本發(fā)明涉及精密定位，特別涉及一種基于柔順機(jī)構(gòu)的兩自由度精密定位平臺(tái)。

背景技術(shù)：

1、精密定位平臺(tái)作為微操作領(lǐng)域的核心技術(shù)元件，對(duì)于車(chē)輛構(gòu)件精密加工、光學(xué)工程、測(cè)量技術(shù)、生物工程等先進(jìn)產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。隨著這些領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步和功能強(qiáng)化，對(duì)精密定位平臺(tái)的各項(xiàng)性能參數(shù)提出了愈發(fā)嚴(yán)苛的要求，其中包括：提升精度至微納米乃至更高水平、增大有效行程范圍、優(yōu)化結(jié)構(gòu)使其結(jié)構(gòu)緊湊，提高穩(wěn)定性以及加快系統(tǒng)的響應(yīng)速率等核心需求。

2、傳統(tǒng)技術(shù)以伺服電機(jī)、滾珠絲杠和剛性連桿為基礎(chǔ)，來(lái)構(gòu)建定位平臺(tái)，由于存在間隙，摩擦和磨損等不利因素，難以實(shí)現(xiàn)高精度定位。為滿足高精度的技術(shù)要求，通常選擇采用柔順機(jī)構(gòu)作為精密定位平臺(tái)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，相較于傳統(tǒng)傳動(dòng)裝置，柔順機(jī)構(gòu)利用柔性構(gòu)件的彈性形變來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)與受力，它具備無(wú)摩擦損耗、高分辨率、高精度、快速響應(yīng)及結(jié)構(gòu)緊湊等諸多優(yōu)勢(shì)，尤其擅長(zhǎng)在精密工程應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)操控。

3、目前，精密定位平臺(tái)設(shè)計(jì)研究主要集中運(yùn)動(dòng)行程有限、位移耦合較大的問(wèn)題，不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)傳遞和解耦，難以滿足實(shí)際應(yīng)用中精密定位平臺(tái)要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于此，本發(fā)明的目的是提供一種基于柔順機(jī)構(gòu)的兩自由度精密定位平臺(tái)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于柔順機(jī)構(gòu)的兩自由度精密定位平臺(tái)，包括安裝基座、設(shè)于所述安裝基座上的兩個(gè)零剛度機(jī)構(gòu)、四個(gè)解耦-導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和兩個(gè)平衡機(jī)構(gòu)；

3、各所述零剛度機(jī)構(gòu)皆通過(guò)一所述解耦-導(dǎo)向機(jī)構(gòu)與工作臺(tái)連接，兩個(gè)所述零剛度機(jī)構(gòu)和兩個(gè)所述解耦-導(dǎo)向機(jī)構(gòu)分別組合形成兩個(gè)恒力輸出機(jī)構(gòu)，兩個(gè)所述恒力輸出機(jī)構(gòu)分別位于x軸和y軸上，所述x軸和所述y軸相垂直，各所述平衡機(jī)構(gòu)皆通過(guò)一所述解耦-導(dǎo)向機(jī)構(gòu)與所述工作臺(tái)連接，兩個(gè)所述平衡機(jī)構(gòu)分別位于所述x軸和所述y軸上，兩個(gè)所述平衡機(jī)構(gòu)和兩個(gè)所述零剛度機(jī)構(gòu)環(huán)繞工作臺(tái)設(shè)置；

4、其中，所述工作臺(tái)的中心點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，兩個(gè)所述零剛度機(jī)構(gòu)分別用于沿所述x軸和所述y軸對(duì)所述工作臺(tái)輸出恒力，所述解耦-導(dǎo)向機(jī)構(gòu)用于當(dāng)所述工作臺(tái)受所述x軸或所述y軸上的作用力時(shí)，耦合其他方向上的作用力對(duì)所述工作臺(tái)的影響，兩個(gè)所述平衡機(jī)構(gòu)分別用于平衡所述x軸和所述y軸上的恒力。

