CN109129494B - 一种并联微补偿装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种并联微补偿装置，包括：运动平台、基座、三个支架、三个第一运动组件和三个第二运动组件；运动平台为等边三角形状，且其每个端点均对应连接有一个第一运动组件和一个第二运动组件；三个第一运动组件和三个支架均固定连接于基座上，三个支架与三个第一运动组件一一对应且平行设置；每个支架上固定连接有一个第二运动组件，且每个第二运动组件与对应的第一运动组件垂直设置；其中，每个第一运动组件用于驱动对应的端点靠近或远离基座，每个第二运动组件用于驱动对应的端点靠近或远离对应的支架。该装置体积小、结构简单且紧凑，具有较好的刚度和稳定性等特点，能够通过精简控制以实现六自由度微补偿。

Description

一种并联微补偿装置

技术领域

本发明涉及运动机构领域，尤其涉及一种并联微补偿装置。

背景技术

在现有的科学技术中，多自由度的机器人、运动平台等精度补偿要求越来越高，尤其在多自由度的微位移补偿结构的中需求更为迫切。压电技术的成熟对多自由度补偿机构的发展提供了一个契机，许多多自由度的微动补偿结构相继诞生。

运动机构按照机构类型分类可分为串联机构和并联机构，并联机构在高速度和高精度应用领域前景很大，其中，Stewart平台具有刚度大、承载能力强、位置误差不累计等特点，在应用上与串联机构形成互补，已成为空间机构学的研究热点并得到了广泛的应用。

然而，Stewart平台的驱动力高度耦合、解耦计算较为困难，且体积较大，结构复杂，增加了对平台控制的难度。

发明内容

本发明实施例提供了一种并联微补偿装置，其体积小、结构简单且紧凑，具有较好的刚度和稳定性等特点，能够通过精简控制以实现六自由度微补偿。

本发明提供了一种并联微补偿装置，包括：运动平台、基座、三个支架、三个第一运动组件和三个第二运动组件；

所述运动平台为等边三角形状，且其每个端点均对应连接有一个所述第一运动组件和一个所述第二运动组件；

三个所述第一运动组件和三个所述支架均固定连接于所述基座上，三个所述支架与三个所述第一运动组件一一对应且平行设置；

每个所述支架上固定连接有一个所述第二运动组件，且每个所述第二运动组件与对应的所述第一运动组件垂直设置；

其中，每个所述第一运动组件用于驱动对应的所述端点靠近或远离所述基座，每个所述第二运动组件用于驱动对应的所述端点靠近或远离对应的所述支架。

优选地，所述第一运动组件和所述第二运动组件均包括：柔性铰链和压电陶瓷；

所述柔性铰链的第一端与所述运动平台连接，第二端与所述压电陶瓷连接。

优选地，所述第一运动组件和所述第二运动组件均还包括：固定螺栓、调节活塞和套筒；

所述固定螺栓中心开设有通孔，所述调节活塞包含主体和设于所述主体顶部的第一延伸件，所述第一延伸件通过所述通孔与所述柔性铰链的第二端连接，所述主体的底部与压电陶瓷连接；

所述套筒内设有与所述固定螺栓相匹配的螺纹，且所述固定螺栓的螺杆、所述调节活塞和所述压电陶瓷均设置于所述套筒内。

优选地，所述第一运动组件和所述第二运动组件均还包括：套于所述第一延伸件上的弹簧，且所述弹簧设置于所述固定螺栓的螺杆与所述调节活塞的主体之间。

优选地，所述柔性铰链包含：虎克铰和圆弧铰，所述圆弧铰的固定端与所述虎克铰的第一旋转端连接，且所述圆弧铰的旋转轴分别与所述虎克铰的两个旋转轴垂直。

优选地，所述虎克铰的第二旋转端上具有第二延伸件，所述第二延伸件通过所述通孔与所述第一延伸件连接。

优选地，所述圆弧铰的固定端与所述虎克铰的第一旋转端一体成型。

优选地，所述圆弧铰的旋转端通过螺钉与所述运动平台的端点连接。

优选地，所述套筒通过螺钉固定于所述支架上。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明提供了一种并联微补偿装置，包括：运动平台、基座、三个支架、三个第一运动组件和三个第二运动组件；运动平台为等边三角形状，且其每个端点均对应连接有一个第一运动组件和一个第二运动组件；三个第一运动组件和三个支架均固定连接于基座上，三个支架与三个第一运动组件一一对应且平行设置；每个支架上固定连接有一个第二运动组件，且每个第二运动组件与对应的第一运动组件垂直设置；其中，每个第一运动组件用于驱动对应的端点靠近或远离基座，每个第二运动组件用于驱动对应的端点靠近或远离对应的支架。该装置体积小、结构简单且紧凑，具有较好的刚度和稳定性等特点，能够通过精简控制以实现六自由度微补偿。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明提供的一种并联微补偿装置的一个实施例的结构示意图；

