液壓伺服系統(tǒng)與壓電陶瓷驅(qū)動器共同驅(qū)動的并聯(lián)機(jī)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種液壓伺服系統(tǒng)與壓電陶瓷驅(qū)動器共同驅(qū)動的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括：動平臺、設(shè)置在動平臺底部的動平臺萬向輪，和動平臺均勻?qū)ΨQ連接的三組相同的支鏈；每組支鏈依次包括：用于與動平臺連接的第一連接組件、壓電陶瓷驅(qū)動器、用于液壓缸與壓電陶瓷驅(qū)動器連接的第二連接組件、液壓缸位移輸出端與定平臺的第三連接組件、液壓缸、連接件、第二萬向輪；第一連接組件與第三連接組件側(cè)邊通過光柵傳感器連接組件連接固定。結(jié)合液壓伺服技術(shù)與壓電技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)并應(yīng)用到并聯(lián)機(jī)構(gòu)中，提供了一種宏微驅(qū)動的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，能滿足當(dāng)前精密加工和精密測量等領(lǐng)域需要大范圍高精度的精密定位。
【專利說明】液壓伺服系統(tǒng)與壓電陶瓷驅(qū)動器共同驅(qū)動的并聯(lián)機(jī)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種宏微混合驅(qū)動的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，具體涉及一種液壓伺服系統(tǒng)與壓電陶瓷驅(qū)動器共同驅(qū)動，可以在平面內(nèi)實(shí)現(xiàn)大范圍高精度的三軸平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，精密加工與精密測量、航空航天宇航技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)工程、微電子工程等各個(gè)領(lǐng)域，對定位裝置的行程和精度提出了更高的要求，如在國防工業(yè)中大量復(fù)雜自由曲面零部件的加工與測量等，如在工業(yè)自動化中半導(dǎo)體、平板顯示器等加工，如在IC制造中芯片光刻與封裝等都需要大范圍高精度的快速響應(yīng)實(shí)時(shí)連續(xù)可調(diào)的精密定位裝置。因此大范圍納米定位技術(shù)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中起到十分關(guān)鍵的作用，也是近年來精密工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。
[0003]與串聯(lián)機(jī)構(gòu)相比，并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)剛度高，承載能力強(qiáng)、精度高、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。近年來，以并聯(lián)機(jī)構(gòu)學(xué)為理論依據(jù)的智能機(jī)器人及數(shù)控加工技術(shù)等已成為當(dāng)前新的研究熱點(diǎn)，并被認(rèn)為是21世紀(jì)極具發(fā)展前景的先進(jìn)技術(shù)之一。因此，開發(fā)具有大行程高精度定位的并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有重大的意義。
[0004]與電氣和氣動驅(qū)動方式相比，液壓伺服驅(qū)動機(jī)構(gòu)具有剛度大、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、加速性好等特點(diǎn)。因此，目前并聯(lián)機(jī)構(gòu)大多采用液壓伺服驅(qū)動方式。但這種驅(qū)動方式的并聯(lián)機(jī)構(gòu)存在著重復(fù)定位精度差的缺點(diǎn)，一般為微米級。為了滿足高精度納米級的定位需求，出現(xiàn)了并聯(lián)微動機(jī)構(gòu)。由于壓電陶瓷具有體積小，分辨率高且容易控制等優(yōu)點(diǎn)，國內(nèi)外不少學(xué)者研究基于壓電陶瓷微位移驅(qū)動器的并聯(lián)微動機(jī)構(gòu)以滿足高精度微位移和微運(yùn)動的要求。其中，德國PI公司生產(chǎn)的壓電六軸并聯(lián)微動機(jī)構(gòu)已經(jīng)系列化和商業(yè)化。