5、本發(fā)明的有益效果是：通過(guò)在安裝基座上設(shè)置零剛度機(jī)構(gòu)、解耦-導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和平衡機(jī)構(gòu)，將兩個(gè)零剛度機(jī)構(gòu)分別通過(guò)一個(gè)解耦-導(dǎo)向機(jī)構(gòu)與工作臺(tái)連接，以及將兩個(gè)平衡機(jī)構(gòu)分別通過(guò)一個(gè)解耦-導(dǎo)向機(jī)構(gòu)與工作臺(tái)連接，并將零剛度機(jī)構(gòu)與相配合的解耦-導(dǎo)向機(jī)構(gòu)組合形成恒力輸出機(jī)構(gòu)，兩個(gè)恒力輸出機(jī)構(gòu)分別位于x軸和y軸上，通過(guò)x軸和y軸上的零剛度機(jī)構(gòu)分別對(duì)工作臺(tái)輸出恒力，實(shí)現(xiàn)在未借助力控制器的條件下，工作臺(tái)能夠在x軸和y軸這兩個(gè)自由度上分別進(jìn)行大行程的高精度定位，有利于增大精密定位平臺(tái)的工作面積，同時(shí)，當(dāng)在x軸或y軸方向上對(duì)工作臺(tái)輸出恒力時(shí)，通過(guò)相應(yīng)的解耦-導(dǎo)向機(jī)構(gòu)能夠耦合其他方向上作用力對(duì)工作臺(tái)的影響，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)傳遞和解耦作用，輔助工作臺(tái)在x軸和y軸這兩個(gè)自由度上分別進(jìn)行大行程的精密定位。

6、優(yōu)選的，所述零剛度機(jī)構(gòu)包括第一z型梁、第一穩(wěn)態(tài)梁和第一導(dǎo)向梁，所述第一導(dǎo)向梁的一端通過(guò)一所述解耦-導(dǎo)向機(jī)構(gòu)與所述工作臺(tái)連接，所述第一穩(wěn)態(tài)梁的兩端分別與所述第一導(dǎo)向梁、所述安裝基座連接，所述第一z型梁的兩端分別與所述第一導(dǎo)向梁、所述安裝基座連接。

7、優(yōu)選的，所述第一穩(wěn)態(tài)梁遠(yuǎn)離所述第一導(dǎo)向梁的一端朝向所述工作臺(tái)傾斜設(shè)置，所述第一穩(wěn)態(tài)梁的數(shù)量為兩個(gè)，兩個(gè)所述第一穩(wěn)態(tài)梁以所述第一導(dǎo)向梁為中心軸對(duì)稱(chēng)設(shè)置。

8、優(yōu)選的，所述第一z型梁為階梯狀結(jié)構(gòu)，所述第一z型梁的數(shù)量為兩個(gè)，兩個(gè)所述第一z型梁以所述第一導(dǎo)向梁為中心軸對(duì)稱(chēng)設(shè)置。

9、優(yōu)選的，所述解耦-導(dǎo)向機(jī)構(gòu)包括棱柱關(guān)節(jié)和葉型鉸鏈，所述棱柱關(guān)節(jié)的兩端分別通過(guò)一組所述葉型鉸鏈與所述第一導(dǎo)向梁、所述工作臺(tái)連接。

10、優(yōu)選的，所述棱柱關(guān)節(jié)的數(shù)量為兩個(gè)，兩個(gè)所述棱柱關(guān)節(jié)相平行，所述棱柱關(guān)節(jié)與對(duì)應(yīng)的所述第一導(dǎo)向梁相平行。

11、優(yōu)選的，所述平衡機(jī)構(gòu)包括第二導(dǎo)向梁、第二z型梁和第二穩(wěn)態(tài)梁，所述第二導(dǎo)向梁的一端通過(guò)一所述解耦-導(dǎo)向機(jī)構(gòu)與所述工作臺(tái)連接，所述第二穩(wěn)態(tài)梁的兩端分別與所述第二導(dǎo)向梁、所述安裝基座連接，所述第二z型梁的兩端分別與所述第二導(dǎo)向梁、所述安裝基座連接。

12、優(yōu)選的，所述安裝基座為半封閉式的正方形環(huán)狀結(jié)構(gòu)，所述安裝基座上開(kāi)設(shè)有定位孔。

13、優(yōu)選的，所述安裝基座、所述零剛度機(jī)構(gòu)、所述解耦-導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、所述平衡機(jī)構(gòu)和所述工作臺(tái)一體成型。

