【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及精密定位平台，尤其涉及一种基于波纹型薄片的3-prr柔性平面精密定位平台。
技术介绍
1、在半导体光刻、微型机械、精密测量、超精密加工、微型装配、生物细胞操纵和纳米技术等领域，需要十分精确的定位和非常精细的运动，因此高性能的精密定位工作台成为了这些领域的技术支持。精密定位平台除了要有微纳米级的定位精度、优良的稳定性、刚度及快速响应等，还要求其有较大的运动行程。为了更好的获得这些突出性能，柔性元件常用到精密定位平台的设计中。柔性元件能够克服传统刚性铰链在平台运动过程中出现的爬行、反向间隙和磨损等缺点。
2、目前，常见的精密定位平台多数采用缺口型柔性铰链作为柔性元件，虽然在配合高性能的驱动器及优良的驱动方式后，其能达到亚微米甚至纳米级的定位精度，但其工作范围只有几十微米。少数微电机驱动的商用精密定位平台，虽然运动范围能达到毫米级，但精度却不够高，而且具有传统机械无法避免的缺点。针对这些问题，国内外学者都做了大量研究，也提出了不少大行程高精度的设计方案，但往往这些平台的整体尺寸偏大，加工成本偏高。
技术实现思路
1、为解决现有技术所存在的技术问题，本专利技术提供一种基于波纹型薄片的3-prr柔性平面精密定位平台，能在定位平台整体尺寸很小的情况下获得大行程高精度的定位性能，三个波纹薄片柔性平动铰链是整个机构的三个输入端，通过三条传动链的传动以及波纹薄片的弯曲变形实现动平台的精确定位与姿态控制。
2、本专利技术采用以下技术方案来实现：一种基于波纹型薄片的
3、本专利技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
4、1、本专利技术能在定位平台整体尺寸很小的情况下获得大行程高精度的定位性能，三个波纹薄片柔性平动铰链是整个机构的三个输入端，通过三条传动链的传动以及波纹薄片的弯曲变形实现动平台的精确定位与姿态控制。
5、2、本专利技术整体设计域是半径为100mm的圆域，采用圆弧型波纹薄片作为柔性元件，通过圆弧梁相切增大铰链柔度并减小应力集中，通过对运动学参数进行设计优化，当a、e、c、t0分别取30mm、24mm、38mm、50°时，最终获得直径为9.6mm的工作空间以及增减5°的姿态调节范围，后续可以根据柔顺铰链的尺寸设计以及运动学模型的优化得到具有不同工作空间属性的柔性3prr定位平台。
6、3、本专利技术存在两类柔顺铰链，波纹薄片柔顺平动铰链和柔顺旋转铰链；波纹薄片柔顺平动铰链是由半圆弧梁按照直线相切排列组成，四个波纹直梁并联对称布置构成一个平动铰链，当一条波纹直梁的跨度是38.3mm时，波纹薄片柔顺平动铰链的运动范围是加减6.9mm，有三个平动铰链固定在每条支链的输入端；有6个柔顺旋转铰链分布在每条支链的两个被动关节上，三条支链完全相同，每条支链有两个不同设计尺寸的柔顺旋转铰链，每个柔顺旋转铰链的中心角与所匹配的连杆夹角一致，设计半径根据所要求的铰链运动范围给定，通过对波纹薄片柔顺旋转铰链进行参数化建模，可以得到它的结构参数与运动范围的关系；通过对3-prr设计参数a、e、c、t0的选取，以及对波纹薄片柔顺平动铰链和柔顺旋转铰链的设计，可以对整个平台的性能进行优化。
7、4、本专利技术的定位平台外框、r1波纹薄片柔顺旋转铰链、r2波纹薄片柔顺旋转铰链和动平台是在一个平面上并且等厚度，可以采用线切割机床一体化加工成型，避免了该部分的装配误差，后续只需要铜套旋转关节的轴孔配合即可完成组装，减小整体装配以及传动误差。
