【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种柔性铰链解耦的六自由度并联运动平台及控制方法，属于精密驱动与控制。
技术介绍
1、近年来，随着精密机械技术的发展，尤其是微纳米技术的出现，科学技术正式进入了“亚微米-纳米”时代，传统宏观操作已经不能满足生成需求。扫描电镜、光学仪器、精密加工等等电子、光学、机械、和航天领域，迫切需要高精度、高分辨率、高速率的定位平台；而且目前对多自由度精密定位平台的需求更加急迫。例如，天文望远镜的超高分辨率和高精度转动需要多自由度的定位平台；精密光学仪器的加工和装配需要多自由度的精密定位平台；医学手术更多依赖于多自由度的精密操作末端执行机构，等等。
2、目前的精密运动平台中多采用传统的机械传动式机构，例如螺旋机构、杠杆机构、楔块凸轮机构等以及它们的组合机构。机械传动式机构最大的优点是结构简单且行程大，但其结构极易引起运动累积误差，在面对振动时结构稳定性较低，容易给精确指向控制造成困难。因此，传统机械传动式机构已经无法满足平台的精密运动技术需求。
3、随着对并联结构研究的深入，加以控制技术的不断发展，一种新型的基于智能结构的运动平台为该类问题的解决带来了新的研究方向。该类平台以stewart六自由度并联平台为基础,通过六根驱动杆的协调运动，可以实现六个自由度运动。目前stewart六自由度并联平台绝大部分是刚性结构，体积大且存在并联耦合强和控制稳定性差等问题，并不适用于精密定位系统。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种柔性铰链
2、为达到上述目的，本专利技术是采用下述技术方案实现的：
3、第一方面，本专利技术提供了一种柔性铰链解耦的六自由度并联运动平台，包括：动平台、静平台、六个运动支腿，所述运动支腿包括第一柔性铰链、第二柔性铰链及直线驱动组件；
4、所述动平台与静平台同轴平行紧凑放置，动平台、静平台分别与六个支腿连接，且两平台呈三角正交型连接结构；所述第一柔性铰链连接动平台，所述第二柔性铰链连接静平台；所述直线驱动组件连接所述第一柔性铰链与第二柔性铰链；所述直线驱动组件用于推动所述柔性铰链运动，实现动平台沿x、y、z三个方向平动及绕x、y、z三个轴旋转。
5、进一步的，所述直线驱动组件包括驱动器外壳、驱动器端盖、导轨、输出轴、作动轴、菱形放大机构、第一箝位半菱形放大机构、第二箝位半菱形放大机构、驱动压电堆、第一箝位压电堆、第二箝位压电堆，所述直线驱动组件的位置由驱动器外壳和驱动器端盖进行固定,所述导轨设置于驱动器外壳内部，所述输出轴与作动轴均在导轨上运动，并通过菱形放大机构连接；所述第一箝位半菱形放大机构位于驱动器外壳内部并夹紧作动轴，所述第二箝位半菱形放大机构位于驱动器外壳内部并夹紧输出轴，所述驱动压电堆位于菱形放大机构中，所述第一箝位压电堆位于第一箝位半菱形放大机构中，所述第二箝位压电堆位于第二箝位半菱形放大机构中。
6、进一步的，所述驱动器端盖、导轨、第一半菱形放大机构以及第二半菱形放大机构均通过紧定螺钉固定于驱动器外壳上。
7、进一步的，所述驱动组件连接有运动控制模块，所述运动控制模块将动平台运动形式分为平动运动控制信号和旋转运动控制信号，将控制信号进行逆运动学求解实现指挥驱动组件控制动平台运动；所述运动控制模块包含传感器，所述传感器用于检测平台位置与姿态，作为控制器的位移反馈信号实现闭环控制。
8、进一步的，所述直线驱动组件改变作动器运动形式实现宏动与微动，驱动运动支腿实现动平台多自由度运动。
9、进一步的，所述直线驱动组件为压电尺蠖驱动器、压电叠堆驱动器、菱形放大驱动器中的任意一种。
10、进一步的，所述第一柔性铰链、第二柔性铰链为y型、x型、v型柔性铰链中的任意一种。
11、进一步的，所述第一柔性铰链、第二柔性铰链通过螺栓方式连接所述动平台与静平台；所述直线驱动组件通过胶粘或螺栓方式连接所述第一柔性铰链与第二柔性铰链。
12、第二方面，本专利技术提供一种根据前述任一项所述的柔性铰链解耦的六自由度并联运动平台的控制方法，包括：
13、第一箝位半菱形放大机构中的第一箝位压电堆通电伸长，解除箝位状态；
14、菱形放大机构中的驱动压电堆通电伸长，其两个输出端距离缩短，带动右端作动轴左移；
15、第一箝位半菱形放大机构中的第一箝位压电堆断电，恢复箝位状态，夹紧右端作动轴；
16、第二箝位半菱形放大机构中的第二箝位压电堆通电伸长，解除箝位状态；
17、菱形放大机构中的驱动压电堆断电缩短，其两个输出端距离恢复成初始状态，推动左端输出轴左移；
18、第二箝位半菱形放大机构中的第二箝位压电堆断电，恢复箝位状态，夹紧左端输出轴；
19、通过重复以上步骤，直线驱动组件通过连续进给实现大行程位移输出。
20、进一步的，所述控制方法还包括：
21、将第一箝位半菱形放大机构始终处于箝位状态,第二箝位半菱形放大机构始终处于解除箝位状态；
22、通过控制菱形放大机构中的驱动压电堆是否通电，实现多自由度并联运动平台的微动定位功能。
23、与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果：
24、本专利技术提供一种柔性铰链解耦的六自由度并联运动平台及控制方法，其特点是柔性铰链减少支腿输出刚度实现柔性解耦，不同驱动组合来实现六个自由度运动；本专利技术一方面机械解耦实现运动精度高，可实现宏动、微动两种运动模式；另一方面，由于所述三角正交平台的结构特点，整个运动平台的结构紧凑、可承受负载大。
