[发明专利]一种基于聚氯乙烯凝胶驱动的三自由度并联机构

说明书

本发明涉及一种基于聚氯乙烯凝胶(PVC gel)驱动的三自由度并联机构，属于智能材料应用技术领域；该三自由度并联机构是由定平台、PVC gel驱动器、传动杆、连杆、动平台组成；PVC gel驱动器安装在定平台上，通过传动杆传递PVC gel的输出力和输出位移，传动杆通过球面副与连杆相接，连杆通过转动副与动平台相接。在通电状态下，PVC gel驱动器会带动传动杆产生直线运动，从而可实现动平台的空间三自由度运动；该三自由并联机构质量轻、无噪音、功耗低、绿色环保，在飞机装配、智能机器人、集成电路及生物科学等精密定位领域具有较高的应用价值。

技术领域

本发明涉及一种基于PVC gel驱动的三自由度并联机构，属于智能材料应用技术领域。

背景技术

并联机构因为其结构稳定，承载力大，运动负荷小，运动精度高而被广泛应用于精密定位技术。精密定位技术在飞机装配、集成电路及生物科学等领域具有重要的研究价值，其中多自由度定位平台是实现高精度定位的核心技术。目前并联机构都是基于电机驱动，电机驱动需要复杂的齿轮变速机构，传动环节较多，会造成振动、冲击、噪声和误差积累等问题。因而限定了该机构在飞机装配、智能机器人、集成电路及生物科学等精密定位领域的应用。因此亟需新型驱动技术，以改善传统并联机构在紧密定位技术中存在的问题。

聚氯乙烯凝胶（poly vinyl chloride gel，PVC gel）作为一种新型的电子型EAP材料，是一种非离子型聚合物凝胶，能够在干燥的空气中发生电刺激变化，且不需要预拉伸，其在电场作用下具有质量轻、透明度高、应变应力大、工作频带宽、工作电压适中和响应速度快等优点。但现有的PVC gel薄膜是采用浇筑成型法，制备周期长（约4天左右），且获得的PVC gel薄膜厚度不可控。这一技术瓶颈同样限制了PVC gel的应用。

发明内容

本发明提供一种基于PVC gel驱动的三自由度并联机构，通过阵列三组PVC gel驱动器，使动平台在空间上产生三自由度运动，结构简单、制造成本低，在精密定位领域具有较高的应用价值。

本发明采用以下技术方案：

一种基于PVC gel驱动的三自由度并联机构，该装置包括定平台、PVC gel驱动器、传动杆、连杆以及动平台五个部分；三个PVC gel驱动器固定安装在定平台上，每个PVC gel驱动器均通过传动杆传递PVC gel的输出力和输出位移，传动杆通过球面副与连杆相接，连杆通过转动副（即定位挂耳孔与轴承）与动平台相接；

PVC gel驱动器包括设有驱动器外壳盖的驱动器外壳体，驱动器外壳体内由下至上依次设置第一PVC gel叠层结构、挡板、第二PVC gel叠层结构，直线轴承设于驱动器外壳盖的顶端；驱动器外壳盖与驱动器外壳体形状相匹配；挡板设置于第一PVC gel叠层结构和第二PVC gel叠层结构之间；第一PVC gel叠层结构和第二PVC gel叠层结构处于预压缩状态。

第一PVC gel叠层结构包括至少两个第一PVC gel单层，每个第一PVC gel单层均包括两片第一PVC gel薄膜，一片第一金属网和两片第一金属箔片；第一金属网设于两片第一PVC gel薄膜之间，两片第一PVC gel薄膜的外表面均设有第一金属箔片；第一PVC gel薄膜，第一金属网和第一金属箔片的形状与驱动器外壳体的内径相匹配；第一PVC gel单层中，由第一金属网作为电极阳极，第一金属箔片作为阴极；第一金属箔片材质优选铜、铝等金属导电材料。