[發(fā)明專利]一種基于柔性梁的層疊式的并聯(lián)二自由度精密定位平臺(tái)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310237594.3
• 申請(qǐng)日: 2013-06-17
• 公開（公告）號(hào): CN103343867A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳偉海;杜沖;孫先濤;吳云潔;袁梅;陳文杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): F16M11/42
• 分類號(hào): F16M11/42;F16M11/04;F16M11/18
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實(shí)專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 李有浩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種本發(fā)明涉及一種基于柔性鉸鏈的并聯(lián)二自由度精密定位平臺(tái)，它采用雙層柔性結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、低耦合運(yùn)動(dòng)誤差、工作空間大等優(yōu)點(diǎn)。

背景技術(shù)

精密定位是精密制造和納操作等學(xué)科的關(guān)鍵技術(shù)，精密定位平臺(tái)在半導(dǎo)體加工、光學(xué)制造以及微裝配等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們對(duì)精密定位平臺(tái)分辨率、工作空間等參數(shù)提出了更高的要求。為了獲得納米級(jí)定位精度，柔性機(jī)構(gòu)被越來越多的用于精密定位平臺(tái)當(dāng)作。

柔性機(jī)構(gòu)是利用彈性材料的變形來輸出位移、實(shí)現(xiàn)高精度定位或操作的新型機(jī)構(gòu)。柔性機(jī)構(gòu)通常是利用線切割技術(shù)在一塊基材上加工而成，因而可以免去復(fù)雜的裝配過程。此外，相對(duì)傳統(tǒng)的剛性機(jī)構(gòu)，它具有無間隙、無摩擦、無需潤(rùn)滑等優(yōu)點(diǎn)，利用壓電直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)，可以方便地進(jìn)行精密位置控制，實(shí)現(xiàn)納米級(jí)高精度定位。在精密工程中，柔性機(jī)構(gòu)有著越來越多的應(yīng)用。

對(duì)于二自由度并聯(lián)柔性機(jī)構(gòu)，一個(gè)方向的位移輸出往往會(huì)引起其垂直方向的微小位移，這就是寄生運(yùn)動(dòng)，寄生運(yùn)動(dòng)的存在會(huì)影響定位平臺(tái)的定位精度，因此并聯(lián)柔性機(jī)構(gòu)的解耦設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵。盡管通過對(duì)稱設(shè)計(jì)可以在理論上消除寄生運(yùn)動(dòng)，但是由于加工以及安裝誤差的存在，寄生運(yùn)動(dòng)仍然難以避免。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于柔性梁的層疊式的并聯(lián)二自由度精密定位平臺(tái)，該定位平臺(tái)采用雙層柔性平臺(tái)設(shè)計(jì)思想。為了消除并聯(lián)柔性機(jī)構(gòu)在X和Y方向的耦合運(yùn)動(dòng)，本發(fā)明定位平臺(tái)不僅采用了對(duì)稱式設(shè)計(jì)，同時(shí)增加了下層導(dǎo)向柔性機(jī)構(gòu)，進(jìn)一步限制X方向與Y方向的耦合運(yùn)動(dòng)。

本發(fā)明的一種基于柔性梁的層疊式的并聯(lián)二自由度精密定位平臺(tái)，該定位平臺(tái)包括有下層導(dǎo)向平臺(tái)（1）、上層解耦平臺(tái)（2）、X軸驅(qū)動(dòng)組件（3）和Y軸驅(qū)動(dòng)組件（4）；下層導(dǎo)向平臺(tái)（1）與上層解耦平臺(tái)（2）之間通過第九螺釘（5）、第十螺釘（6）和第十一螺釘（9）實(shí)現(xiàn)固定安裝。

