[發(fā)明專利]一種基于少支鏈機(jī)構(gòu)的多自由度高精度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110045970.3
• 申請(qǐng)日: 2021-01-14
• 公開（公告）號(hào): CN112904519A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 敬子建;王進(jìn);亓波;譚毅;任戈
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): G02B7/00
• 分類號(hào): G02B7/00;H02N2/00;H02N2/04;H02N2/06
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 楊學(xué)明

本發(fā)明公開了一種基于少支鏈機(jī)構(gòu)的多自由度高精度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，包括靜平臺(tái)、4條可伸縮的運(yùn)動(dòng)支鏈、動(dòng)平臺(tái)、以及4個(gè)相同的壓電慣性驅(qū)動(dòng)器。靜平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)之間通過柔性球副以及柔性虎克鉸連接，運(yùn)動(dòng)支鏈采用具有位移感知功能的直線式慣性壓電作動(dòng)器作動(dòng)。其中作動(dòng)器又包括比例式線性霍爾傳感器、作動(dòng)體、運(yùn)動(dòng)單元、圓柱形外殼、永磁體、底座。該四自由度平臺(tái)采用柔性鉸鏈替代傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)副，具有易于實(shí)現(xiàn)裝備小型化，提高重復(fù)定位精度，高運(yùn)動(dòng)靈敏度等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)可使平臺(tái)達(dá)到靜穩(wěn)定狀態(tài)，避免了運(yùn)輸過程中的震動(dòng)和碰撞問題。宏微復(fù)合運(yùn)動(dòng)平臺(tái)是通過宏運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的大行程進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，借助微運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)精密定位。賦予了平臺(tái)大行程、高精度的宏微運(yùn)動(dòng)能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于一種多自由度并聯(lián)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，具體涉及一種基于少支鏈機(jī)構(gòu)的多自由度高精度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。

背景技術(shù)

隨著各類光學(xué)系統(tǒng)從實(shí)驗(yàn)室邁向復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境，溫度場，重力場(反重力場)及殘余應(yīng)力環(huán)境對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的影響日益顯著。因此光學(xué)系統(tǒng)中往往需要各類調(diào)整機(jī)構(gòu)對(duì)光學(xué)元件進(jìn)行多自由度精密調(diào)節(jié)以補(bǔ)償由上述原因造成的系統(tǒng)像差，提高成像質(zhì)量。而目前光學(xué)系統(tǒng)大多數(shù)采用基于多自由度的stewart并聯(lián)平臺(tái)(采用六條可伸縮運(yùn)動(dòng)支鏈的形式)作為調(diào)整機(jī)構(gòu)。這類機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)支鏈數(shù)量較多，質(zhì)量體積較大，無疑大大增加了多自由度運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)于光學(xué)系統(tǒng)精密調(diào)整需求的應(yīng)用難度。

同時(shí)，目前的多自由度大范圍運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要采用直流伺服電機(jī)及傳統(tǒng)剛性運(yùn)動(dòng)副，這一方面造成精密調(diào)整機(jī)構(gòu)質(zhì)量體積過大，另一方面?zhèn)鹘y(tǒng)運(yùn)動(dòng)副的構(gòu)件數(shù)目多，重量大，裝配時(shí)間長，且存在機(jī)構(gòu)間的摩擦、磨損，以及潤滑等問題。傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)副中構(gòu)件數(shù)目多，重量大，裝配時(shí)間要長，存在機(jī)構(gòu)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(jī)械摩擦、無間隙、運(yùn)動(dòng)靈敏度高等特點(diǎn)，用柔性鉸鏈代替?zhèn)鹘y(tǒng)剛性運(yùn)動(dòng)副，可有助于提高機(jī)構(gòu)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(dòng)器根據(jù)其原理可在電場作用下實(shí)現(xiàn)高精度位移輸出，響應(yīng)速度快，空間適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，其技術(shù)特征與當(dāng)前空間應(yīng)用需求相吻合，但是運(yùn)動(dòng)范圍過小。而壓電慣性作動(dòng)器則克服了上述問題，兼具精度高，行程大的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了較大行程范圍內(nèi)納米級(jí)定位，使電機(jī)兼具了其特點(diǎn)?；诖?，本發(fā)明提出了一種基于宏微運(yùn)動(dòng)方式的四自由度高精度運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，該發(fā)明將有助于解決剛性機(jī)構(gòu)所帶來的體積大，靈敏度低，使用壽命短等的問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種采用柔性鉸鏈以壓電慣性作動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的多自由度并聯(lián)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。該多自由度平臺(tái)通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制方式可實(shí)現(xiàn)次鏡的調(diào)整機(jī)構(gòu)，具有空間適應(yīng)性強(qiáng)，無耦合，靜平衡穩(wěn)定等特點(diǎn)。

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于少支鏈機(jī)構(gòu)的多自由度高精度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，包括靜平臺(tái)1、4條兩兩對(duì)應(yīng)可伸縮的支鏈2、動(dòng)平臺(tái)3。

參照?qǐng)D1，靜平臺(tái)1和動(dòng)平臺(tái)3之間通過柔性球副以及柔性虎克鉸來連接，且運(yùn)動(dòng)支鏈2通過壓電慣性驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行位移變化。

參照?qǐng)D3，多自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的可伸縮的支鏈2利用具有位移感知功能的直線式慣性壓電作動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，作動(dòng)器包括比例式線性霍爾傳感器2-1-1、作動(dòng)體2-1-2、運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)支鏈為一體及運(yùn)動(dòng)支鏈為內(nèi)空的形式，圓柱形外殼2-1-4內(nèi)部從上到下順序依次為：與內(nèi)部軌道貼合的運(yùn)動(dòng)單元2-1-3包括調(diào)節(jié)螺釘2-1-3-1，楔塊2-1-3-2，運(yùn)動(dòng)塊2-1-3-3，運(yùn)動(dòng)塊2-1-3-3左右兩端設(shè)有S形彈性體，中心為菱形空腔，調(diào)節(jié)螺釘2-1-3-1穿過楔塊2-1-3-2的中心的光孔，旋轉(zhuǎn)進(jìn)入運(yùn)動(dòng)塊下方的作動(dòng)體2-1-2；與運(yùn)動(dòng)單元連接的作動(dòng)體2-1-2包括壓電堆2-1-2-1以及相連的慣性質(zhì)量塊2-1-2-2；粘結(jié)在質(zhì)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(dòng)運(yùn)動(dòng)單元2-1-3的運(yùn)動(dòng)，并實(shí)時(shí)通過比例式線性霍爾傳感器2-1-1感知位移。