòng)仿真領(lǐng)域，國內(nèi)外學(xué)者也先后研制了多款三自由度平臺(tái)。
[0003]傳統(tǒng)的三自由度平臺(tái)是通過并聯(lián)機(jī)構(gòu)搭建的，含有大量軸系結(jié)構(gòu)，因此三自由度平臺(tái)相對(duì)尺寸較大，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，成本較高，且有間隙和摩擦，難于保證精度，在高頻領(lǐng)域應(yīng)用困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種基于柔性機(jī)構(gòu)的三自由度平臺(tái)，具有結(jié)構(gòu)簡單、裝配容易、疲勞壽命高的優(yōu)勢(shì)，可用于搭建高頻擺動(dòng)的指向定位設(shè)備。
[0005]—種基于柔性機(jī)構(gòu)的三自由度平臺(tái)，其包括內(nèi)外兩個(gè)同圓心的圓環(huán)，其中外圓環(huán)為定環(huán)，與指向定位設(shè)備的基體固連；內(nèi)圓環(huán)為動(dòng)環(huán)，通過η個(gè)柔性桿與定環(huán)連接，動(dòng)環(huán)沿Z軸方向上下移動(dòng)，沿X軸方向和Y軸方向轉(zhuǎn)動(dòng);XO Y面為定環(huán)所在平面，O為圓心;其中，η個(gè)柔性桿與動(dòng)環(huán)連接點(diǎn)中的任意相鄰2個(gè)連接點(diǎn)之間的連線距離相同，η大于或等于3，且圓心O與每個(gè)柔性桿之間的垂直距離大于O。
[0006]效果較佳的，η個(gè)柔性桿均與動(dòng)環(huán)相切。
[0007]效果較佳的，11為3，3個(gè)切點(diǎn)構(gòu)成正三角形。
[0008]效果較佳的，11為4，4個(gè)切點(diǎn)構(gòu)成正四邊形。
[0009]效果較佳的，11為5，5個(gè)切點(diǎn)構(gòu)成正五邊形。
[0010]效果較佳的，η個(gè)柔性桿與動(dòng)環(huán)不相切。
[0011]有益效果:
[0012]本發(fā)明基于柔性機(jī)構(gòu)的三自由度平臺(tái)無間隙和摩擦，可實(shí)現(xiàn)高精度運(yùn)動(dòng);疲勞壽命高，且可免于潤滑，避免污染環(huán)境;動(dòng)態(tài)性能好，可應(yīng)用于高頻高速場合;可以進(jìn)行整體化(或一體化)設(shè)計(jì)和加工，故可簡化結(jié)構(gòu)、減小體積和重量、免于裝配。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明具有三連桿的三自由度平臺(tái)的結(jié)構(gòu)圖。
[0014]圖2是本發(fā)明具有四連桿的三自由度平臺(tái)的結(jié)構(gòu)圖。
[0015]圖3是本發(fā)明具有五連桿的三自由度平臺(tái)的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]柔性機(jī)構(gòu)和傳統(tǒng)的剛性機(jī)構(gòu)不同，它用自身的變形來傳遞或轉(zhuǎn)化位移、力和能量。柔性機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)主要是:大大減少零件數(shù)目、縮減裝配時(shí)間、同時(shí)將制造過程簡化，從性能上來說可以提高精度、增加可靠性、減少磨損、減輕重量、減少維護(hù)。具體體現(xiàn)在:
[0017](I)可以整體化(或一體化)設(shè)計(jì)和加工，故可簡化結(jié)構(gòu)、減小體積和重量、免于裝配；
[0018](2)無間隙和摩擦，可實(shí)現(xiàn)高精度運(yùn)動(dòng)；
[0019](3)免于磨損，可提高壽命；
[0020](4)免于潤滑，避免污染；
[0021](5)可增大結(jié)構(gòu)剛度。
