【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-rrr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-rrr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，三个对称布置的柔性旋转关节r1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
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，三个对称布置的柔性旋转关节r1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、本专利技术的整体设计域是半径为126mm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、b、e、c、t0分别取65mm、65mm、38mm、106mm、24°时，最终获得直径为31mm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3rrr定位平台。
6、3、本专利技术总共存在9个柔顺旋转铰链，分布在三条相同支链上，每条支链有三种不同设计尺寸的柔顺铰链，每个柔顺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关节运动范围给定，通过对波纹薄片柔顺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，再结合3rrr设计参数a、b、e、c、t0的选取，便可以对整个平台进行参数化设计。
7、4、本专利技术的定位平台外框、r1柔顺铰链固定件、r1波纹薄片柔顺铰链、la传动杆、r2波纹薄片柔顺铰链、lb传动杆、r3波纹薄片柔顺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。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于波纹型薄片的3-RRR柔性平面精密定位平台，其特征在于，包括定位平台外框、R1柔顺铰链固定件、R1波纹薄片柔顺铰链、铜套旋转关节、La传动杆、R2波纹薄片柔顺铰链、Lb传动杆、R3波纹薄片柔顺铰链以及动平台；其中，定位平台外框是圆环形三对称结构处于整个机构最外侧，与三个R1柔顺铰链固定件固定连接，用于支撑整个机构；R1波纹薄片柔顺铰链一端连接在R1柔顺铰链固定件上，另一端与La传动杆固定连接，铜套旋转关节安装在R1柔顺铰链固定件上；R2波纹薄片柔顺铰链一端与La传动杆固定，另一端与Lb传动杆连接；R3波纹薄片柔顺铰链一端与Lb传动杆固定，另一端与动平台连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于波纹型薄片的3-RRR柔性平面精密定位平台，其特征在于，R1柔顺铰链固定件与La传动杆中间安装有铜套旋转关节，三者的旋转轴线互相重合，与R1波纹薄片柔顺铰链共同构成了柔性3RRR的第一旋转关节R1；La传动杆、R2波纹薄片柔顺铰链、Lb传动杆与铜套旋转关节共同构成了第二旋转关节R2；Lb传动杆、R3波纹薄片柔顺铰链、动平台与铜套旋转关节共同构成了第三旋转关节R3，三个旋
3.根据权利要求2所述的一种基于波纹型薄片的3-RRR柔性平面精密定位平台，其特征在于，旋转关节R1、R2和R3位于等边三角形的三个顶点上，三角形的外接圆半径对应3RRR的设计参数C；La传动杆两端轴心距离即旋转关节R1、R2之间的距离对应3-RRR设计参数A；Lb传动杆两端轴心距离即旋转关节R2、R3之间的距离对应3RRR设计参数B；动平台的三个轴心即3个柔顺关节R3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，并且柔顺关节R3构成的等边三角形相较于柔顺关节R1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-RRR柔性平面精密定位平台，其特征在于，R1柔顺铰链固定件有三个，分布在三个支链的输入端，包括顺铰链支撑杆和R1柔顺铰链定位槽；R1柔顺铰链支撑杆是R1柔顺铰链固定件的连接杆，用来与定位平台外框固定连接，R1柔顺铰链定位槽是R1波纹薄片柔顺铰链的旋转中心。
5.根据权利要求1所述的一种基于波纹型薄片的3-RRR柔性平面精密定位平台，其特征在于，R1波纹薄片柔顺铰链、R2波纹薄片柔顺铰链和R3波纹薄片柔顺铰链均是变形元件，由多个周期组成，每个周期由三段相切圆弧梁组成，分别是波纹周期内起始段圆弧梁、波纹周期内中间段圆弧梁和波纹周期内结束段圆弧梁。
