大负载下的柔性并联三维转动支撑与调整结构制造技术

本发明专利技术公开了一种大负载下的柔性并联三维转动支撑与调整结构，包括第一柔性支撑杆、第二柔性支撑杆、第三柔性支撑杆、第一柔性调整杆、第二柔性调整杆、第三柔性调整杆、定平台、动平台、底部托板、动平台连接支架和定平台连接支架。本发明专利技术解决了刚性并联结构可以承受大负载但必须润滑而柔性结构无需润滑但基本只应用在小负载条件下的矛盾，同时结构具有过载保护功能，具有高精度和高振动稳定性。应用于不能润滑但需要承受大负载的环境中，如真空超洁净环境中使用的大口径光学元件以及航空航天领域。

Flexible parallel three dimensional rotation support and adjustment structure under heavy load

The invention discloses a flexible parallel three-dimensional rotational supporting and adjusting structure under heavy load, including a first flexible supporting rod, a second flexible supporting rod, a third flexible supporting rod, a first flexible adjusting rod, a second flexible adjusting rod, a third flexible adjusting rod, a fixed platform, a moving platform, a bottom supporting plate and a connecting bracket of a moving platform. Connect the bracket with the fixed platform. The invention solves the contradiction that the rigid parallel structure can withstand heavy load but must be lubricated while the flexible structure does not need lubrication but basically only applies under the condition of small load, and the structure has overload protection function, high precision and high vibration stability. It can be used in the environment which can not be lubricated but need to bear heavy load, such as large aperture optical elements used in vacuum ultra-clean environment and aerospace field.

