CN114516042A - 一种基于压电直线电机驱动的六自由度并联平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于压电直线电机驱动的六自由度并联平台，属于微操作领域。本发明通过压电直线电机驱动6根支链下端在定平台的直线运动，使得动平台能够完成空间中的六自由度运动，且结构尺寸小，能够满足小工作空间的要求；工作频率高，响应速度快，定位分辨率高，能够广泛应用于微操作领域。相比于传统液压驱动及电磁电机驱动的六自由度并联平台，本发明采用压电直线电机驱动，提高了动平台的响应速度，实现了微纳米级的定位精度，具有能耗低的优点；本发明将压电直线电机布置在定平台上，驱动行程能达到厘米级，扩大了动平台的运动范围。

Description

一种基于压电直线电机驱动的六自由度并联平台

技术领域

本发明属于微操作领域，尤其是一种基于压电直线电机驱动的六自由度并联平台。

背景技术

随着微纳操作和定位装置的发展，机器人取得了极大的进步，尤其体现在结构紧凑且定位精度高的并联机器人上。目前大多六自由度并联平台采用液压驱动或普通电机驱动，体积大且末端执行器累计误差较大，不能满足精密制造的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于压电直线电机驱动的六自由度并联平台。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种基于压电直线电机驱动的六自由度并联平台，包括动平台和定平台；

动平台的三个连接端均布在同一平面，相邻的连接端之间的夹角为120°；

定平台上设有三组直线滑台和压电直线电机，相邻直线滑台之间的夹角为60°；

动平台的一个连接端铰接有第一虎克铰，所述第一虎克铰下端铰接有第一支链和第二支链的上端，第一支链和第二支链的下端分别连接有第二虎克铰，两个第二虎克铰分别设置在对应的支座上，所述支座底部通过滑块设置在定平台上的对应直线滑台上；

所述支座侧面均设有陶瓷条，所述压电直线电机的驱动足与陶瓷条相接触；

所述动平台的另外两个连接端的连接部件和连接方式与所述连接端的相同。

进一步的，所述动平台通过卡环与第一虎克铰上端相铰接。

进一步的，第一支链和第二支链上端分别通过销轴和卡环连接于第一虎克铰内；

第一支链和第二支链下端分别通过销轴和卡环连接于第二虎克铰内。

进一步的，第一支链和第二支链上端分别设有用于限制其轴向窜动的轴套。

进一步的，第一支链和第二支链上端分别通过轴承连接于第一虎克铰内。

进一步的，第一支链和第二支链下端分别通过轴承连接于第二虎克铰内，第二虎克铰两端通过轴承连接于第二虎克铰支座内。

进一步的，所述压电直线电机通过螺栓固定在定平台上，所述直线滑台通过螺栓固定在定平台上。

进一步的，所述压电直线电机驱动足的运动轨迹为椭圆运动轨迹、斜线运动轨迹以及8字形运动轨迹。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的基于压电直线电机驱动的六自由度并联平台，通过压电直线电机驱动6根支链下端在定平台的直线运动，使得动平台能够完成空间中的六自由度运动，且结构尺寸小，能够满足小工作空间的要求；工作频率高，响应速度快，定位分辨率高，能够广泛应用于微操作领域。相比于传统液压驱动及电磁电机驱动的六自由度并联平台，本发明采用压电直线电机驱动，提高了动平台的响应速度，且能实现微纳米级的定位精度，具有能耗低的优点；相比于布置在连杆上的压电叠堆驱动的六自由度并联平台，本发明将压电直线电机布置在定平台上，驱动行程能达到厘米级，扩大了动平台的运动范围。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的上下铰点分布示意图；

图3为本发明的第一支链的连接结构示意图；

图4为本发明的动平台作直线运动的结构示意图；

图5为本发明的动平台作旋转运动的结构示意图。

其中：1-第一支链；2-第二支链；3-第三支链；4-第四支链；5-第五支链；6-第六支链；7-定平台；8-动平台；1-1-复合运动副；1-2-第一支链本体；1-3-第二虎克铰；1-4-压电直线电机；1-5-陶瓷条；1-6-第二虎克铰支座；1-7-滑块；1-8-直线滑台。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。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他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明在六自由度并联平台研究基础上，引入了压电直线电机，使得新的六自由度并联平台具有整体结构小，工作频率高，响应速度快的优点，提高了六自由度并联平台的定位分辨率，使其能够广泛应用于微操作领域。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

如图1所示，一种基于压电直线电机驱动的六自由度并联平台，包括定平台7；与定平台上下平行布置的动平台8；以及连接动平台与定平台的6根支链，其中，第一支链1和第二支链2为一组，支链上端均通过第一虎克铰与转动副组成的复合运动副连接动平台8，支链下端分别通过2个第二虎克铰支座连接定平台7；第三支链3和第四支链4为一组，支链上端均通过虎克铰与转动副组成的复合运动副连接动平台8，支链下端分别通过2个第二虎克铰支座连接定平台7；第五支链5和第六支链6为一组，支链上端通过虎克铰与转动副组成复合运动副连接动平台8，支链下端分别通过2个第二虎克铰支座连接定平台7，每组支链在空间中呈倒V型布置。

如图2所示，3个上铰点沿动平台8周向均匀分布，每个上铰点与动平台8中心的连线夹角β为120°；6个下铰点每两个为一组，呈三角形分布在定平台7上，且每组下铰点的直线运动轨迹夹角α为60°。

