[发明专利]一种基于柔顺结构六自由度的精密定位平台

说明书

技术领域

本发明涉及定位平台，具体涉及一种基于柔顺结构六自由度的精密定位平台。

背景技术

目前，精密定位平台的传动副较多采用的是传统的机械结构，如常采用的伺服电机和精密丝杆传动方案，由于不可避免地存在着间隙、摩擦，定位精度一般只能达到微米级，很难提升到亚微米级甚至纳米级别。近年来，采用压电元件作为驱动装置，柔性铰链机构作为传动装置的柔顺精密定位平台成为实现亚微米级、纳米级别定位的研究热点。现有的柔顺精密定位平台大都是尺寸大、工作空间小，且操作定位精度低，同时柔顺精密定位平台难于在六个自由度方向进行移动。

发明内容

本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种结构简单、合理，工作空间小、精度高的基于柔顺结构六自由度的精密定位平台。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：本基于柔顺结构六自由度的精密定位平台，包括基座、输出平台、3个位移放大器；所述基座上设有3个第一驱动器，且3个所述第一驱动器相对于基座的中心线的圆周均匀分布；3个所述位移放大器的上端均安装于输出平台的下面，下端均与基座连接；3个所述位移放大器中均设有第二驱动器。具体的，3个第一驱动器于基座的中心线的圆周均匀分布，即相邻2个第一驱动器之间的圆弧大小为120°。

所述基座包括主体和3个移动块，所述主体设有通孔，3个移动块均匀分布于通孔内；所述移动块的中部弯曲，且所述移动块内设有与移动块外形匹配的安装槽，所述移动块的一端设有与安装槽连通的开口；同时所述移动块的一端的两侧均设有第一柔顺部，中部的两侧均设有第二柔顺部，而另一端的两侧均设有第三柔顺部；所述移动块通过第一柔顺部与主体的内壁连接，所述移动块的另一端与主体的内壁之间具有间隙，相邻2个所述移动块之间具有间隙；所述第一驱动器的一端与移动块的中部连接，另一端与主体的内壁连接，且所述第一驱动器位于安装槽内。具体点，第一柔顺部、第二柔顺部和第三柔顺部相对于移动块的其他部分较薄一些，则当第一柔顺部、第二柔顺部和第三柔顺部受到第一驱动器的作用力时，容易发生变形，从而改变输出平台的空间位置。由于每个移动块具有2个第一柔顺部、2个第二柔顺部和2个第三柔顺部，同时2个第一柔顺部、2个第二柔顺部和2个第三柔顺部均可使用转动副来表示，即每个移动块中具有6个转动副。而移动块在通孔内是均匀分布，移动块相对于基座的中心线均匀圆周分布。则通过移动块的作用，这可令输出平台实现在空间中沿X轴、Y轴的平动和绕Z轴的转动，即输出平台可以进行三个自由度方向的运动。由于移动块具有第一柔顺部、第二柔顺部和第三柔顺部，利用柔顺部代替传统的机械传动连接，从而避免地存在着间隙、摩擦，故具有高精度和高稳定性，同时令整个定位平台尺寸小，占用空间小。

所述位移放大器包括第一万能副、移动副和第二万能副；所述第一万能副的上端固定于输出平台，所述第一万能副的下端设有第四柔顺部和第五柔顺部，第四柔顺部位于第五柔顺部的上方，且所述第四柔顺部和第五柔顺部互相垂直，所述第一万能副通过第五柔顺部与移动副的上端连接；所述第二万能副的上端设有第六柔顺部和第七柔顺部，且所述第六柔顺部位于第七柔顺部的下方，且所述第六柔顺部与第七柔顺部互相垂直；所述第二万能副通过第七柔顺部与移动副的下端连接；所述第二万能副的下端与基座连接；所述第二驱动器安装于移动副内。具体的，第一万能副和第二万能副均具2个互相垂直的柔顺部，而移动副采用双排桥式放大结构。这令位移放大器的结构更紧凑，工作空间小。同时，这种位移放大器可令输出平台可实现在空间中沿Z轴的平动和绕X轴、Y轴的转动。故本发明中的基座和位移放大器的配合可令输出平台实现6个自由度方向的运动，且精密性高，定位精准。

为提高输出平台移动的精准度，所述基座下面设有6个位移传感器，所述位移传感器以2个为一组，3组所述位移传感器分别位于相邻的位移放大器之间，且每一组中的2个位移传感器相互垂直设置。

为提高输出平台移动的稳定性，同时也为进一步提高输出平台移动的精准度，所述的基于柔顺结构六自由度的精密定位平台还包括测量支架和支撑平台，所述支撑平台安装于基座的下面；所述测量支架的上端与输出平台连接，下端穿过基座且与支撑平台连接；所述位移传感器通过测试支架安装于输出平台的下面。

具体的，所述测量支架包括第一连接杆、转动杆和第二连接杆，所述第一连接杆的上端与输出平台连接，所述第一连接杆的下端设有槽孔，所述转动杆的一端安装于槽孔，所述转动杆的另一端与第二连接杆的上端铰接，所述第二连接杆的下端穿过基座且与支撑平台连接。