[0005]并聯(lián)微動機(jī)構(gòu)雖然具有很高的定位精度，但是其運(yùn)動范圍較小，這極大限制了其實(shí)際工程應(yīng)用。因此，國內(nèi)外學(xué)者將宏/微混合驅(qū)動的技術(shù)應(yīng)用到并聯(lián)機(jī)構(gòu)，研究混合驅(qū)動的大范圍高精度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
[0006]目前，有各種對宏微混合驅(qū)動并聯(lián)機(jī)構(gòu)的研究，如中國發(fā)明專利申請公開說明書200410011628.8 “六自由度宏微雙驅(qū)動納米級定位大行程柔性并聯(lián)機(jī)器人”，(此處有誤，也沒查到該專利)宏驅(qū)動采用直線音圈電機(jī)結(jié)合驅(qū)動，微驅(qū)動采用壓電陶瓷驅(qū)動器的平面定位平臺；中國發(fā)明專利申請公開說明書CN1562578A “六自由度宏/微雙重驅(qū)動納米級定位大行程柔性并聯(lián)機(jī)器人”，宏驅(qū)動采用壓電馬達(dá)驅(qū)動，微驅(qū)動采用壓電陶瓷，能在厘米級的運(yùn)動范圍內(nèi)得到納米級的分辨率和運(yùn)動精度；中國發(fā)明專利申請公開說明書CN1731081A “宏/微雙重驅(qū)動的大行程高速納米級精度的平面定位系統(tǒng)”，宏驅(qū)動采用音圈電機(jī)，微驅(qū)動采用壓電陶瓷驅(qū)動器。
[0007]液壓伺服系統(tǒng)響應(yīng)速度快，控制精度高、易于實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動的速度位移及力控制等特點(diǎn)適用于大行程的控制系統(tǒng)。因此，結(jié)合液壓伺服技術(shù)與壓電技術(shù)獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)并應(yīng)用到并聯(lián)機(jī)構(gòu)中，可以開發(fā)出一種大行程高精度定位的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，這也是本發(fā)明專利的出發(fā)點(diǎn)。
[0008]如何解決大范圍和聞精度定位之間的矛盾，實(shí)現(xiàn)大范圍運(yùn)動系統(tǒng)的聞精度定位已成為當(dāng)今精密加工和精密測量等領(lǐng)域急需解決的重要關(guān)鍵技術(shù)之一。采用單一驅(qū)動方式如電機(jī)、液壓與氣動等的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，雖然可以實(shí)現(xiàn)大范圍運(yùn)動，但是其定位精度低，一般為微米級；而采用如壓電陶瓷驅(qū)動器等的并聯(lián)微動機(jī)構(gòu)能滿足高精度的定位要求，但運(yùn)動范圍微小。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明立足于解決上述矛盾，提供一種可以實(shí)現(xiàn)大范圍精密定位的宏微混合驅(qū)動的并聯(lián)機(jī)構(gòu)。
[0010]技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種液壓伺服系統(tǒng)與壓電陶瓷驅(qū)動器共同驅(qū)動的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括:動平臺、設(shè)置在動平臺底部的動平臺萬向輪，和動平臺均勻?qū)ΨQ連接的三組相同的支鏈；
每組支鏈依次包括:用于與動平臺連接的第一連接組件、壓電陶瓷驅(qū)動器、用于液壓缸與壓電陶瓷驅(qū)動器連接的第二連接組件、液壓缸位移輸出端與定平臺的第三連接組件、液壓缸、連接件、第二萬向輪；第一連接組件與第三連接組件側(cè)邊通過光柵傳感器連接組件連接固定。
[0011]所述的液壓伺服系統(tǒng)與壓電陶瓷驅(qū)動器共同驅(qū)動的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述三組相同的支鏈通過第一連接組件均勻布置連接在動平臺上。