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1.一种柔性铰链解耦的六自由度并联运动平台，其特征在于，包括：动平台(1)、静平台(2)、六个运动支腿，所述运动支腿包括第一柔性铰链(3)、第二柔性铰链(4)及直线驱动组件(5)；
2.根据权利要求1所述的柔性铰链解耦的六自由度并联运动平台，其特征在于，所述直线驱动组件(5)包括驱动器外壳(5-1)、驱动器端盖(5-2)、导轨(5-3)、输出轴(5-4)、作动轴(5-5)、菱形放大机构(5-6)、第一箝位半菱形放大机构(5-7)、第二箝位半菱形放大机构(5-8)、驱动压电堆(5-9-1)、第一箝位压电堆(5-9-2)、第二箝位压电堆(5-9-3)，所述直线驱动组件(5)的位置由驱动器外壳(5-1)和驱动器端盖(5-2)进行固定,所述导轨(5-3)设置于驱动器外壳(5-1)内部，所述输出轴(5-4)与作动轴(5-5)均在导轨(5-3)上运动，并通过菱形放大机构(5-6)连接；所述第一箝位半菱形放大机构(5-7)位于驱动器外壳(5-1)内部并夹紧作动轴(5-5)，所述第二箝位半菱形放大机构(5-8)位于驱动器外壳(5-1)内部并夹紧输出轴(5-4)，所述驱动压电堆(5-9
3.根据权利要求2所述的柔性铰链解耦的六自由度并联运动平台，其特征在于，所述驱动器端盖(5-2)、导轨(5-3)、第一半菱形放大机构(5-6)以及第二半菱形放大机构(5-6)均通过紧定螺钉固定于驱动器外壳(5-1)上。
4.根据权利要求1所述的柔性铰链解耦的六自由度并联运动平台，其特征在于，所述驱动组件连接有运动控制模块，所述运动控制模块将动平台(1)运动形式分为平动运动控制信号和旋转运动控制信号，将控制信号进行逆运动学求解实现指挥驱动组件控制动平台(1)运动；所述运动控制模块包含传感器，所述传感器用于检测平台位置与姿态，作为控制器的位移反馈信号实现闭环控制。
5.根据权利要求1所述的柔性铰链解耦的六自由度并联运动平台，其特征在于，所述直线驱动组件(5)改变作动器运动形式实现宏动与微动，驱动运动支腿实现动平台(1)多自由度运动。
6.根据权利要求1所述的柔性铰链解耦的六自由度并联运动平台，其特征在于，所述直线驱动组件(5)为压电尺蠖驱动器、压电叠堆驱动器、菱形放大驱动器中的任意一种。
7.根据权利要求1所述的柔性铰链解耦的六自由度并联运动平台，其特征在于，所述第一柔性铰链(3)、第二柔性铰链(4)为Y型、X型、V型柔性铰链中的任意一种。
8.根据权利要求1所述的柔性铰链解耦的六自由度并联运动平台，其特征在于，所述第一柔性铰链(3)、第二柔性铰链(4)通过螺栓方式连接所述动平台(1)与静平台(2)；所述直线驱动组件(5)通过胶粘或螺栓方式连接所述第一柔性铰链(3)与第二柔性铰链(4)。
9.一种根据权利要求2所述的柔性铰链解耦的六自由度并联运动平台的控制方法，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述的柔性铰链解耦的六自由度并联运动平台的控制方法，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种柔性铰链解耦的六自由度并联运动平台，其特征在于，包括：动平台(1)、静平台(2)、六个运动支腿，所述运动支腿包括第一柔性铰链(3)、第二柔性铰链(4)及直线驱动组件(5)；
2.根据权利要求1所述的柔性铰链解耦的六自由度并联运动平台，其特征在于，所述直线驱动组件(5)包括驱动器外壳(5-1)、驱动器端盖(5-2)、导轨(5-3)、输出轴(5-4)、作动轴(5-5)、菱形放大机构(5-6)、第一箝位半菱形放大机构(5-7)、第二箝位半菱形放大机构(5-8)、驱动压电堆(5-9-1)、第一箝位压电堆(5-9-2)、第二箝位压电堆(5-9-3)，所述直线驱动组件(5)的位置由驱动器外壳(5-1)和驱动器端盖(5-2)进行固定,所述导轨(5-3)设置于驱动器外壳(5-1)内部，所述输出轴(5-4)与作动轴(5-5)均在导轨(5-3)上运动，并通过菱形放大机构(5-6)连接；所述第一箝位半菱形放大机构(5-7)位于驱动器外壳(5-1)内部并夹紧作动轴(5-5)，所述第二箝位半菱形放大机构(5-8)位于驱动器外壳(5-1)内部并夹紧输出轴(5-4)，所述驱动压电堆(5-9-1)位于菱形放大机构(5-6)中，所述第一箝位压电堆(5-9-2)位于第一箝位半菱形放大机构(5-7)中，所述第二箝位压电堆(5-9-3)位于第二箝位半菱形放大机构(5-8)中。
3.根据权利要求2所述的柔性铰链解耦的六自由度并联运动平台，其特征在于，所述驱动器端盖(5-2)、导轨(5-3)、第一半菱形放大机构(5-6)以及第二半菱形放大机构(5-6)均通过紧定螺钉固定于...
【专利技术属性】
技术研发人员：凌明祥，陈涛，李璐，朱杰，孙立宁，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：
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