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CN110480535A - 一种混合驱动非对称微定位机构 - Google Patents

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CN110480535A
CN110480535A CN201910681447.2A CN201910681447A CN110480535A CN 110480535 A CN110480535 A CN 110480535A CN 201910681447 A CN201910681447 A CN 201910681447A CN 110480535 A CN110480535 A CN 110480535A
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CN
China
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CN201910681447.2A
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Inventor
刘婧芳
马建宇
张双
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Beijing University of Technology
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Beijing University of Technology
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25B—TOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
    • B25B11/00—Work holders not covered by any preceding group in the subclass, e.g. magnetic work holders, vacuum work holders

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)

Abstract

本发明公开了一种混合驱动非对称微定位机构，该机构包括机架、步进电机、联轴器、滑轨、滚珠丝杠、压电陶瓷驱动器、桥式位移放大器、动平台以及连接滚丝杠与动平台的三个分支。第一分支宏观驱动部分，移动副与滚珠丝杆连接，滚珠丝杠通过滑轨与机架连接，万向铰与动平台连接，移动副与万向铰通过转动副连接；第一分支微观驱动部分，将桥式放大器放置在分支一转动副与万向铰之间，采用压电陶瓷驱动器进行驱动。第一分支万向铰第一转动副与转动副轴线平行，其余两个分支布置形式与第一分支相同。该机构分支结构简单，三分支完全相同，分支加工采用一体化加工，无间隙，精度高，能够同时满足大行程和高精度的要求，实现纳米级定位。