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1.一种基于波纹型薄片的3-PRR柔性平面精密定位平台，其特征在于，包括定位平台外框、波纹薄片柔顺平动铰链、R1波纹薄片柔顺旋转铰链、R2波纹薄片柔顺旋转铰链、动平台以及铜套旋转关节；其中，定位平台外框是多边形三对称结构位于整个机构最外侧；波纹薄片柔顺平动铰链的固定端连接到定位平台外框上，用于支撑整个机构；R1波纹薄片柔顺旋转铰链一端与波纹薄片柔顺平动铰链的移动端连接，另一端通过La传动杆与R2波纹薄片柔顺旋转铰链固定连接；R2波纹薄片柔顺旋转铰链的另一端固定在动平台的固定端上；铜套旋转关节安装在R1波纹薄片柔顺旋转铰链和R2波纹薄片柔顺旋转铰链的旋转中心。
2.根据权利要求1所述的一种基于波纹型薄片的3-PRR柔性平面精密定位平台，其特征在于，波纹薄片柔顺平动铰链、R1波纹薄片柔顺旋转铰链和R2波纹薄片柔顺旋转铰链组成了柔性3-PRR的一条运动支链，三条支链三对称布置。
3.根据权利要求2所述的一种基于波纹型薄片的3-PRR柔性平面精密定位平台，其特征在于，三条波纹薄片柔性平动铰链运动直线的交点位于等边三角形的三个顶点上，等边三角形的外接圆半径对应3-P
4.根据权利要求1所述的一种基于波纹型薄片的3-PRR柔性平面精密定位平台，其特征在于，波纹薄片柔性平动铰链包括位于上下两端的平动铰链固定端、平动铰链波纹薄片以及平动铰链移动端；其中，平动铰链移动端位于铰链的中间位置，用于整个机构三个平移运动的输入；平动铰链波纹薄片是由周期性圆弧半圆波纹梁按照直线轨迹相切排列组成，总共有四条平动铰链波纹薄片按照平行四边形对称布置，将平动铰链固定端和平动铰链移动端连接起来。
5.根据权利要求4所述的一种基于波纹型薄片的3-PRR柔性平面精密定位平台，其特征在于，平动铰链波纹薄片是由周期性半圆形波峰波谷串联组成，相邻一个波峰和波谷组成一个周期，总共有七个周期组成一条波纹梁，波纹薄片柔性平动铰链是由四条波纹梁并联组成。
6.根据权利要求1所述的一种基于波纹型薄片的3-PRR柔性平面精密定位平台，其特征在于，R1波纹薄片柔顺旋转铰链是柔性3-PRR机构的第一个旋转关节，包括R1柔顺铰链安装槽、R1柔顺铰链波纹薄片、La传动杆以及铜套旋转关节；其中，R1柔顺铰链安装槽是该关节的输入端，R1柔顺铰链波纹薄片是该关节的变形元件，它由多个周期组成，每个周期由三段相切圆弧梁组成，通过改变波纹段的横向跨度、宽度、厚度、波纹周期个数以及材料，获得刚度值，控制该关节的旋转范围；La传动杆用于连接两个旋转铰链，两个旋转轴线之间的距离是设计参数A，铜套旋转关节用于R1波纹薄片柔顺旋转铰链的轴心定位。
7.根据权利要求1所述的一种基于波纹型薄片的3-PRR柔性平面精密定位平台，其特征在于，R2波纹薄片柔顺旋转铰链包含R2柔顺铰链波纹薄片，R2柔顺铰链波纹薄片是R2波纹薄片柔顺旋转铰链的变形元件，它的两端分别固定在La传动杆和动平台上面，用于实现第二个旋转关节的传动，铜套旋转关节用于该铰链的轴心定位。
8.根据权利要求1所述的一种基于波纹型薄片的3-PRR柔性平面精密定位平台，其特征在于，动平台的R2柔顺铰链定位槽有三个，在平面内三对称布置，用于限定三个R2波纹薄片柔顺旋转铰链的位置，三个R2波纹薄片柔顺旋转铰链形成的等边三角形的外接圆半径是设计参数E，载物台位于中间位置用于安装执行器。
9.根据权利要求1所述的一种基于波纹型薄片的3-PRR柔性平面精密定位平台，其特征在于，定位平台外框、波纹薄片柔顺平动铰链、R1波纹薄片柔顺旋转铰链、R2波纹薄片柔顺旋转铰链以及动平台是一个整体，采用线切割一体化加工，R1波纹薄片柔顺旋转铰链和R2波纹薄片柔顺旋转铰链中的波纹薄片与两端杆件以及动平台的连接处均圆角过渡。
10.根据权利要求1所述的一种基于波纹型薄片的3-PRR柔性平面精密定位平台，其特征在于，铜套旋转关节安装在由线切割加工的铰链中心，提供轴心的定位，采用石墨烯材质，R1波纹薄片柔顺旋转铰链、R2波纹薄片柔顺旋转铰链在旋转关节处切有相同大小的开口，作为铰链最大转角...