参见图1和图3，图3为第一支链的连接结构，第一支链1上端通过复合运动副1-1上铰点通过卡环与动平台8连接，第一支链本体1-2上端通过销轴和卡环连接于复合运动副1-1，同时复合运动副1-1中的轴套限制第一支链本体1-2上端的轴向窜动，第一支链本体1-2下端通过销轴和卡环连接于第二虎克铰1-3上，第二虎克铰1-3通过销轴和卡环连接于第二虎克铰支座1-6，第二虎克铰支座1-6通过螺栓与滑块1-7连接，直线滑台1-8通过螺栓安装在定平台7上，起导向作用，滑块1-7与直线滑台1-8通过滚珠配合实现直线运动轨迹，陶瓷条1-5粘附在第二虎克铰支座1-6第二虎克铰侧面，压电直线电机1-4通过螺栓安装在定平台7上，压电直线电机1-4的驱动足与陶瓷条1-5相接触。

参见图1和图3，在本发明的实施过程中，利用压电陶瓷的逆压电效应，压电直线电机1-4在特定的电压下，激发定子产生微幅振动，驱动足产生特定的致动轨迹，通过摩擦耦合作用驱动陶瓷条1-5作直线运动，陶瓷条1-5和第二虎克铰支座1-6以及滑块1-7固联，在直线滑台1-8的导向作用下，滑块1-7带动第一支链本体1-2下端作直线运动，同时第一支链本体1-2下端绕第二虎克铰1-3轴线作旋转运动，进而第一支链本体1-2上端带动复合运动副1-1在空间中运动，同时第一支链本体1-2上端绕复合运动副1-1相应轴线转动，进而复合运动副1-1带动动平台8在空间中运动，同时动平台8绕复合运动副1-1相应轴线转动。动平台8在6根支链、3组复合运动副和6个第二虎克铰的共同作用下被完全约束，通过驱动6个滑块的直线运动，使得动平台能够在空间中作六自由度运动。

参见图4，图4为本发明的动平台作直线运动的结构示意图，动平台8能够做空间三自由度平动。

参见图5，图5为本发明的动平台作旋转运动的结构示意图，动平台8能够做空间三自由度转动。

在光波导器件的连接和封装过程中，采用传统电磁电机经滚珠丝杠副驱动六自由度并联平台运动完成对准工作，存在响应速度慢，系统精度较低的问题；而采用压电直线电机驱动的方式，可以使系统具有高精度定位能力和实现连续大行程工作范围。

在微创手术过程中，穿刺手术大多依赖于医生的经验，长时间工作后准确性较低，利用压电直线电机驱动的六自由度并联平台，将穿刺针固定在动平台上，与图像引导系统相结合，借助压电直线电机驱动的高精度和快响应速度的特点，使得手术能够准确快速的完成。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于压电直线电机驱动的六自由度并联平台，其特征在于，包括动平台(8)和定平台(7)；

动平台(8)的三个连接端均布在同一平面，相邻的连接端之间的夹角为120°；

定平台(7)上设有三组直线滑台和压电直线电机，相邻直线滑台之间的夹角为60°；

动平台(8)的一个连接端铰接有第一虎克铰，所述第一虎克铰下端铰接有第一支链(1)和第二支链(2)的上端，第一支链(1)和第二支链(2)的下端分别连接有第二虎克铰，两个第二虎克铰分别设置在对应的支座上，所述支座底部通过滑块设置在定平台(7)上的对应直线滑台上；

所述支座侧面均设有陶瓷条，所述压电直线电机的驱动足与陶瓷条相接触；

所述动平台(8)的另外两个连接端的连接部件和连接方式与所述连接端的相同。

2.根据权利要求1所述的基于压电直线电机驱动的六自由度并联平台，其特征在于，所述动平台(8)通过卡环与第一虎克铰上端相铰接。

3.根据权利要求1所述的基于压电直线电机驱动的六自由度并联平台，其特征在于，第一支链(1)和第二支链(2)上端分别通过销轴和卡环连接于第一虎克铰内；

第一支链(1)和第二支链(2)下端分别通过销轴和卡环连接于第二虎克铰内。

4.根据权利要求3所述的基于压电直线电机驱动的六自由度并联平台，其特征在于，第一支链(1)和第二支链(2)上端分别设有用于限制其轴向窜动的轴套。

5.根据权利要求1所述的基于压电直线电机驱动的六自由度并联平台，其特征在于，第一支链(1)和第二支链(2)上端分别通过轴承连接于第一虎克铰内。

6.根据权利要求1所述的基于压电直线电机驱动的六自由度并联平台，其特征在于，第一支链(1)和第二支链(2)下端分别通过轴承连接于第二虎克铰内，第二虎克铰两端通过轴承连接于第二虎克铰支座(1-6)内。

7.根据权利要求1所述的基于压电直线电机驱动的六自由度并联平台，其特征在于，所述压电直线电机通过螺栓固定在定平台(7)上，所述直线滑台通过螺栓固定在定平台(7)上。

8.根据权利要求1所述的基于压电直线电机驱动的六自由度并联平台，其特征在于，所述压电直线电机驱动足的运动轨迹为椭圆运动轨迹、斜线运动轨迹以及8字形运动轨迹。

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