[0012]所述的液壓伺服系統(tǒng)與壓電陶瓷驅(qū)動器共同驅(qū)動的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述液壓缸非位移輸出端通過連接件與第二萬向輪連接；所述第二萬向輪設(shè)置在連接件的底部。
[0013]所述的液壓伺服系統(tǒng)與壓電陶瓷驅(qū)動器共同驅(qū)動的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述第一連接組件包括:動平臺連接塊、軸承、轉(zhuǎn)動軸、軸承端蓋、Y型轉(zhuǎn)向架、柔性聯(lián)軸器、連接軸、連接板；其中，轉(zhuǎn)動軸固定在動平臺連接塊上，轉(zhuǎn)動軸兩端各裝有一個(gè)軸承，軸承安裝固定在Y型轉(zhuǎn)向架上，軸承端蓋安裝在Y型轉(zhuǎn)向架上以固定軸承外圈，柔性聯(lián)軸器一端連接在Y型轉(zhuǎn)向架上，另一端連接在連接軸外螺紋上，連接板通過連接軸固定安裝在壓電陶瓷驅(qū)動器的位移輸出端上。
[0014]所述的液壓伺服系統(tǒng)與壓電陶瓷驅(qū)動器共同驅(qū)動的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于:液壓缸與定平臺的第三連接組件包括:第一連接塊、第二連接塊、第三連接塊、固定軸、帶座軸承；其中，第一連接塊與第三連接塊一側(cè)連接固定在液壓缸位移輸出端的左右側(cè)，第三連接塊另一側(cè)與第二連接塊連接固定在液壓缸位移輸出端的前后側(cè)；固定軸上端連接在連接塊的底部，固定軸下端連接在帶座軸承上，實(shí)現(xiàn)液壓缸在帶座軸承上的轉(zhuǎn)動。
[0015]所述的液壓伺服系統(tǒng)與壓電陶瓷驅(qū)動器共同驅(qū)動的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于:第二連接組件包括連接塊、螺釘、螺母；其中，連接塊一端通過螺釘與壓電陶瓷驅(qū)動器連接固定，連接塊另一端通過螺母與液壓缸位移輸出桿連接。
[0016]所述的液壓伺服系統(tǒng)與壓電陶瓷驅(qū)動器共同驅(qū)動的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于:光柵傳感器連接組件包括連接件、光柵測量尺、連接桿、光柵傳感器讀數(shù)頭；其中，連接件上裝有光柵測量尺，并固定在第三連接塊和第二連接塊上，連接桿一端固定安裝在連接板上，連接桿另一端裝有光柵傳感器讀數(shù)頭用以測量液壓缸與壓電陶瓷驅(qū)動器總輸出位移。
[0017]有益效果:本發(fā)明提供的液壓伺服系統(tǒng)與壓電陶瓷驅(qū)動器共同驅(qū)動的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，三組相同的支鏈通過第一連接組件均布連接在動平臺上，每個(gè)支鏈由液壓缸與壓電陶瓷驅(qū)動器通過第二連接組件串聯(lián)組成；液壓缸位移輸出端與定平臺用第三連接組件連接固定，實(shí)現(xiàn)液壓缸的轉(zhuǎn)動；液壓缸非位移輸出端通過連接件與第二萬向輪10連接；動平臺底下連接動平臺萬向輪以承受動平臺的重力；壓電陶瓷驅(qū)動器位移輸出端與光柵傳感器連接組連接，以測量每個(gè)支鏈的總位移量；結(jié)合液壓伺服技術(shù)與壓電技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)并應(yīng)用到并聯(lián)機(jī)構(gòu)中，提供了一種宏微驅(qū)動的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，能滿足當(dāng)前精密加工和精密測量等領(lǐng)域需要大范圍高精度的精密定位，特別是立足于解決航空航天、船舶、汽車等工業(yè)存在著大量復(fù)雜自由曲面零部件的加工和測量等問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明實(shí)例I的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明壓電陶瓷驅(qū)動器輸出端與動平臺的第一連接組件圖；
圖3為本發(fā)明液壓缸輸出端與定平臺的第三連接組件示意圖；
圖4為本發(fā)明壓電陶瓷驅(qū)動器與液壓缸的第二連接組件示意圖；
圖5為本發(fā)明光柵傳感器連接組件示意圖；
圖6為本發(fā)明實(shí)例2的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖中:1、支鏈；2、動平臺；3、第一連接組件；4、第三連接組件；5、壓電陶瓷驅(qū)動器；6、動平臺萬向輪；7、光柵傳感器連接組件；8、液壓缸；9、連接件；10、第二萬向輪；11、第二連接組件；