图2为第一运动组件和第二运动组件的结构示意图；

图3为柔性铰链的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种并联微补偿装置，其体积小、结构简单且紧凑，具有较好的刚度和稳定性等特点，能够通过精简控制以实现六自由度微补偿。

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供了一种并联微补偿装置的一个实施例，包括：运动平台1、基座2、三个支架(图1中分别以支架21、支架22和支架23作为示例)、三个第一运动组件(图1中分别以运动组件41、运动组件42和运动组件43作为示例)和三个第二运动组件(图1中分别以运动组件44、运动组件45和运动组件46作为示例)。

运动平台1为等边三角形状，且其每个端点均对应连接有一个第一运动组件和一个第二运动组件，三个第一运动组件和三个支架均固定连接于基座上，三个支架与三个第一运动组件一一对应且平行设置，每个支架上固定连接有一个第二运动组件，且每个第二运动组件与对应的第一运动组件垂直设置。可以理解的是，由于运动平台1为等边三角形状，三个第一运动组件呈竖直状态立于运动平台1上，三个第一运动组件位于其形成的一个虚拟等边三角形的三个顶点上。同理，三个第二运动组件位于其形成的一个虚拟等边三角形的三条边上。

其中，每个第一运动组件用于驱动对应的端点靠近或远离基座2，每个第二运动组件用于驱动对应的端点靠近或远离对应的支架。

在本实施例中，支架21上固定有运动组件44，且运动组件41和运动组件44对应连接于运动平台1的其中一个端点上，同理支架22、运动组件42、运动组件45相对应，支架23、运动组件43、运动组件46相对应，不再赘述。需要说明的是，运动组件41～43的运动方向是与水平面相垂直的，故可以推动运动平台1靠近或远离基座2。运动组件44～46的运动方向是与水平面平行的，故可以在相互配合下推动运动平台1进行平移、旋转或翻转。

更进一步地，请参阅图2，第一运动组件和第二运动组件的结构是相同的，即运动组件41～46均包括：柔性铰链47和压电陶瓷51。

柔性铰链47的第一端与运动平台1连接，第二端与压电陶瓷51连接，可以理解的是，当压电陶瓷51通电后，其发生形变可以推动柔性铰链47进行运动，进而带动运动平台1进行运动

更进一步地，通常为了令运动组件的整体结构更加紧凑完整，且对压电陶瓷形成保护固定作用，在运动组件41～46中，可以还包括：固定螺栓48、调节活塞50和套筒52。

固定螺栓48中心开设有通孔，调节活塞50包含主体和设于主体顶部的第一延伸件，第一延伸件通过通孔与柔性铰链47的第二端连接，主体的底部与压电陶瓷51连接。

套筒52内设有与固定螺栓48相匹配的螺纹，且固定螺栓48的螺杆、调节活塞50和压电陶瓷51均设置于套筒52内。

需要说明的是，固定螺栓48将调节活塞50、压电陶瓷51固定于套筒52中，当压电陶瓷51通电变形后，其推动调节活塞50进行运动，由于调节活塞50的第一延伸件设在固定螺栓48的通孔中，且与柔性铰链47连接，因此可以带动柔性铰链47进行运动。

更进一步地，为了防止压电陶瓷受损，通常运动组件41～46可以还包括：套于第一延伸件上的弹簧49，且弹簧49设置于固定螺栓48的螺杆与调节活塞50的主体之间。可以理解的是，弹簧49起到对压电陶瓷51的预紧作用，即让调节活塞50紧紧压着压电陶瓷51，可以更好地传递位移。

更进一步地，如图3所示，柔性铰链47包含：虎克铰471和圆弧铰472，圆弧铰472的固定端与虎克铰471的第一旋转端连接，且圆弧铰472的旋转轴分别与虎克铰471的两个旋转轴垂直。可以理解的是，虎克铰471的两个旋转轴分别为x轴和y轴，圆弧铰472的旋转轴为z轴，则柔性铰链47可以实现三个方向的旋转。

更进一步地，虎克铰471的第二旋转端上具有第二延伸件，第二延伸件通过通孔与第一延伸件连接。可以理解的是，当调节活塞50倍推动时，其第一延伸件通过推动柔性铰链47的第二延伸件进而实现运动平台1的运动。