【技术特征摘要】
1.一种基于波纹型薄片的3-prr柔性平面精密定位平台，其特征在于，包括定位平台外框、波纹薄片柔顺平动铰链、r1波纹薄片柔顺旋转铰链、r2波纹薄片柔顺旋转铰链、动平台以及铜套旋转关节；其中，定位平台外框是多边形三对称结构位于整个机构最外侧；波纹薄片柔顺平动铰链的固定端连接到定位平台外框上，用于支撑整个机构；r1波纹薄片柔顺旋转铰链一端与波纹薄片柔顺平动铰链的移动端连接，另一端通过la传动杆与r2波纹薄片柔顺旋转铰链固定连接；r2波纹薄片柔顺旋转铰链的另一端固定在动平台的固定端上；铜套旋转关节安装在r1波纹薄片柔顺旋转铰链和r2波纹薄片柔顺旋转铰链的旋转中心。
2.根据权利要求1所述的一种基于波纹型薄片的3-prr柔性平面精密定位平台，其特征在于，波纹薄片柔顺平动铰链、r1波纹薄片柔顺旋转铰链和r2波纹薄片柔顺旋转铰链组成了柔性3-prr的一条运动支链，三条支链三对称布置。
3.根据权利要求2所述的一种基于波纹型薄片的3-prr柔性平面精密定位平台，其特征在于，三条波纹薄片柔性平动铰链运动直线的交点位于等边三角形的三个顶点上，等边三角形的外接圆半径对应3-prr的设计参数c；三条波纹薄片柔性平动铰链移动端的中心与所连接的r1波纹薄片柔顺旋转铰链中心的连线与等边三角形的三条边重合；la传动杆两端轴心距离即r1波纹薄片柔顺旋转铰链、r2波纹薄片柔顺旋转铰链之间的距离对应3-prr设计参数a；动平台的3个轴心即3个r2波纹薄片柔顺旋转铰链位于外接圆半径是e的等边三角形的三个顶点上，当动平台处于初始状态时，两个等边三角形的中心重合，并且r2波纹薄片柔顺旋转铰链构成的等边三角形相较于三条波纹薄片柔性平动铰链构成的等边三角形有一个初始偏角，对应动平台的初始姿态为t0。
4.根据权利要求1所述的一种基于波纹型薄片的3-prr柔性平面精密定位平台，其特征在于，波纹薄片柔性平动铰链包括位于上下两端的平动铰链固定端、平动铰链波纹薄片以及平动铰链移动端；其中，平动铰链移动端位于铰链的中间位置，用于整个机构三个平移运动的输入；平动铰链波纹薄片是由周期性圆弧半圆波纹梁按照直线轨迹相切排列组成，总共有四条平动铰链波纹薄片按照平行四边形对称布置，将平动铰链固定端和平动铰链移动端连接起来。
5.根据权利要求4所述的一种基于波纹型薄片的3-prr柔性平面精密定位平台，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：王念峰，李灿然，商桂升，张宪民，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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