3-1、動平臺連接塊；3-2、軸承；3-3、轉(zhuǎn)動軸；3-4、軸承端蓋；3_5、Y型轉(zhuǎn)向架；3_6、柔性聯(lián)軸器；3-7、連接軸；3-8、連接板；
4-1、第一連接塊；4-2、第二連接塊；4-3、第三連接塊；4-4、固定軸；4_5、帶座軸承； 11-1、連接塊；11_2、螺釘；11-3、螺母；
7-1連接件；7-2光柵測量尺；7-3連接桿；7-4光柵傳感器讀數(shù)頭。

【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0021]實(shí)例1:
如圖1所示，為本發(fā)明的一種液壓伺服系統(tǒng)與壓電陶瓷驅(qū)動器共同驅(qū)動的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括:動平臺2、設(shè)置在動平臺2底部的動平臺萬向輪6，和動平臺2均勻?qū)ΨQ連接的三組相同的支鏈I ;每組支鏈I依次包括:用于與動平臺2連接的第一連接組件3、壓電陶瓷驅(qū)動器
5、用于液壓缸8與壓電陶瓷驅(qū)動器5連接的第二連接組件11、液壓缸8位移輸出端與定平臺的第三連接組件4、液壓缸8、連接件9、第二萬向輪10 ;第一連接組件3與第三連接組件4側(cè)邊通過光柵傳感器連接組件7連接固定。
[0022]所述三組相同的支鏈I通過第一連接組件3均勻布置連接在動平臺2上。
[0023]所述液壓缸8非位移輸出端通過連接件9與第二萬向輪10連接；所述第二萬向輪10設(shè)置在連接件9的底部。
[0024]如圖2所示，所述第一連接組件3包括:動平臺連接塊3-1、軸承3-2、轉(zhuǎn)動軸3_3、軸承端蓋3-4、Y型轉(zhuǎn)向架3-5、柔性聯(lián)軸器3-6、連接軸3-7、連接板3_8 ;其中，轉(zhuǎn)動軸3_4固定在動平臺連接塊3-1上，轉(zhuǎn)動軸3-4兩端各裝有一個(gè)軸承3-2，軸承3-2安裝固定在Y型轉(zhuǎn)向架3-5上，軸承端蓋3-4安裝在Y型轉(zhuǎn)向架3-5上以固定軸承3-2外圈，柔性聯(lián)軸器
3-6一端連接在Y型轉(zhuǎn)向架3-5上，另一端連接在連接軸3-7外螺紋上，連接板3-8通過連接軸3-7固定安裝在壓電陶瓷驅(qū)動器5的位移輸出端上。
[0025]如圖3所示，液壓缸8與定平臺的第三連接組件4包括:第一連接塊4-1、第二連接塊4-2、第三連接塊4-3、固定軸4-4、帶座軸承4-5 ;其中，第一連接塊4_1與第三連接塊
4-3一側(cè)連接固定在液壓缸8位移輸出端的左右側(cè)，第三連接塊4-3另一側(cè)與第二連接塊4-2連接固定在液壓缸8位移輸出端的前后側(cè)；固定軸4-4上端連接在連接塊4-3的底部，固定軸4-4下端連接在帶座軸承4-5上，實(shí)現(xiàn)液壓缸8在帶座軸承4-5上的轉(zhuǎn)動。
[0026]如圖4所示，第二連接組件11包括連接塊11-1、螺釘11-2、螺母11_3 ;其中，連接塊11-1 一端通過螺釘11-2與壓電陶瓷驅(qū)動器5連接固定，連接塊ll-ι另一端通過螺母11-3與液壓缸8位移輸出桿連接。
[0027]如圖5所示，光柵傳感器連接組件7包括連接件7-1、光柵測量尺7-2、連接桿7-3、光柵傳感器讀數(shù)頭7-4 ;其中，連接件7-1上裝有光柵測量尺7-2，并固定在第三連接塊4-3和第二連接塊4-2上，連接桿7-3 —端固定安裝在連接板3-8上，連接桿7-3另一端裝有光柵傳感器讀數(shù)頭7-4用以測量液壓缸8與壓電陶瓷驅(qū)動器5總輸出位移。
[0028]本發(fā)明的運(yùn)動方式為:通過控制驅(qū)動各組支鏈I中的液壓缸8運(yùn)動使其液壓桿輸出位移并推動壓電陶瓷驅(qū)動器5帶動動平臺2運(yùn)動，光柵傳感器測定液壓缸8實(shí)際輸出位移，并與理論設(shè)定值進(jìn)行比較，當(dāng)其位置誤差小于切換閾值時(shí)，液壓缸8保持不動，此時(shí)，壓電陶瓷驅(qū)動器5開始運(yùn)動，進(jìn)行位置微調(diào)，控制動平臺達(dá)到理想位置，其精度可達(dá)lum。
[0029]實(shí)例2
本發(fā)明的實(shí)例2如圖6所示，與實(shí)例I的區(qū)別在于，第二萬向輪10連接在第一連接塊4-1上，以承受液壓缸8的重量。固定軸4-4與帶座軸承4-5連接在液壓缸8非位移輸出端的連接件9上，使并聯(lián)機(jī)構(gòu)與定平臺連接。