6.根据权利要求1所述的一种基于波纹型薄片的3-RRR柔性平面精密定位平台，其特征在于，La传动杆包括R1旋转关节轴、La连接杆、R2柔性铰链固定端以及R2柔顺铰链定位槽；其中，R1旋转关节轴作为第一旋转关节R1的旋转中心，R2柔顺铰链定位槽用于限定第二旋转关节R2的位置，两个旋转轴线之间的距离是设计参数A，La连接杆用于第一旋转关节R1和第二旋转关节R2的连接，R2柔性铰链固定端用于R2波纹薄片柔顺铰链的固定。
7.根据权利要求1所述的一种基于波纹型薄片的3-RRR柔性平面精密定位平台，其特征在于，Lb传动杆包括R2旋转关节轴、Lb连接杆以及R3旋转关节轴；其中，R2旋转关节轴作为第二旋转关节R2的旋转中心，R3旋转关节轴作为第三旋转关节R3的旋转中心，Lb连接杆用于第二旋转关节R2和第三旋转关节R3的连接。
8.根据权利要求1所述的一种基于波纹型薄片的3-RRR柔性平面精密定位平台，其特征在于，动平台包括R3柔顺铰链定位槽和载物台；其中，R3柔顺铰链定位槽有三个，在平面内三对称布置，用于限定三个第三旋转关节R3的位置，三个第三旋转关节R3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-RRR柔性平面精密定位平台，其特征在于，定位平台外框、R1柔顺铰链固定件、R1波纹薄片柔顺铰链、La传动杆、R2波纹薄片柔顺铰链、Lb传动杆、R3波纹薄片柔顺铰链以及动平台是一个整体，采用线切割一体化加工，R1波纹薄片柔顺铰链、R2波纹薄片柔顺铰链与R3波纹薄片柔顺铰链与相邻杆件或者动平台的连接处均进行圆角过渡；R1波纹薄片柔顺铰链、R2波纹薄片柔顺铰链和R3波纹薄片柔顺铰链的横截面均是由周期性的圆弧段组成，每个周期由三段相同半径不同圆心角的圆弧相切组成，所有圆弧的圆心在同一半径的圆周上，三段圆弧组成一个完整圆周，根据柔顺铰链两侧横截面之间夹角的大小，设计小圆弧的半径，令两截面夹角被整...
【技术特征摘要】
1.一种基于波纹型薄片的3-rrr柔性平面精密定位平台，其特征在于，包括定位平台外框、r1柔顺铰链固定件、r1波纹薄片柔顺铰链、铜套旋转关节、la传动杆、r2波纹薄片柔顺铰链、lb传动杆、r3波纹薄片柔顺铰链以及动平台；其中，定位平台外框是圆环形三对称结构处于整个机构最外侧，与三个r1柔顺铰链固定件固定连接，用于支撑整个机构；r1波纹薄片柔顺铰链一端连接在r1柔顺铰链固定件上，另一端与la传动杆固定连接，铜套旋转关节安装在r1柔顺铰链固定件上；r2波纹薄片柔顺铰链一端与la传动杆固定，另一端与lb传动杆连接；r3波纹薄片柔顺铰链一端与lb传动杆固定，另一端与动平台连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于波纹型薄片的3-rrr柔性平面精密定位平台，其特征在于，r1柔顺铰链固定件与la传动杆中间安装有铜套旋转关节，三者的旋转轴线互相重合，与r1波纹薄片柔顺铰链共同构成了柔性3rrr的第一旋转关节r1；la传动杆、r2波纹薄片柔顺铰链、lb传动杆与铜套旋转关节共同构成了第二旋转关节r2；lb传动杆、r3波纹薄片柔顺铰链、动平台与铜套旋转关节共同构成了第三旋转关节r3，三个旋转关节组成了柔性3rrr的一条运动支链，总共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-rrr柔性平面精密定位平台，其特征在于，旋转关节r1、r2和r3位于等边三角形的三个顶点上，三角形的外接圆半径对应3rrr的设计参数c；la传动杆两端轴心距离即旋转关节r1、r2之间的距离对应3-rrr设计参数a；lb传动杆两端轴心距离即旋转关节r2、r3之间的距离对应3rrr设计参数b；动平台的三个轴心即3个柔顺关节r3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，并且柔顺关节r3构成的等边三角形相较于柔顺关节r1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-rrr柔性平面精密定位平台，其特征在于，r1柔顺铰链固定件有三个，分布在三个支链的输入端，包括顺铰链支撑杆和r1柔顺铰链定位槽；r1柔顺铰链支撑杆是r1柔顺铰链固定件的连接杆，用来与定位平台外框固定连接，r1柔顺铰链定位槽是r1波纹薄片柔顺铰链的旋转中心。
5.根据权利要求1所述的一种基于波纹型薄片的3-rrr柔性平面精密定位平台，其特征在于，r1波纹薄片柔顺铰链、r2波纹薄片柔顺铰链和r3波纹薄片柔顺铰链均是变形元件，由...
【专利技术属性】
技术研发人员：王念峰，商桂升，李灿然，张宪民，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。