下層導(dǎo)向平臺(tái)（1）的中心是空腔（1G），所述的空腔（1G）四周分別設(shè)有X軸下層輸入端柔性鉸鏈（1C）、X軸下層輸出端柔性鉸鏈（1D）、Y軸下層輸入端柔性鉸鏈（1E）和X軸下層輸出端柔性鉸鏈（1F），X軸下層輸入端柔性鉸鏈（1C）與X軸下層輸出端柔性鉸鏈（1D）相對(duì)設(shè)置，Y軸下層輸入端柔性鉸鏈（1E）與X軸下層輸出端柔性鉸鏈（1F）相對(duì)設(shè)置。

上層解耦平臺(tái)（2）的中心是承載臺(tái)（2G），所述的承載臺(tái)（2G）四周分別設(shè)有X軸上層輸入端柔性鉸鏈（2C）、X軸上層輸出端柔性鉸鏈（2D）、Y軸上層輸入端柔性鉸鏈（2E）和X軸上層輸出端柔性鉸鏈（2F），X軸上層輸入端柔性鉸鏈（2C）與X軸上層輸出端柔性鉸鏈（2D）相對(duì)設(shè)置，Y軸上層輸入端柔性鉸鏈（2E）與X軸上層輸出端柔性鉸鏈（2F）相對(duì)設(shè)置。

X軸驅(qū)動(dòng)組件（3）包括有X軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)（31）、X軸電機(jī)連接件（32）、X軸安裝板（33）和X軸推桿（34）。

Y軸驅(qū)動(dòng)組件（4）包括有Y軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)（41）、Y軸電機(jī)連接件（42）、X軸安裝板（43）和X軸推桿（44）。

本發(fā)明的二自由度精密定位平臺(tái)，下層導(dǎo)向平臺(tái)為上層運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)平臺(tái)提供運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向，其結(jié)構(gòu)主要包括四組基于柔性鉸鏈的柔性導(dǎo)軌；上層運(yùn)動(dòng)解耦平臺(tái)由用于實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)解耦的四組柔性鉸鏈、承載臺(tái)組成；電機(jī)安裝與鎖緊機(jī)構(gòu)包括電機(jī)連接器、柔性推桿、電機(jī)安裝板以及電機(jī)軸鎖緊機(jī)構(gòu)。上層的運(yùn)動(dòng)解耦平臺(tái)通過八顆鎖緊螺釘與下層的柔性導(dǎo)向平臺(tái)相連接；精密直線電機(jī)通過螺釘與電機(jī)連接器相連接；電機(jī)安裝板通過螺釘與導(dǎo)向柔性平臺(tái)剛性連接，并分別提供二個(gè)螺紋孔用于電機(jī)連接器的安裝。

本發(fā)明基于柔性梁的層疊式的并聯(lián)二自由度精密定位平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)在于：

①定位平臺(tái)采用雙層柔性機(jī)構(gòu)，分別實(shí)現(xiàn)定位平臺(tái)的導(dǎo)向與運(yùn)動(dòng)解耦功功能，與單層結(jié)構(gòu)相比，結(jié)構(gòu)緊湊，占用水平空間小。

②采用模塊化設(shè)計(jì)思想，上層實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)解耦，下層作為運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向，便于定位平臺(tái)的重構(gòu)與擴(kuò)展。

③利用本發(fā)明利用分層的思想，分別加工每層柔性單元，最后通過螺釘連接不同層，實(shí)現(xiàn)空間柔性機(jī)構(gòu)的功能，利用這種概念甚至可以擴(kuò)展至多層柔性機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的功能，但就其加工難度而言，仍然是單層柔性機(jī)構(gòu)的加工，加工難度低。

④為了消除并聯(lián)柔性機(jī)構(gòu)在X和Y方向的耦合運(yùn)動(dòng)，本發(fā)明定位平臺(tái)不僅采用了對(duì)稱式設(shè)計(jì)，同時(shí)增加了下層導(dǎo)向柔性機(jī)構(gòu)，進(jìn)一步限制X方向與Y方向的耦合運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明設(shè)計(jì)的定位平臺(tái)具有很好的運(yùn)動(dòng)解耦特性，保證了在大行程（±1mm）范圍內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生明顯的寄生運(yùn)動(dòng)。

附圖說明