[發明專利]一種基于宏微運動方式的三自由度高精度運動機構

在審

• 申請號: 202110045940.2
• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN112904551A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 敬子建;王進;亓波;譚毅;任戈
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G02B26/08
• 分類號: G02B26/08;G02B7/00;F16C11/12;H02N2/00;H02N2/04;H02N2/06
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明

本發明公開了一種基于宏微運動方式的三自由度高精度運動機構，包括靜平臺、3條可伸縮的運動支鏈、動平臺、以及3個相同的壓電慣性驅動器。靜平臺和動平臺之間通過柔性球副以及柔性虎克鉸來連接，運動支鏈采用具有位移感知功能的直線式慣性壓電作動器。作動器包括比例式線性霍爾傳感器、作動體、運動單元、圓柱形外殼、永磁體、底座。該三維平臺采用柔性鉸鏈替代傳統運動副，具有易于實現裝備的小型化，提高重復定位精度，高運動靈敏度等優點，同時使平臺達到靜穩定狀態，避免運輸過程中發生的振動和碰撞問題。宏微復合運動平臺是通過宏運動實現平臺的大行程進給運動，借助微運動實現精密定位。本發明賦予平臺大行程，高精度的宏微運動能力。

技術領域

本發明涉及一種三維并聯運動平臺，具體涉及一種基于宏微運動方式的三自由度高精度運動機構，其為采用柔性鉸鏈以壓電慣性作動器驅動的三維并聯運動平臺。

背景技術

光學系統在工作過程中會受到重力、溫度、氣壓以及震動等的影響，往往需要通過多自由度運動平臺調整次鏡位姿，來達到光學成像系統次鏡的調整和校正任務，實現光學系統的穩定，以確保光束質量。然而研究國內外現狀，調整機構大多采用基于六自由度的stewart并聯平臺(采用六條可伸縮的支桿的形式)作為調整機構。但是支桿數量越多，系統的質量就會越大，對于一些不需要六自由度運動的光學調節需求，嚴重限制了其應用范圍。

傳統運動副中構件數目多，重量大，裝配時間要長，存在機構間的摩擦、磨損，以及潤滑等問題。柔性鉸鏈本身具有體積小、無機械摩擦、無間隙、運動靈敏度高等特點，用柔性鉸鏈代替傳統剛性運動副，可有助于提高機構精度和可靠性；另一方面利用了柔性鉸鏈自身具有一定剛度。

壓電陶瓷材料(PZT)作動器根據其原理可在電場作用下實現高精度位移輸出，具有響應速度快，空間適應性強等特點，其技術特征與當前空間應用需求相吻合。對比壓電驅動類型，慣性壓電驅動器是采用非對稱的驅動信號、以及非對稱的機械夾持結構或非對稱的摩擦力為控制方式，通過慣性沖擊運動形成驅動，結構簡單，行程大，成本低，可在實現大行程的同時兼具納米級定位精度。基于此，本發明提出了一種基于宏微運動方式的三自由度高精度運動機構。

發明內容

針對上述現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種采用柔性鉸鏈以壓電慣性作動器驅動的三維并聯運動平臺。該三維平臺通過結構設計與控制方式來實現光學系統中次鏡的調整任務，具有宏微調控，空間適應性強，無耦合，靜平衡穩定等特點。

為達到以上目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于宏微運動方式的三自由度高精度運動機構，包括靜平臺1、3條可伸縮的支鏈2、動平臺3。

參照圖1，靜平臺1和動平臺3之間通過柔性球副以及柔性虎克鉸來連接，且伸縮支鏈通過壓電慣性驅動器進行位移變化。

參照圖3，三維運動平臺的伸縮運動支鏈3利用具有位移感知功能的直線式慣性壓電作動器驅動，包括比例式線性霍爾傳感器2-1-1、作動體2-1-2、運動單元2-1-3、圓柱形外殼2-1-4、永磁體2-1-5、底座2-1-6。圓柱形外殼2-1-4與運動支鏈為一體(及運動支鏈為內空的形式)，圓柱形外殼2-1-4內部從上到下順序依次為：與內部軌道貼合的運動單元2-1-3包括調節螺釘2-1-3-1，楔塊2-1-3-2，運動塊2-1-3-3，運動塊2-1-3-3左右兩端設有S形彈性體，中心為菱形空腔，調節螺釘2-1-3-1穿過楔塊2-1-3-2的中心的光孔，旋轉進入運動塊下方的作動體2-1-2；與運動單元連接的作動體2-1-2包括壓電堆2-1-2-1以及相連的慣性質量塊2-1-2-2；粘結在質量塊2-1-2-2下邊的永磁體2-1-5與底部相連的比例式線性霍爾傳感器2-1-1。通過依靠壓電堆2-1-2-1的變化來帶動運動單元2-1-3的運動，并實時通過比例式線性霍爾傳感器2-1-1感知位移。

所述的三可伸縮的支鏈，所采用的驅動形式為壓電驅動，其工作模式分為以下兩種：