【技术实现步骤摘要】
大负载下的柔性并联三维转动支撑与调整结构
本专利技术涉及一种柔性三自由度并联结构，适用于真空超洁净环境或其他不便于润滑的环境，特别的是指一种应用具有过载保护功能的柔性转动副，且旋转中心可确定的大负载三自由度转动支撑和调整结构。
技术介绍
并联结构由于其具有刚度高、承载能力强，结构紧凑，占用空间小，没有累计误差，精度高等有点广泛的应用于工业上各个领域。目前应用于大口径光学元件支撑和调整结构中的并联结构，由于负载很大，大都采用刚性结构。例如，VST望远镜次镜支撑和调整结构，采运动调整部分用Stewart平台，移动空间为±7mm，移动精度为1μm，转动为±0.5°，转动精度为0.8″。在TNG望远镜的次镜机构中，口径为Φ0.875m和Φ3.58m的反射镜的调整采用的是Hexapod机构。虽然可以实现精度和大负载的要求，但是其采用的刚性铰链需要润滑，在很多场景下是无法使用的。而目前对柔性结构的研究，由于其采用削弱材料来产生柔性运动副的原理，所以柔性机构主要应用在小负载以及微型结构中。而应用在大负载条件下的柔性机构是非常少的。但是有些时候，在不便于润滑或者其它不宜应用刚性铰链的条件下，就不得不采用柔性铰链。随着并联机构应用的越来越广泛，其应用环境也越加多样。但目前的并联调整结构主要包含以下问题：(1)主要采用刚性运动副，在一些环境不便于润滑的场合条件下不能使用。(2)采用柔性结构的并联调整结构，由于其对结构的削弱，通常只应用在微型小负载条件下，在大负载条件下应用存在困难。针对上述问题，需要对柔性并联机构进行合理设计，从柔性铰链到整体结构，必须在满足相同运动学功能的前提下，尽量少的对结构进行削弱。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服了传统刚性并联结构无法应用在真空超洁净等无法润滑的环境下，而采用柔性并联结构可以不润滑，但是却不能用在大负载下这一矛盾的问题。提供了一种可以应用在无润滑环境中的大负载下的三自由度转动柔性并联机构。为解决上述问题，本专利技术是采用如下技术方案实现的：一种大负载下的柔性并联三维转动调整结构,其特点在于：包括第一柔性支撑杆、第二柔性支撑杆、第三柔性支撑杆、第一柔性调整杆、第二柔性调整杆、第三柔性调整杆、定平台、动平台、底部托板、动平台连接支架和定平台连接支架；所述的底部托板通过螺栓组与动平台连接，所述的第一柔性支撑杆，第二柔性支撑杆和第三柔性支撑杆的一端分别固定在所述定平台上，该第一柔性支撑杆，第二柔性支撑杆和第三柔性支撑杆的另一端分别与所述动平台相连，所述的第一柔性支撑杆，第二柔性支撑杆和第三柔性支撑杆的延长线汇交于一点，此汇交点即为动平台的旋转中心；在所述的第一柔性支撑杆、第二柔性支撑杆、第三柔性支撑杆、第一柔性调整杆、第二柔性调整杆和第三柔性调整杆的两端均设有相同的柔性转动副，同一根杆上转动副90°交替布置。每个转动副由两个对称布置的互相平行且带有圆弧缺口的槽组成；所述的第一柔性调整杆、第二柔性调整杆和第三柔性调整杆一端分别经驱动器与定平台连接，该第一柔性调整杆和第二柔性调整杆的另一端固定在所述的动平台上，且为实现俯仰和偏转，第一柔性调整杆和第二柔性调整杆布置在同一水平线上；所述的第三柔性调整杆一段通过所述的动平台连接支架固定在动平台上，位于所述的动平台的竖直中心线上，另一端通过驱动器与所述的定平台连接支架相连。通过驱动器驱动使动平台实现绕中心点的侧倾。所述的柔性支撑杆和柔性调整杆上布置有柔性转动副，柔性转动副为两对称的内侧小圆角，外侧突起形的平行槽，具有良好的力与变形的线性关系，且中心线偏移极小，可以实现过载保护。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1)解决了刚性并联结构可以承受大负载但必须润滑，而柔性结构无需润滑却基本只应用在小负载条件下的矛盾，同时结构具有过载保护功能。2)连接驱动器后可以使动平台实现三自由度转动调整，且托板上可以施加大负载。结构具有良好的静力学性能以及振动稳定性。3)通过合理的柔性调整杆位置布置，可以实现高精度调整。4)该结构可以应用于不能润滑但需要承受大负载的环境中，如真空超洁净环境中使用的大口径光学元件以及航空航天领域。附图说明图1为本专利技术大负载下的柔性并联三维转动调整结构的立体结构示意图；图2为本专利技术大负载下的柔性并联三维转动调整结构的侧视图；图3为本专利技术去除定平台和定平台上的连接螺栓后的立体结构示意图；图4为本专利技术柔性转动副正视图；图5为本专利技术柔性杆结构立体示意图；图6为本专利技术动平台结构立体示意图；图7为本专利技术底部托板结构立体示意图；图8为本专利技术动平台连接支架结构立体示意图；图9为本专利技术定平台连接支架结构立体示意图；图10为本专利技术定平台立体示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进一步描述。请先参阅图1-3图，图1为本专利技术大负载下的柔性并联三维转动支撑与调整结构的立体结构示意图，图2为本专利技术大负载下的柔性并联三维转动调整结构的侧视图，图3为本专利技术去除定平台和定平台上的连接螺栓后的立体结构示意图。如图所示，本专利技术大负载下的柔性并联三维转动调整结构，括第一柔性支撑杆1、第二柔性支撑杆2、第三柔性支撑杆3、第一柔性调整杆4、第二柔性调整杆5、第三柔性调整杆6、定平台7、动平台8、底部托板9、动平台连接支架10和定平台连接支架11；所述的柔性支撑杆为图3中所示的第一，二，三柔性支撑杆，三根支撑杆每一根采用左右两端各两个图1所示的柔性转动副，交错布置且相邻两个转动副轴线夹角为90度。每根支撑杆可以提供沿着杆的轴线方向的力，但却不可以提供其他方向的力以及所有力矩。三根支撑杆轴线汇交于一点，该点为动平台的旋转中心。所述的柔性调整杆为图3中所示的第一，二，三柔性调整杆，杆件半径相对柔性支撑杆较小，其余结构与柔性支撑杆相同。柔性调整杆只提供沿着杆的轴线方向的力，其他方向的力以及所有力矩均为零。第一和第二柔性调整杆相对于结构纵向对称面对称，两根杆同方向运动同大小的位移，将会使动平台产生俯仰。当第一和第二柔性调整杆运动相反运动相同距离，将产生偏转。第三柔性调整杆布置于底部托板下部，驱动器驱动第三柔性调整杆将会使动平台产生侧倾。柔性支撑杆和调整杆与动平台和定平台的连接，支撑杆由于要汇交于一点，会与平台产生一定的角度，通过在动平台与定平台上指定位置制造斜面来实现杆件的连接。斜面的倾斜角度根据中心轴线汇交来计算。第一和第三柔性支撑杆与动平台夹角较小，为了控制整体重量，在支撑背板两侧边缘设计长方体突起，在突起上加工斜面，对第一和第三柔性支撑杆进行支撑。从而减小了背板宽度，节约空间并降低了整体质量。所述的动平台通过阵列螺栓连接方式与底部托板进行连接，底部托板与动平台连接支架通过螺栓连接相连。动平台背面与柔性杆连接处采用挖斜面槽的结构产生所需角度的斜面，在斜面上打孔以使其可以进行螺栓连接。所述的定平台如图1所示，其两侧的长方体突起提供第一柔性支撑杆和第三柔性支撑杆的支撑。在支撑斜面上打孔以实现螺栓连接。定平台上下两端固定，其底部连接定平台连接支架，以提供驱动器安装支点。其与第三调整杆连接部分留出驱动器连接孔，使用时，只需通过螺栓连接使驱动器连接在结构上即可。使用时将定平台上下两端固定支撑，动平台通过柔性支撑杆支撑与定平台前部，三根柔性支撑杆确定了动平台的旋转中心。整个结构关于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大负载下的柔性并联三维转动支撑与调整结构,其特征在于：包括第一柔性支撑杆(1)、第二柔性支撑杆(2)、第三柔性支撑杆(3)、第一柔性调整杆(4)、第二柔性调整杆(5)、第三柔性调整杆(6)、定平台(7)、动平台(8)、底部托板(9)、动平台连接支架(10)和定平台连接支架(11)；所述的底部托板(9)通过螺栓组与动平台(8)连接，所述的第一柔性支撑杆(1)，第二柔性支撑杆(2)和第三柔性支撑杆(3)的一端分别固定在所述定平台(7)上，该第一柔性支撑杆(1)，第二柔性支撑杆(2)和第三柔性支撑杆(3)的另一端分别与所述动平台(8)相连，所述的第一柔性支撑杆(1)，第二柔性支撑杆(2)和第三柔性支撑杆(3)的延长线汇交于一点，此汇交点即为动平台的旋转中心；在所述的第一柔性支撑杆(1)、第二柔性支撑杆(2)第三柔性支撑杆(3)、第一柔性调整杆(4)、第二柔性调整杆(5)和第三柔性调整杆(6)的两端均设有柔性转动副，该柔性转动副由对称的互相平行、带有圆弧的两平行槽构成组成，且两圆弧相对；所述的第一柔性调整杆(4)和第二柔性调整杆(5)一端分别经驱动器与定平台(7)相连，该第一柔性调整杆(4)和第二柔性调整杆(5)的另一端固定在所述的动平台(8)上，且所述的第一柔性调整杆和第二柔性调整杆布置在同一水平线上，使得动平台可以实现俯仰和偏转；所述的定平台(7)的下方连接所述的定平台连接支架(11)，所述的动平台(8)下方连接所述的动平台连接支架(10)，第三柔性调整杆(6)的一端经经驱动器与定平台连接支架(11)连接，该第三柔性调整杆(6)的另一端与动平台连接支架(10)相连，且该第三柔性调整杆(6)的另一端位于所述的动平台(8)的竖直中心线上，使动平台(8)实现绕中心点的侧倾。...