[0022]機(jī)構(gòu)學(xué)的發(fā)展方向是宏觀到微觀，串聯(lián)到并聯(lián)，剛性到柔性。本發(fā)明采用柔性機(jī)構(gòu)來設(shè)計(jì)三自由度平臺(tái)，針對(duì)的是小運(yùn)動(dòng)范圍和高頻應(yīng)用領(lǐng)域。
[0023]下述定環(huán)、動(dòng)環(huán)均共圓心，均記為O。
[0024]請(qǐng)參見圖1所示，本發(fā)明是一種基于柔性機(jī)構(gòu)的具有三連桿的三自由度平臺(tái)，該平臺(tái)為一體化零件，包括定環(huán)Aa、動(dòng)環(huán)Ab、第一柔性桿Al、第二柔性桿A2、第三柔性桿A3 ；第一柔性桿AI與動(dòng)環(huán)Ab的連接點(diǎn)為AOI，第二柔性桿A2與動(dòng)環(huán)Ab的連接點(diǎn)為AO2，第三柔性桿A3與動(dòng)環(huán)Ab的連接點(diǎn)為AO3，依次連接連接點(diǎn)AO1、AO2、AO3構(gòu)成一等邊三角形;柔性桿A1、A2、A3均與動(dòng)環(huán)Ab相切，且動(dòng)環(huán)圓心O與柔性桿Al、A2、A3的距離均為d0。柔性桿的數(shù)量可以是4、5或者更多，且柔性桿與動(dòng)環(huán)圓心O的垂直距離越大越好。該平臺(tái)的動(dòng)環(huán)Ab有三個(gè)自由度，一個(gè)沿Z軸方向的移動(dòng)自由度，一個(gè)繞X軸方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度和一個(gè)繞Y軸方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。該平臺(tái)的結(jié)構(gòu)簡單、裝配容易、疲勞壽命高，可用于搭建高頻擺動(dòng)的指向定位設(shè)備。
[0025]本發(fā)明的三自由度平臺(tái)，定環(huán)Aa用來與指向定位設(shè)備的基體固連，為三自由度平臺(tái)的固定部分。柔性桿A1、A2、A3為一種柔性機(jī)構(gòu)，受力可以產(chǎn)生形變。動(dòng)環(huán)Ab為三自由度平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)部分，可以沿Z軸方向移動(dòng)，沿X軸方向和Y軸方向轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)環(huán)Ab可以根據(jù)實(shí)際需求設(shè)計(jì)成其他的結(jié)構(gòu)形式。
[0026]另外，當(dāng)柔性桿Al、A2、A3與動(dòng)環(huán)Ab不相切時(shí)，動(dòng)環(huán)圓心O與柔性桿Al、A2、A3的垂直距離d0應(yīng)大于O，即柔性桿Al、A2、A3不穿過動(dòng)環(huán)圓心O。下述原理相同，在此不再贅述。
[0027]請(qǐng)參見圖2所示，本發(fā)明是一種基于柔性機(jī)構(gòu)的具有四連桿的三自由度平臺(tái)，該平臺(tái)為一體化零件，包括定環(huán)Ba、動(dòng)環(huán)Bb、第一柔性桿B1、第二柔性桿B2、第三柔性桿B3、第四柔性桿B4;第一柔性桿BI與動(dòng)環(huán)Bb的連接點(diǎn)為BOl，第二柔性桿B2與動(dòng)環(huán)Bb的連接點(diǎn)為B02，第三柔性桿B3與動(dòng)環(huán)Bb的連接點(diǎn)為B03，第四柔性桿B4與動(dòng)環(huán)Bb的連接點(diǎn)為B04，依次連接連接點(diǎn)801、802、803、804構(gòu)成一正四邊形;柔性桿81、82、83、84均與動(dòng)環(huán)肋相切，且動(dòng)環(huán)圓心O與柔性桿B1、B2、B3、B4的距離均為d0，該值越大越好。該平臺(tái)的動(dòng)環(huán)Bb有三個(gè)自由度，一個(gè)沿Z軸方向的移動(dòng)自由度，一個(gè)繞X軸方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度和一個(gè)繞Y軸方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。