Description

一种混合驱动非对称微定位机构
技术领域
本发明是一种混合驱动非对称柔顺机构，宏驱动由滚珠丝杠驱动，微驱动由压电陶瓷驱动，涉及机构学应用技术领域，尤其涉及了一种具有两转动一移动三自由度的微定位机构。
背景技术
机构创新一直是机器装备创新的关键和研究热点，随着高新技术和制造业的快速发展，为了适应航空航天、医疗、核能以及IC制造、激光制造等众多尖端科技领域的需求，微定位技术被开发出来。微定位技术作为微观领域研究的关键技术支一，其发展水平直接影响到微观领域技术的发展水平。随着研究对象的不断微细化，操作系统对定位精度的要求不断提高。开展微纳米定位技术的研究，可以推动航空航天、微电子技术、纳米技术、精密机械技术、生物医学技、激光技术和特种加工技术等的不断进步，因此微纳米定位技术得到了广泛的应用。随着微观领域的研究对定位精度的要求不断提高，同时也提出了大行程的要求，大行程微纳米定位技术研究，将促进多门科学技术的进一步发发展，同时产生巨大的社会效益和经济效益。但是在提高微纳米定位装置行程的同时也要考虑定位精度的要求。因为大行程与高精度是矛盾的，因此需要寻求一种有效的方法解决这一问题。
发明内容
基于以上背景，本发明提供了一种宏/微双驱动非对称结构的柔顺并联机构，该机构同时具有大行程，高精度的特点，能够有效的解决微定位系统大行程和高精度之间的矛盾，为国内企业及研究机构提供专利信息和技术支持。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种混合驱动非对称微定位机构，该非对称微定位机构具有两转动一移动三个自由度，宏运动由步进电机连接滚轴丝杆进行驱动，微观运动由压电陶瓷驱动器进行驱动，该非对称微定位机构能够实现纳米级定位，同时满足大行程高精度的要求。
该非对称微定位机构包括机架(D1)、步进电机(D2)、联轴器(D3)、滑轨(D4)、滚珠丝杠(D5)、压电陶瓷驱动器(D6)、动平台(D7)以及连接滚丝杠(D5)与动平台(D7)的三个分支，三个分支分别为第一分支(L1)、第二分支(L2)、第三分支(L3)。
第一分支(L1)机构包括第一柔性移动副(P11)、第一柔性转动副(R11)、柔性万向铰第一转动副(U11)和柔性万向铰第二转动副(U12)；
第二分支(L2)机构包括第二移动副(P21)、第二柔性转动副(R21)，柔性万向铰第一转动副(U21)和万向铰第二转动副(U22)；
第三分支(L3)包括第三移动副(P31)、第三柔性转动副(R31)、柔性万向铰第一转动副(U31)和柔性万向铰第二转动副(U32)。
第一分支(L1)中的第一柔性移动副(P11)与滚珠丝杠(D4)连接，滚轴丝杠(D5)通过滑轨(D4)与机架(D1)连接，第一柔性转动副(R11)与第一柔性移动副(P11)连接，柔性万向铰第一转动副(U11)与动平台(D7)进行连接，柔性万向铰第二转动副(U12)与柔性万向铰第一转动副(U11)连接；第一柔性转动副(R11)与柔性万向铰第一转动副(U11)轴线平行。
第二分支(L2)中的第二柔性移动副(P21)与滚轴丝杆(D5)连接，滚轴丝杠(D5)通过滑轨(D4)与机架(D1)连接，第二柔性转动副(R21)与第二柔性移动副(P21)连接，柔性万向铰第一柔性转动副(U21)与动平台(D7)进行连接，柔性万向铰第二柔性转动副(U22)与柔性万向铰第一转动副(U21)连接，第二柔性转动副(R21)与柔性万向铰第一转动副(U21)轴线平行。
第三分支(L3)中的第三柔性移动副(P31)与滚轴丝杆(D5)连接，滚轴丝杠(D5)通过滑轨(D4)与机架(D1)连接，第三柔性转动副(R31)与第一柔性移动副(P31)连接，柔性万向铰第一转动副轴(U31)与动平台(D7)进行连接，柔性万向铰第二转动副(U32)与柔性万向铰第一转动副轴(U31)连接，第三柔性转动副(R31)与柔性万向铰第一转动副轴(U31)轴线平行。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、该机构分支结构简单，三分支完全相同，分支加工采用一体化加工，无间隙，精度高；
2、该柔性机构能够同时满足大行程和高精度的要求，能够实现纳米级定位；
3、该机构具有两个转动一个移动自由度运动性质，能够同时满足移动方向上的定位和转动方向上的定位，具有良好的应用前景；
附图说明
图1为混合驱动非对称微定位机构的整体示意图。
图中：D1、机架 D2、步进电机 D3、联轴器 D4、滑轨 D5、滚珠丝杆 D6、压电陶瓷驱动器 D7、动平台 L1、分支一 L2、分支二 L3、分支三 P11、第一移动副 R11、第一转动副U11、分支一万向铰的第一转动副 U12、分支一万向铰的第二转动副 P21、第二移动副 R21、第二转动副 U21、分支二万向铰的第一转动副 U22、分支二万向铰的第二转动副 P31、第三移动副 R31、第三转动副 U31、分支三万向铰的第一转动副 U32、分支三万向铰的第二转动副。
具体实施方式
如图1所示，该机构包括机架(D1)、步进电机(D2)、联轴器(D3)、滑轨(D4)、滚珠丝杠(D5)、压电陶瓷驱动器(D6)、动平台(D7)以及连接滚珠丝杠(D5)与动平台(D8)的三个分支，三个分支包括第一分支(L1)、第二分支(L2)、第三分支(L3)。
第一分支(L1)包括第一柔性移动副(P11)、第一柔性转动副(R11)、分支一柔性万向铰的第一转动副(U11)、分支一柔性万向铰的第二转动副(U12)；第一柔性移动副(P11)与滚珠丝杠(D5)连接，滚珠丝杠(D5)通过滑轨(D4)与机架(D1)连接，滑轨(D4)与机架(D1)连接，分支一柔性万向铰的第一转动副(U12)与动平台连接，分支一柔性万向铰的第二转动副(U11)与分支一柔性万向铰的第一转动副(U12)连接，第一柔性移动副(P11)与分支一柔性万向铰的第一转动副(U11)通过第一柔性转动副(R11)连接，其中第一柔性转动副(R11)与分支一柔性万向铰的第一转动副(U11)轴线平行；
第二分支(L2)包括第二柔性移动副(P21)、第二柔性转动副(R21)、分支二柔性万向铰的第一转动副(U11)、分支二柔性万向铰的第二转动副(U12)；第二柔性移动副(P21)与滚珠丝杠(D5)连接，滚珠丝杠(D5)通过滑轨(D4)与机架(D1)连接，分支二柔性万向铰的第二柔性转动副(U22)与动平台连接，分支二柔性万向铰的第二转动副(U22)与分支二柔性万向铰的第一转动副(U21)连接，第二柔性移动副(P21)与分支二柔性万向铰第一转动副(U21)通过第二柔性转动副(R21)连接，其中第二柔性转动副(R21)与分支二柔性万向铰的第一转动副(U21)轴线平行；
第三分支(L3)包括第三柔性移动副(P31)、第三柔性转动副(R31)、分支三柔性万向铰的第一转动副(U11)、分支三柔性万向铰的第二转动副(U12)；第三柔性移动副(P31)与滚珠丝杠(D5)连接，滚珠丝杠(D5)通过滑轨(D4)与机架(D1)连接，分支三柔性万向铰的第二转动副(U32)与动平台连接，分支三柔性万向铰的第二转动副(U32)与分支三柔性万向铰的第一转动副(U31)连接，第三移动副(P31)与分支三柔性万向铰第一转动副(U31)通过第三柔性转动副(R31)连接，其中第三柔性转动副(R31)与分支三柔性万向铰的第一转动副(U31)轴线平行。
该微定位机构首先由电机驱动第一柔性移动副(P11)，第二柔性移动副(P21)，第三柔性移动副(P31)，使平台能够达到一定的范围，锁定各分支移动副。然后由压电陶瓷驱动器(D6)对各分支进行驱动，对宏驱动时定位平台所产生的误差进行补偿，最终实现大行程高精度的定位要求。