更进一步地，圆弧铰472的固定端与虎克铰471的第一旋转端一体成型。

更进一步地，圆弧铰472的旋转端通过螺钉与运动平台1的端点连接。

更进一步地，套筒52通过螺钉固定于支架上。

以下将对本发明提供的一种并联微补偿装置的工作过程进行介绍：

需要说明的是，以下说明中的X轴、Y轴以运动平台所在的水平面进行构造的坐标轴，则Z轴则垂直运动平台。而x轴、y轴、z轴则指以柔性铰链47本身为基础进行构造的坐标轴，如图3所示。

(1)Z轴轴向位移产生的实施案例

运动组件41、42、43中，因为每个运动组件的结构相同，为减少不必要的描述，运动组件内部的器件采用统一的命名方式。

压电陶瓷51通电产生位移驱动调节活塞50推动柔性铰链47输出位移，由于是运动组件41～43的三个压电陶瓷51同时驱动，产生Z轴轴向位移，迫使安装在支架21～23上的运动组件44～46内的柔性铰链47产生绕相对坐标y轴的转动，最终运动平台1在Z轴轴向产生Z轴位移。(每一个压电陶瓷的位移输出过程中，唯一的传递均是相同的原理)

(2)运动平台绕X、Y轴运动的实施案例

运动组件41、42、43中，假设仅运动组件41内的压电陶瓷51产生位移，由机械结构的机理可知，另外两个运动组件42和43内的组件结构呈受压的状态，而此时，运动组件42和43内的柔性铰链47产生绕x轴的转动，同时弹簧49进一步受压缩，而运动组件44～46内的柔性铰链47则同时产生绕x轴，y轴，z轴的转动，如此，运动平台1则可以实现绕X轴进行转动。

同理，运动平台1绕Y轴转动的机理是一样的，不同的在于选择位移输出的压电陶瓷的不同。

(3)运动平台平面三自由度运动的实施案例

对于安装在三个支架21～23上的运动组件44～46，运动组件44～46内的压电陶瓷51同时输出位移，通过不同的位移的输出最终可实现在XY轴的平动和绕Z轴的转动。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种并联微补偿装置，其特征在于，包括：运动平台、基座、三个支架、三个第一运动组件和三个第二运动组件；

所述运动平台为等边三角形状，且其每个端点均对应连接有一个所述第一运动组件和一个所述第二运动组件；

三个第一运动组件分别位于等边三角形的三个顶点上，三个第二运动组件分别位于等边三角形的三条边上；

三个所述第一运动组件和三个所述支架均固定连接于所述基座上，三个所述支架与三个所述第一运动组件一一对应且平行设置；

每个所述支架上固定连接有一个所述第二运动组件，且每个所述第二运动组件与对应的所述第一运动组件垂直设置；

其中，每个所述第一运动组件用于驱动对应的所述端点靠近或远离所述基座，每个所述第二运动组件用于驱动对应的所述端点靠近或远离对应的所述支架；

所述第一运动组件和所述第二运动组件均包括：柔性铰链和压电陶瓷；

所述柔性铰链的第一端与所述运动平台连接，第二端与所述压电陶瓷连接；

所述第一运动组件和所述第二运动组件均还包括：固定螺栓、调节活塞和套筒；

所述固定螺栓中心开设有通孔，所述调节活塞包含主体和设于所述主体顶部的第一延伸件，所述第一延伸件通过所述通孔与所述柔性铰链的第二端连接，所述主体的底部与压电陶瓷连接；

所述套筒内设有与所述固定螺栓相匹配的螺纹，且所述固定螺栓的螺杆、所述调节活塞和所述压电陶瓷均设置于所述套筒内；

所述套筒通过螺钉固定于所述支架上。

2.根据权利要求1所述的并联微补偿装置，其特征在于，所述第一运动组件和所述第二运动组件均还包括：套于所述第一延伸件上的弹簧，且所述弹簧设置于所述固定螺栓的螺杆与所述调节活塞的主体之间。

3.根据权利要求2所述的并联微补偿装置，其特征在于，所述柔性铰链包含：虎克铰和圆弧铰，所述圆弧铰的固定端与所述虎克铰的第一旋转端连接，且所述圆弧铰的旋转轴分别与所述虎克铰的两个旋转轴垂直。

4.根据权利要求3所述的并联微补偿装置，其特征在于，所述虎克铰的第二旋转端上具有第二延伸件，所述第二延伸件通过所述通孔与所述第一延伸件连接。

5.根据权利要求4所述的并联微补偿装置，其特征在于，所述圆弧铰的固定端与所述虎克铰的第一旋转端一体成型。

6.根据权利要求5所述的并联微补偿装置，其特征在于，所述圆弧铰的旋转端通过螺钉与所述运动平台的端点连接。