[發(fā)明專利]具有六個自由度的混合運動學(xué)機構(gòu)和方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010048901.3
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111438681A
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 阿克塞爾·科爾特沙克
• 申請（專利權(quán)）人: 皮科菲內(nèi)有限公司
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J9/10;B25J9/12;B25J11/00
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 王逸君;張春水

本發(fā)明涉及物體的定位和運動領(lǐng)域。為了提出提供高分辨率的設(shè)備和相應(yīng)方法的解決方案，其中該設(shè)備和方法可實現(xiàn)具有高的旋轉(zhuǎn)運動范圍的六個自由度且該設(shè)備具有盡可能連續(xù)高的機械強度，使得其也適于高動力學(xué)應(yīng)用，提出一種設(shè)備，其具有包括三個線性定位器的具有三個自由度的平行運動學(xué)機構(gòu)、二維定位單元和旋轉(zhuǎn)定位器，其中平行運動學(xué)機構(gòu)的線性定位器分別設(shè)有具有四個自由度的鉸接構(gòu)造，其中每個鉸接構(gòu)造包括用于沿著運動方向的一個線性自由度的滑動鉸接件和/或線性引導(dǎo)裝置和用于三個旋轉(zhuǎn)自由度的旋轉(zhuǎn)鉸接件，其中鉸接構(gòu)造設(shè)置成，使得線性自由度的運動方向相交于一點且線性自由度的運動方向不平行于或反平行于相應(yīng)的線性定位器的定位方向伸展。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及物體的運動和定位領(lǐng)域，并且尤其涉及物體以六個自由度和在微米或甚至納米范圍中的分辨率的運動和定位領(lǐng)域。

背景技術(shù)

已知平行運動學(xué)機構(gòu)和混合平行運動學(xué)機構(gòu)，其能夠在空間中定位物體。

平行運動學(xué)機構(gòu)不同于傳統(tǒng)的串聯(lián)式運動學(xué)機構(gòu)，在所述傳統(tǒng)的串聯(lián)式運動學(xué)機構(gòu)中，運動軸線依次地即串聯(lián)地設(shè)置，而在平行運動學(xué)機構(gòu)中具有定位器的運動學(xué)鏈功能平行地設(shè)置。因此，多于一個的定位器或驅(qū)動器抓取待移動的部件，以便將其在空間中移動或設(shè)置。

在混合平行運動學(xué)機構(gòu)的情況下，存在由串聯(lián)的和平行運動學(xué)機構(gòu)構(gòu)成的混合體。

從EP 2 620 977 A2中已知對應(yīng)的混合平行運動學(xué)機構(gòu)。使用三個XY臺，所述XY臺設(shè)置成，使得各下部的定位器對準(zhǔn)共同的中心，而XY臺的各上部的定位器具有圍繞共同的虛擬圓的切向運動。

所述運動學(xué)機構(gòu)可以將物體在空間中以納米分辨率定位，然而EP 2 620 977 A2中的運動學(xué)機構(gòu)尤其關(guān)于旋轉(zhuǎn)自由度提供有限的工作范圍。

另一混合平行運動學(xué)機構(gòu)從US 9,694,455 B2中已知。在那里描述了平行運動學(xué)機構(gòu)如何經(jīng)由XY臺在平面中運動，所述平行運動學(xué)機構(gòu)具有兩個旋轉(zhuǎn)自由度和一個線性自由度并且其長度可變的支柱設(shè)置在各自具有旋轉(zhuǎn)自由度的兩個鉸接件之間。在平行運動學(xué)機構(gòu)的端部上安裝有旋轉(zhuǎn)定位器，使得運動學(xué)機構(gòu)具有六個自由度。所述運動學(xué)機構(gòu)提供大的旋轉(zhuǎn)自由度。然而US 9,694,455 B2中的運動學(xué)機構(gòu)具有嚴重缺點，因為平行運動學(xué)機構(gòu)由于支柱狀的構(gòu)造和其在定位期間的長度變化具有可強烈變化的強度，使得僅運動空間的一小部分實際上可以用于高分辨率的或甚至高精度的運動。此外，從US 9,694,455 B1中已知的運動學(xué)機構(gòu)實際不適合用于高動力學(xué)應(yīng)用，因為平行運動學(xué)機構(gòu)的設(shè)置在旋轉(zhuǎn)鉸接件之間的定位器始終是傾斜的，即一起運動。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所基于的一個目的是，實現(xiàn)具有高的旋轉(zhuǎn)運動范圍的六個自由度，其中同樣應(yīng)提供對于高動力學(xué)應(yīng)用的適應(yīng)性。

因此期望的是，提出一種解決方案，所述解決方案提供一種高分辨率的設(shè)備和一種相應(yīng)的方法，所述設(shè)備和所述方法能夠?qū)崿F(xiàn)具有高的旋轉(zhuǎn)運動范圍的六個自由度，其中設(shè)備具有盡可能連續(xù)高的強度，使得所述設(shè)備也適合于高動力學(xué)應(yīng)用。

所述解決方案以允許微米和納米定位的適合的定位器為前提，但也可用于任意其他的定位任務(wù)。