Claims (2)

1.一种混合驱动非对称微定位机构，其特征在于：该非对称微定位机构具有两转动一移动三个自由度，宏运动由步进电机连接滚轴丝杆进行驱动，微观运动由压电陶瓷驱动器进行驱动；
该非对称微定位机构包括机架(D1)、步进电机(D2)、联轴器(D3)、滑轨(D4)、滚珠丝杠(D5)、压电陶瓷驱动器(D6)、动平台(D7)以及连接滚丝杠(D5)与动平台(D7)的三个分支，三个分支分别为第一分支(L1)、第二分支(L2)、第三分支(L3)；
第一分支(L1)机构包括第一柔性移动副(P11)、第一柔性转动副(R11)、柔性万向铰第一转动副(U11)和柔性万向铰第二转动副(U12)；
第二分支(L2)机构包括第二移动副(P21)、第二柔性转动副(R21)，柔性万向铰第一转动副(U21)和万向铰第二转动副(U22)；
第三分支(L3)包括第三移动副(P31)、第三柔性转动副(R31)、柔性万向铰第一转动副(U31)和柔性万向铰第二转动副(U32)；
第一分支(L1)中的第一柔性移动副(P11)与滚珠丝杠(D4)连接，滚轴丝杠(D5)通过滑轨(D4)与机架(D1)连接，第一柔性转动副(R11)与第一柔性移动副(P11)连接，柔性万向铰第一转动副(U11)与动平台(D7)进行连接，柔性万向铰第二转动副(U12)与柔性万向铰第一转动副(U11)连接；第一柔性转动副(R11)与柔性万向铰第一转动副(U11)轴线平行；
第二分支(L2)中的第二柔性移动副(P21)与滚轴丝杆(D5)连接，滚轴丝杠(D5)通过滑轨(D4)与机架(D1)连接，第二柔性转动副(R21)与第二柔性移动副(P21)连接，柔性万向铰第一柔性转动副(U21)与动平台(D7)进行连接，柔性万向铰第二柔性转动副(U22)与柔性万向铰第一转动副(U21)连接，第二柔性转动副(R21)与柔性万向铰第一转动副(U21)轴线平行；
第三分支(L3)中的第三柔性移动副(P31)与滚轴丝杆(D5)连接，滚轴丝杠(D5)通过滑轨(D4)与机架(D1)连接，第三柔性转动副(R31)与第一柔性移动副(P31)连接，柔性万向铰第一转动副轴(U31)与动平台(D7)进行连接，柔性万向铰第二转动副(U32)与柔性万向铰第一转动副轴(U31)连接，第三柔性转动副(R31)与柔性万向铰第一转动副轴(U31)轴线平行。
2.根据权利要求1所述的一种混合驱动非对称微定位机构，其特征在于：该微定位机构首先由电机驱动第一柔性移动副(P11)，第二柔性移动副(P21)，第三柔性移动副(P31)，使平台能够达到一定的范围，锁定各分支移动副；然后由压电陶瓷驱动器(D6)对各分支进行驱动，对宏驱动时定位平台所产生的误差进行补偿，最终实现大行程高精度的定位要求。
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