粗精两级驱动六自由度并联调整平台制造技术

本发明专利技术涉及精密机械技术领域，尤其涉及一种粗精两级驱动六自由度并联调整平台，包括上平台、上柔性铰链、精级驱动组件、下柔性铰链、粗级驱动组件、下平台，精级驱动组件包括正膨胀杆和负膨胀杆，精调驱动位移时，正膨胀杆加热，输出轴向正位移，负膨胀杆加热体积收缩输出轴向负位移，二者之间的差值即为输出的精确驱动位移；粗级驱动组件实现滑移运动和定位功能；柔性铰链的设计能实现绕x、y轴正交方向的转动且轴向变形小，能够抵抗轴向变形，精级驱动组件与粗级驱动组件的双驱动模式可提高并联调整平台的灵活性、可控性、可靠性和容错性。可靠性和容错性。可靠性和容错性。

【技术实现步骤摘要】
粗精两级驱动六自由度并联调整平台


[0001]本专利技术涉及精密机械
，尤其涉及一种粗精两级驱动六自由度并联调整平台。

技术介绍

[0002]在精密机械领域中，促动器是一个主要的组成部分，能够将其他能量(一般是电能)转为机械能输出位移，实现这一转换通常由四种途径：静电驱动、电磁驱动、压电驱动以及热敏感驱动。其中静电驱动和电磁驱动对距离有很大依赖，压电驱动输出位移和力矩小，热敏感驱动克服了上述的缺点，热应力是结构内力，只要保证驱动结构能够获得一定热能就能产生相应的形变，这可以通过电致加热或者接受传导、对流、辐射的热能实现，从而完成驱动。
[0003]热膨胀是材料的普遍属性。自身温度发生变化后，由半导体、金属或者绝缘材料构成的结构的尺寸和体积发生相应的变化。传统的促动器的两段材料一般都采用正膨胀系数的材料，即加热之后具有不同程度的膨胀，来最终实现纳米级的运动。但是对于微量纳米级的运动无法实现，所以如何有效的提高微动平台精度，降低平台的成本是目前本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术为解决上述问题，提供一种将正膨胀系数与负膨胀系数材料结合，通过热辐射加热，控制两个分段杆件的温度差，利用上下不同大小的平台和柔性铰链，实现绕X、Y、Z轴纳米级分辨率伸缩驱动的基于热膨胀原理的差动式六自由度并联微动平台。一种粗精两级驱动六自由度并联调整平台，包括上平台、上柔性铰链、至少三组精级驱动组件、下柔性铰链、至少三组粗级驱动组件、下平台；在所述上平台的底面设有上平台凸出安装结构，精级驱动组件的上端通过所述上柔性铰链与所述上平台凸出安装结构固定连接，所述精级驱动组件的下端通过所述下柔性铰链与所述下平台固定连接；每组精级驱动组件的数量为两个，每个精级驱动组件包括正膨胀组件、中间隔热垫以及负膨胀组件，所述正膨胀组件与所述负膨胀组件分别固定在所述中间隔热垫的两端；所述正膨胀组件包括正膨胀杆，所述正膨胀杆具有正膨胀系数，所述负膨胀组件包括负膨胀杆，所述负膨胀杆具有负膨胀系数。
[0005]优选的，精调驱动位移时，对所述正膨胀杆加热，所述正膨胀杆受热膨胀输出轴向正位移；或者对所述正膨胀杆加热，所述正膨胀杆受热膨胀输出轴向正位移，对所述负膨胀杆加热，所述负膨胀杆受热升温体积收缩输出轴向负位移，轴向正位移和轴向负位移的差值即为输出的精确驱动位移；由热膨胀引起的位移量N可以用下式表示：
N=(T
2正
‑
T
1正
) L
正
α
正
+(T
2负
‑
T
1负
) L
负
α
负
其中，N为热膨胀引起的位移量，T
2正
为正膨胀杆的当前温度，T
1正
为正膨胀杆的初始温度，L
正
为正膨胀杆的长度，α
正
为正膨胀杆的热膨胀系数，T
2负
为负膨胀杆的当前温度，T
1负
为负膨胀杆的初始温度，L
负
为负膨胀杆的长度，α
负
为负膨胀杆的热膨胀系数。