[0028]請(qǐng)參見圖3所示，本發(fā)明是一種基于柔性機(jī)構(gòu)的具有五連桿的三自由度平臺(tái)，該平臺(tái)為一體化零件，包括定環(huán)Ca、動(dòng)環(huán)Cb、第一柔性桿Cl、第二柔性桿C2、第三柔性桿C3、第四柔性桿C4、第五柔性桿C5;第一柔性桿Cl與動(dòng)環(huán)Cb的連接點(diǎn)為COl，第二柔性桿C2與動(dòng)環(huán)Cb的連接點(diǎn)為C02，第三柔性桿C3與動(dòng)環(huán)Cb的連接點(diǎn)為C03，第四柔性桿C4與動(dòng)環(huán)Cb的連接點(diǎn)為0)4，第五柔性桿05與動(dòng)環(huán)03的連接點(diǎn)為0)5，依次連接連接點(diǎn)0)1、0)2、0)3、0)4、0)5構(gòu)成一正五邊形;柔性桿(:1丄2、03丄4、05均與動(dòng)環(huán)03相切，且動(dòng)環(huán)圓心0與柔性桿(:1丄2、03、〇4、C5的距離均為d0，該值越大越好。該平臺(tái)的動(dòng)環(huán)Bb有三個(gè)自由度，一個(gè)沿Z軸方向的移動(dòng)自由度，一個(gè)繞X軸方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度和一個(gè)繞Y軸方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。
[0029]當(dāng)然，本發(fā)明還可有其他多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于柔性機(jī)構(gòu)的三自由度平臺(tái)，其特征在于，包括內(nèi)外兩個(gè)同圓心的圓環(huán)，其中外圓環(huán)為定環(huán)，與指向定位設(shè)備的基體固連；內(nèi)圓環(huán)為動(dòng)環(huán)，通過η個(gè)柔性桿與定環(huán)連接，動(dòng)環(huán)沿Z軸方向上下移動(dòng)，沿X軸方向和Y軸方向轉(zhuǎn)動(dòng);XOY面為定環(huán)所在平面，O為圓心;其中，η個(gè)柔性桿與動(dòng)環(huán)連接點(diǎn)中的任意相鄰2個(gè)連接點(diǎn)之間的連線距離相同，η大于或等于3，且圓心O與每個(gè)柔性桿之間的垂直距離大于O。2.如權(quán)利要求1所述的基于柔性機(jī)構(gòu)的三自由度平臺(tái)，其特征在于， η個(gè)柔性桿均與動(dòng)環(huán)相切。3.如權(quán)利要求2所述的基于柔性機(jī)構(gòu)的三自由度平臺(tái)，其特征在于，η為3，3個(gè)切點(diǎn)構(gòu)成正三角形。4.如權(quán)利要求2所述的基于柔性機(jī)構(gòu)的三自由度平臺(tái)，其特征在于，η為4，4個(gè)切點(diǎn)構(gòu)成正四邊形。5.如權(quán)利要求2所述的基于柔性機(jī)構(gòu)的三自由度平臺(tái)，其特征在于，η為5，5個(gè)切點(diǎn)構(gòu)成正五邊形。6.如權(quán)利要求1所述的基于柔性機(jī)構(gòu)的三自由度平臺(tái)，其特征在于， η個(gè)柔性桿與動(dòng)環(huán)不相切。
【文檔編號(hào)】B25J9/00GK105945904SQ201610301489
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年5月9日
【發(fā)明人】潘博, 裴旭, 李林, 何永強(qiáng), 張書洋, 張東華, 史文華, 于靖軍, 畢樹生, 李承武
【申請(qǐng)人】北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部