[0030]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種液壓伺服系統(tǒng)與壓電陶瓷驅(qū)動器共同驅(qū)動的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，包括:動平臺、設(shè)置在動平臺底部的動平臺萬向輪，和動平臺均勻?qū)ΨQ連接的三組相同的支鏈； 每組支鏈依次包括:用于與動平臺連接的第一連接組件、壓電陶瓷驅(qū)動器、用于液壓缸與壓電陶瓷驅(qū)動器連接的第二連接組件、液壓缸位移輸出端與定平臺的第三連接組件、液壓缸、連接件、第二萬向輪；第一連接組件與第三連接組件側(cè)邊通過光柵傳感器連接組件連接固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓伺服系統(tǒng)與壓電陶瓷驅(qū)動器共同驅(qū)動的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述三組相同的支鏈通過第一連接組件均勻布置連接在動平臺上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓伺服系統(tǒng)與壓電陶瓷驅(qū)動器共同驅(qū)動的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述液壓缸非位移輸出端通過連接件與第二萬向輪連接；所述第二萬向輪設(shè)置在連接件的底部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓伺服系統(tǒng)與壓電陶瓷驅(qū)動器共同驅(qū)動的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于:所述第一連接組件包括:動平臺連接塊、軸承、轉(zhuǎn)動軸、軸承端蓋、Y型轉(zhuǎn)向架、柔性聯(lián)軸器、連接軸、連接板；其中，轉(zhuǎn)動軸固定在動平臺連接塊上，轉(zhuǎn)動軸兩端各裝有一個(gè)軸承，軸承安裝固定在Y型轉(zhuǎn)向架上，軸承端蓋安裝在Y型轉(zhuǎn)向架上以固定軸承外圈，柔性聯(lián)軸器一端連接在Y型轉(zhuǎn)向架上，另一端連接在連接軸外螺紋上，連接板通過連接軸固定安裝在壓電陶瓷驅(qū)動器的位移輸出端上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓伺服系統(tǒng)與壓電陶瓷驅(qū)動器共同驅(qū)動的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于:液壓缸與定平臺的第三連接組件包括:第一連接塊、第二連接塊、第三連接塊、固定軸、帶座軸承；其中，第一連接塊與第三連接塊一側(cè)連接固定在液壓缸位移輸出端的左右偵U，第三連接塊另一側(cè)與第二連接塊連接固定在液壓缸位移輸出端的前后側(cè)；固定軸上端連接在連接塊的底部，固定軸下端連接在帶座軸承上，實(shí)現(xiàn)液壓缸在帶座軸承上的轉(zhuǎn)動。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓伺服系統(tǒng)與壓電陶瓷驅(qū)動器共同驅(qū)動的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于:第二連接組件包括連接塊、螺釘、螺母；其中，連接塊一端通過螺釘與壓電陶瓷驅(qū)動器連接固定，連接塊另一端通過螺母與液壓缸位移輸出桿連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓伺服系統(tǒng)與壓電陶瓷驅(qū)動器共同驅(qū)動的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其特征在于:光柵傳感器連接組件包括連接件、光柵測量尺、連接桿、光柵傳感器讀數(shù)頭；其中，連接件上裝有光柵測量尺，并固定在第三連接塊和第二連接塊上，連接桿一端固定安裝在連接板上，連接桿另一端裝有光柵傳感器讀數(shù)頭用以測量液壓缸與壓電陶瓷驅(qū)動器總輸出位移。
【文檔編號】G12B5/00GK104269191SQ201410484446
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月19日
【發(fā)明者】許有熊, 朱松青, 曹寧, 韓亞麗, 高海濤, 郝飛 申請人:南京工程學(xué)院