[0006]优选的，粗级驱动组件包括：步进电机、与步进电机输出端相连的谐波减速器、固定在所述下平台上且与步进电机输入端相连的制动器、固定在所述下平台上且与谐波减速器刚性连接的丝杠螺杆、固定在所述下平台两侧且与丝杠螺杆平行的导轨、位于导轨上且与导轨滑动连接的滑块、套装在丝杠螺杆中间部分的丝杠螺母、位于滑块上且套装在丝杠螺母上的驱动块、套装在丝杠螺杆输出端的丝杠支撑、套装在驱动块上的粗级驱动组件上转接工装、固定安装在粗级驱动组件上转接工装上的滑动凸出安装结构固定安装在所述下平台上的粗级驱动组件下转接工装；粗调驱动位移时，通过步进电机与丝杠螺杆实现大行程位移。
[0007]优选的，所述上柔性铰链包括第一固定台、第二固定台、第三固定台，在所述第二固定台与所述第三固定台之间设有空心圆柱，所述空心圆柱形成具有斜向上切口和斜向下开口的八字型镂空结构，所述八字型镂空结构沿八字竖向中心线镜像对称设置，相邻两个同方向的八字型镂空结构之间还形成有三角形镂空区域，通过所述八字型镂空结构与三角形镂空区域实现空心圆柱的自由摆动；在所述第一固定台与第二固定台之间设有4根以上的长条扁板，所述长条扁板沿所述第二固定台的上表面周向竖直设置，所述长条扁板用于实现绕竖直轴线的转动自由度，从而实现Z轴方向的上下微动。
[0008]优选的，所述下柔性铰链包括第四固定台和第五固定台，在所述第四固定台和第五固定台之间设有空心圆柱，所述空心圆柱结构具有斜向上切口和斜向下开口的八字型镂空结构，所述八字型镂空结构沿竖向中心线镜像对称设置，相邻两个同方向所述八字型镂空结构之间还形成有三角形镂空区域，通过所述八字型镂空结构与三角形镂空区域实现空心圆柱的自由摆动。
[0009]优选的，所述正膨胀组件还包含正膨胀杆套筒和正加热片，所述正膨胀杆套筒包裹在所述正膨胀杆的表面，所述正加热片包裹在所述正膨胀杆套筒的表面，通过所述正加热片对所述正膨胀杆套筒加热，从而实现不同温度下所述正膨胀杆的轴向正位移量。
[0010]优选的，负膨胀组件还包含负膨胀杆套筒和负加热片，负膨胀杆套筒包裹在所述负膨胀杆的表面，所述负加热片包裹在负膨胀杆套筒的表面，通过所述负加热片对所述负膨胀杆套筒加热，从而实现不同温度下所述负膨胀杆的轴向负位移。
[0011]优选的，所述正膨胀组件还包括正膨胀杆末端隔热垫和正膨胀套筒末端隔热垫，所述负膨胀组件还包括负膨胀杆末端隔热垫和负膨胀套筒末端隔热垫，所述正膨胀杆末端隔热垫固定连接在所述正膨胀杆的末端，所述负膨胀杆末端隔热垫固定连接在所述负膨胀杆的末端，所述正膨胀套筒末端隔热垫固定连接在所述正膨胀杆套筒的末端，负膨胀套筒末端隔热垫固定连接在所述负膨胀杆套筒的末端，所述正膨胀杆末端隔热垫、正膨胀套筒末端隔热垫、负膨胀杆末端隔热垫、负膨胀套筒末端隔热垫用于隔绝所述精级驱动组件3与外界的热量传导。
[0012]优选的，所述上平台凸出安装结构的数量为6个，每个上平台凸出安装结构的横截面呈圆形，所述上柔性铰链通过螺钉与所述上平台凸出安装结构固定连接；所述滑动凸出安装结构的数量为6个，每个所述滑动凸出安装结构的横截面呈圆形，所述下柔性铰链通过螺钉与所述滑动凸出安装结构固定连接。
[0013]优选的，所述上平台凸出安装结构的顶面为斜面，使所述上平台凸出安装结构倾斜固定在所述上平台上，所述滑动凸出安装结构的顶面为斜面，使所述滑动凸出安装结构倾斜固定在所述下平台上。
[0014]与现有技术相比，本专利技术能够取得如下有益效果：1、粗级驱动组件，其通过步进电机与滚珠丝杠实现大行程位移，精级驱动组件与粗级驱动组件的双驱动模式则解决了传统并联平台的大工作行程与高运动精度自相矛盾的问题，在大范围快速运动的条件下，实现纳米级的运动精度同时实现滑移运动和定位功能。且由于双驱动模式带来的冗余自由度，可提高并联调整平台的灵活性、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种粗精两级驱动六自由度并联调整平台，其特征在于，包括上平台(1)、上柔性铰链(2)、至少三组精级驱动组件(3)、下柔性铰链(4)、至少三组粗级驱动组件(5)、下平台(6)；在所述上平台(1)的底面设有上平台凸出安装结构(1