【技术特征摘要】
1.一种大负载下的柔性并联三维转动支撑与调整结构,其特征在于：包括第一柔性支撑杆(1)、第二柔性支撑杆(2)、第三柔性支撑杆(3)、第一柔性调整杆(4)、第二柔性调整杆(5)、第三柔性调整杆(6)、定平台(7)、动平台(8)、底部托板(9)、动平台连接支架(10)和定平台连接支架(11)；所述的底部托板(9)通过螺栓组与动平台(8)连接，所述的第一柔性支撑杆(1)，第二柔性支撑杆(2)和第三柔性支撑杆(3)的一端分别固定在所述定平台(7)上，该第一柔性支撑杆(1)，第二柔性支撑杆(2)和第三柔性支撑杆(3)的另一端分别与所述动平台(8)相连，所述的第一柔性支撑杆(1)，第二柔性支撑杆(2)和第三柔性支撑杆(3)的延长线汇交于一点，此汇交点即为动平台的旋转中心；在所述的第一柔性支撑杆(1)、第二柔性支撑杆(2)第三柔性支撑杆(3)、第一柔性调整杆(4)、第二柔性调整杆(5)和第三柔性调整杆(6)的两端均设有柔性转动副，该柔性转动副由对称的互相平行、带有圆弧的两平行槽构成组成，且两圆弧相对；所述的第一柔性调整杆(4)和第二柔性调整杆(5)一端分别经驱动器与定平台(7)相连，该第一柔性调整杆(4)和第二柔性调整杆(5)的另一端固定在所述的动平台(8)上，且所述的第一柔性...

【专利技术属性】
技术研发人员：隋雪婷，刘志刚，王世魏，崔文辉，章亚男，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31