[發明專利]一種基于少支鏈機構的多自由度高精度運動平臺

在審

• 申請號: 202110045970.3
• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN112904519A
• 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: G02B7/00
• 分類號: G02B7/00;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

1.一種基于少支鏈機構的多自由度高精度運動平臺，其特征在于：包括靜平臺(1)、4條兩兩對應可伸縮的支鏈(2)、動平臺(3)；

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，且可伸縮的支鏈(2)通過壓電慣性驅動器進行位移變化；

可伸縮的支鏈(2)利用具有位移感知功能的直線式慣性壓電作動器驅動，作動器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。

2.根據權利要求1所述的一種基于少支鏈機構的多自由度高精度運動平臺，其特征在于：所述的四條支鏈，所采用的驅動形式為壓電驅動，其工作模式分為以下兩種：

微運動，即單步范圍內掃描：第一步，對壓電堆(2-1-2-1)緩慢充電，其軸向伸長，帶動質量塊(2-1-2-2)遠離運動單元(2-1-3)，此時運動單元(2-1-3)所受靜摩擦力大于作動體(2-1-2)中質量塊(2-1-2-2)施加的慣性力，運動單元(2-1-3)保持靜止不動；第二步，對壓電堆(2-1-2-1)快速放電，壓電堆軸向迅速伸縮，帶動慣性質量塊(2-1-2-2)朝運動單元(2-1-3)運動，此時運動單元(2-1-3)所受靜摩擦力遠小于質量塊(2-1-2-2)施加的慣性力，運動單元3迅速沿軌道下滑，產生步距，至此平臺支鏈實現微小位移；

宏運動，即連續伸長或縮短：第一步，對壓電堆(2-1-2-1)緩慢充電，其軸向伸長，帶動質量塊(2-1-2-2)遠離運動單元(2-1-3)，此時運動單元(2-1-3)所受靜摩擦力大于作動體(2-1-2)中質量塊(2-1-2-2)施加的慣性力，運動單元(2-1-3)保持靜止不動；第二步，對壓電堆(2-1-2-1)快速放電，壓電堆軸向迅速伸縮，帶動慣性質量塊(2-1-2-2)朝運動單元(2-1-3)運動，此時運動單元(2-1-3)所受靜摩擦力遠小于質量塊(2-1-2-2)施加的慣性力，運動單元(2-1-3)迅速沿軌道下滑，產生步距；重復一、二動作，就能使運動單元(2-1-3)帶動多自由度運動平臺伸縮支鏈連續縮短，反之，帶動伸縮支鏈連續伸長，實現平臺的宏調控；

采用其壓電作動器，實現了四自由度運動平臺宏調控，即連續步進，以及微調控，即單步范圍內掃描，被賦予了大行程、高精度的宏微運動能力。

3.根據權利要求1所述的一種基于少支鏈機構的多自由度高精度運動平臺，其特征在于：其是基于宏微運動方式的四自由度高精度運動機構，其工作模式具有如下四種：

工作模式一，即沿X移動：作動器(2-1)伸長，作動器(2-2)縮短，作動器(2-3)伸長，作動器(2-4)縮短；

工作模式二，即沿Y移動：作動器(2-1)縮短，作動器(2-2)伸長，作動器(2-3)伸長，作動器(2-4)縮短；

工作模式三，即沿Z移動：作動器(2-1)伸長，作動器(2-2)伸長，作動器(2-3)伸長，作動器(2-4)伸長；

工作模式四，即繞Z轉動：作動器(2-1)伸長，作動器(2-2)伸長，作動器(2-3)縮短，作動器(2-4)伸長；

支鏈間通過一定的函數關系配合伸長縮短，即可達到指定方向運動的目的，可應用于滿足自由度需求的應用場合中。

4.根據權利要求1所述的一種基于少支鏈機構的多自由度高精度運動平臺，其特征在于：采用柔性鉸鏈的形式，相比于傳統的鉸鏈，易于實現裝備的小型化，提高重復定位精度，具有靈敏度高、無潤滑需求的特點；該結構采用四支鏈驅動形式去實現六自由度機構運動，該形式的運動平臺雖然極大減少了運動支鏈數量，可以使機構構成形式及質量相比傳統六自由度機構大大簡化，但也使結構形式變為靜不定結構，從而使機構失去了靜平衡特性；該機構使用柔性鉸鏈代替傳統運動副，從而使原來的非靜平衡機構轉化為靜平衡機構，解決了機構靜不定的問題。