14、本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

技術(shù)特征：

1.一種基于柔順機(jī)構(gòu)的兩自由度精密定位平臺(tái)，其特征在于，包括安裝基座、設(shè)于所述安裝基座上的兩個(gè)零剛度機(jī)構(gòu)、四個(gè)解耦-導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和兩個(gè)平衡機(jī)構(gòu)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于柔順機(jī)構(gòu)的兩自由度精密定位平臺(tái)，其特征在于，所述零剛度機(jī)構(gòu)包括第一z型梁、第一穩(wěn)態(tài)梁和第一導(dǎo)向梁，所述第一導(dǎo)向梁的一端通過(guò)一所述解耦-導(dǎo)向機(jī)構(gòu)與所述工作臺(tái)連接，所述第一穩(wěn)態(tài)梁的兩端分別與所述第一導(dǎo)向梁、所述安裝基座連接，所述第一z型梁的兩端分別與所述第一導(dǎo)向梁、所述安裝基座連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于柔順機(jī)構(gòu)的兩自由度精密定位平臺(tái)，其特征在于，所述第一穩(wěn)態(tài)梁遠(yuǎn)離所述第一導(dǎo)向梁的一端朝向所述工作臺(tái)傾斜設(shè)置，所述第一穩(wěn)態(tài)梁的數(shù)量為兩個(gè)，兩個(gè)所述第一穩(wěn)態(tài)梁以所述第一導(dǎo)向梁為中心軸對(duì)稱(chēng)設(shè)置。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于柔順機(jī)構(gòu)的兩自由度精密定位平臺(tái)，其特征在于，所述第一z型梁為階梯狀結(jié)構(gòu)，所述第一z型梁的數(shù)量為兩個(gè)，兩個(gè)所述第一z型梁以所述第一導(dǎo)向梁為中心軸對(duì)稱(chēng)設(shè)置。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于柔順機(jī)構(gòu)的兩自由度精密定位平臺(tái)，其特征在于，所述解耦-導(dǎo)向機(jī)構(gòu)包括棱柱關(guān)節(jié)和葉型鉸鏈，所述棱柱關(guān)節(jié)的兩端分別通過(guò)一組所述葉型鉸鏈與所述第一導(dǎo)向梁、所述工作臺(tái)連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于柔順機(jī)構(gòu)的兩自由度精密定位平臺(tái)，其特征在于，所述棱柱關(guān)節(jié)的數(shù)量為兩個(gè)，兩個(gè)所述棱柱關(guān)節(jié)相平行，所述棱柱關(guān)節(jié)與對(duì)應(yīng)的所述第一導(dǎo)向梁相平行。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于柔順機(jī)構(gòu)的兩自由度精密定位平臺(tái)，其特征在于，所述平衡機(jī)構(gòu)包括第二導(dǎo)向梁、第二z型梁和第二穩(wěn)態(tài)梁，所述第二導(dǎo)向梁的一端通過(guò)一所述解耦-導(dǎo)向機(jī)構(gòu)與所述工作臺(tái)連接，所述第二穩(wěn)態(tài)梁的兩端分別與所述第二導(dǎo)向梁、所述安裝基座連接，所述第二z型梁的兩端分別與所述第二導(dǎo)向梁、所述安裝基座連接。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于柔順機(jī)構(gòu)的兩自由度精密定位平臺(tái)，其特征在于，所述安裝基座為半封閉式的正方形環(huán)狀結(jié)構(gòu)，所述安裝基座上開(kāi)設(shè)有定位孔。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于柔順機(jī)構(gòu)的兩自由度精密定位平臺(tái)，其特征在于，所述安裝基座、所述零剛度機(jī)構(gòu)、所述解耦-導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、所述平衡機(jī)構(gòu)和所述工作臺(tái)一體成型。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種基于柔順機(jī)構(gòu)的兩自由度精密定位平臺(tái)，包括安裝基座、兩個(gè)零剛度機(jī)構(gòu)、四個(gè)解耦?導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和兩個(gè)平衡機(jī)構(gòu)，各所述零剛度機(jī)構(gòu)皆通過(guò)一所述解耦?導(dǎo)向機(jī)構(gòu)與工作臺(tái)連接，兩個(gè)所述零剛度機(jī)構(gòu)和兩個(gè)所述解耦?導(dǎo)向機(jī)構(gòu)分別組合形成兩個(gè)恒力輸出機(jī)構(gòu)，兩個(gè)所述恒力輸出機(jī)構(gòu)分別位于X軸和Y軸上，所述X軸和所述Y軸相垂直，各所述平衡機(jī)構(gòu)皆通過(guò)一所述解耦?導(dǎo)向機(jī)構(gòu)與所述工作臺(tái)連接，兩個(gè)所述平衡機(jī)構(gòu)分別位于所述X軸和所述Y軸上，兩個(gè)所述平衡機(jī)構(gòu)和兩個(gè)所述零剛度機(jī)構(gòu)環(huán)繞工作臺(tái)設(shè)置。通過(guò)本申請(qǐng)，能夠在X軸和Y軸這兩個(gè)自由度上分別進(jìn)行大行程的高精度定位，有利于增大精密定位平臺(tái)的工作面積。

技術(shù)研發(fā)人員：占金青,朱學(xué)清,彭優(yōu),劉敏,王華,王瑞洲
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華東交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17