[发明专利]三自由度柔性拓扑解耦并联微动平台

说明书

技术领域

本发明属于微机电系统精密传动技术领域，具体讲就是涉及一种能够实现解耦功能的三自由度柔性拓扑解耦并联微动平台，提高了微机电系统传动的传动精度。

背景技术

微动平台是微纳米领域的常用装置，其在定位和运动中具有精度高的优点，广泛适用于机电行业、生物工程和微创手术等领域的。微动平台在类似相机、手机之类的微小机器行业得到广泛使用，微动平台常使用到柔性铰链连接机构，柔性铰链是在二十世纪六十年代前后，由于航空航天技术的发展，对实现小范围内偏转的支撑结构，不仅提出了高分辨率的要求，还要求结构上具有微小型化的要求。人们在经过对各类型的弹性支撑实验探索后，逐步开发出体积小、无机械摩擦、无间隙、运动灵活的柔性铰链。柔性铰链机构利用了弹性材料微小变形及其自回复的特性，消除了传动过程中的空程和机械摩擦，能获得超高的位移分辨率。柔性铰链被广泛应用于陀螺仪、加速度计、精密天平、导弹控制等仪器仪表中，并获得了前所未有的高精度和稳定性。柔性铰链主要有两种类型,直梁型柔性铰链和圆弧型柔性铰链。直梁型柔性铰链有较大的转动范围,但其运动精度较差,转动中心在转动过程中有明显的偏转。如附图1所示，圆弧型柔性铰链的运动精度较高,但运动行程受到很大的限制,只能实现微小幅度的转动。最普通的形式是绕一个轴弹性弯曲，且这种弹性变形时可逆的。柔性铰链用于绕轴作复杂运动的有限角位移，它的特点是：无机械摩擦、无间隙、运动灵敏度高。

并联机构的对称性、高精度以及高强度等优点使其应用于微动平台领域，国内外学者也先后设计了一些并联机构式的微动机器人，但现有微动机器人传动有时要求是纳米级的，导致目前设计研发的传统的微动平台普遍存在结构复杂，标定困难，运动解耦困难的缺陷，中国专利201010216326.X公开了一种微机电系统技术领域的二自由度平动并联解耦微动平台，包括：压电陶瓷驱动器、两个驱动支链及其对应的辅助支链、工作平台以及固定机架，其中：两个驱动支链及其对应的辅助支链分别两两对称分布在工作平台的X方向和Y方向。该发明依靠复合双平行直板铰链的解耦功能、刚度特性以及平台整体结构的对称性，从而达到消除耦合和寄生位移的功能，实现运动平台的二维运动。但是该项技术首先只能实现二自由度平动并联解耦功能，其次是结构复杂，解耦困难。

发明内容

本发明的目的是针对现有的微机电领域微传动平台运动学动力学耦合度高，控制算法复杂，难以达到实时控制要求，提供一种三自由度柔性拓扑解耦并联微动平台，位置与角度具有解耦特性，提高了微动平台的传动精度

技术方案

为了实现上述技术目的，本发明设计一种三自由度柔性拓扑解耦并联微动平台，它包括静平台和动平台，其特征在于：所述动平台通过第一支链、第二支链和第三支链与静平台连接，第一支链、第二支链、第三支链与动平台以及静平台之间都通过柔性铰链连接，第一支链受第一驱动器驱动，第二支链受第二驱动器驱动，第三支链受第三驱动器驱动；

第一驱动器、第二驱动器和第三驱动器分别装在静平台上。

有益效果

本发明既可以通过第一驱动器和第二驱动器驱动动平台在平面内的平动，同时也可以利用启动第一驱动器和第二驱动器达到平衡后，启动第三驱动器使动平台实现绕动平台与连杆三之间柔性铰链中心点转动，该机构不断具有部分解耦特性，降低了机构运动学和动力学的求解难度，易于实时控制。该装置通过整体模块式加工结构简单具有免装配的特点，提高了微动平台微位移的定位和重复精度。，

附图说明

附图1是圆弧形柔性铰链结构示意图。

附图2是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明做进一步说明。

实施例

如附图2所示，一种三自由度柔性拓扑解耦并联微动平台，它包括静平台1和动平台2，其中，所述动平台2通过第一支链3、第二支链4和第三支链5与静平台1连接，第一支链3、第二支链4、第三支链5与动平台2以及静平台1之间都通过柔性铰链连接，第一支链3受第一驱动器6驱动，第二支链4受第二驱动器7驱动，第三支链5受第三驱动器8驱动；

第一驱动器6、第二驱动器7和第三驱动器8分别装在静平台1上。

所述第一支链3包括连杆一301、连杆二302和连杆三303，所述第二支链4包括连杆四401，所述第三支链5包括连杆五501和连杆六502；