‑
1)，精级驱动组件(3)的上端通过所述上柔性铰链(2)与所述上平台凸出安装结构(1
‑
1)固定连接，所述精级驱动组件(3)的下端通过所述下柔性铰链(4)与所述下平台(6)固定连接；每组精级驱动组件(3)的数量为两个，每个精级驱动组件(3)包括正膨胀组件(3
‑
1)、中间隔热垫(3
‑
2)以及负膨胀组件(3
‑
3)，所述正膨胀组件(3
‑
1)与所述负膨胀组件(3
‑
3)分别固定在所述中间隔热垫(3
‑
2)的两端；所述正膨胀组件(3
‑
1)包括正膨胀杆(3
‑
4)，所述正膨胀杆(3
‑
4)具有正膨胀系数，所述负膨胀组件(3
‑
3)包括负膨胀杆(3
‑
8)，所述负膨胀杆(3
‑
8)具有负膨胀系数。2.如权利要求1所述的粗精两级驱动六自由度并联调整平台，其特征在于，精调驱动位移时，对所述正膨胀杆(3
‑
4)加热，所述正膨胀杆(3
‑
4)受热膨胀输出轴向正位移；或者对所述正膨胀杆(3
‑
4)加热，所述正膨胀杆(3
‑
4)受热膨胀输出轴向正位移，对所述负膨胀杆(3
‑
8)加热，所述负膨胀杆(3
‑
8)受热升温体积收缩输出轴向负位移，轴向正位移和轴向负位移的差值即为输出的精确驱动位移；由热膨胀引起的位移量N可以用下式表示：N=(T 2正
‑
T
1正
) L
正
α
正
+(T 2负
‑
T
1负
) L
负
α
负
其中，N为热膨胀引起的位移量，T 2正
为正膨胀杆(3
‑
4)的当前温度，T
1正
为正膨胀杆(3
‑
4)的初始温度，L
正
为正膨胀杆(3
‑
4)的长度，α正为正膨胀杆(3
‑
4)的热膨胀系数，T
2负
为负膨胀杆(3
‑
8)的当前温度，T 1负
为负膨胀杆(3
‑
8)的初始温度，L
负
为负膨胀杆(3
‑
8)的长度，α
负
为负膨胀杆(3
‑
8)的热膨胀系数。3.如权利要求1所述的粗精两级驱动六自由度并联调整平台，其特征在于，粗级驱动组件(5)包括：步进电机(5
‑
2)、与步进电机(5
‑
2)输出端相连的谐波减速器(5
‑
3)、固定在所述下平台(6)上且与步进电机(5
‑
2) 输入端相连的制动器(5
‑
1)、固定在所述下平台(6)上且与谐波减速器(5
‑
3)刚性连接的丝杠螺杆(5
‑
9)、固定在所述下平台(6)两侧且与丝杠螺杆(5
‑
9)平行的导轨(5
‑
4)、位于导轨(5
‑
4)上且与导轨(5
‑
4)滑动连接的滑块(5
‑
5)、套装在丝杠螺杆(5
‑
9)中间部分的丝杠螺母(5
‑
8)、位于滑块(5
‑
5)上且套装在丝杠螺母(5
‑
8)上的驱动块(5
‑
6)、套装在丝杠螺杆(5
‑
9)输出端的丝杠支撑(5
‑
10)、套装在驱动块(5
‑
6)上的粗级驱动组件上转接工装(5
‑
7)、固定安装在粗级驱动组件上转接工装(5
‑
7)上的滑动凸出安装结构(5
‑
12)固定安装在所述下平台(6)上的粗级驱动组件下转接工装(5
‑
11)；粗调驱动位移时，通过步进电机(5
‑
2)与丝杠螺杆(5
‑
9)实现大行程位移。4.如权利要求3所述的粗精两级驱动六自由度并联调整平台，其特征在于，所述上柔性铰链(2)包括第一固定台(2
‑
1)、第二固定台(2
‑
2)、第三固定台(2
‑
3)，在所述第二固定台(2
‑
2)...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩哈斯敖其尔，林俊为，胡日查，韩春杨，吴清文，徐振邦，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：