[发明专利]一种交叉曲梁六自由度并联柔顺机构

说明书

技术领域

本发明涉及精密定位技术领域，特别是一种交叉曲梁六自由度并联柔顺机构。

背景技术

柔顺机构因其结构简单而紧凑、免于摩擦磨损、便于能量储存转化、抵抗冲击和适应恶劣环境等优点，广泛应用于精密工程、仿生机械、生物医疗和航空航天等科研前沿领域。如精密运动定位平台、新型柔顺关节及驱动器、消抖显微外科手术刀、柔性变形机翼以及卫星中的光学器件姿态调整等。新的应用领域对空间柔顺机构的工作空间和多种性能指标提出了新的要求，现有柔顺机构多以直梁作为柔顺单元，直梁在大变形情况下会出现应力集中，导致变形范围相对较小，难以满足一些领域对大行程的要求；若采用直梁串并联组合得到空间柔顺机构，结构过于臃肿，且过多的组合环节导致固有频率等性能指标降低。

现有技术中也有采用人字梁代替直梁的柔顺单元，但人字梁没有足够的强度和刚度，导致工作台承重有限。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种既能避免应力集中、实现大变形的要求，又能提高承重量的交叉曲梁六自由度并联柔顺机构。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种交叉曲梁六自由度并联柔顺机构，包括基座、柔顺元件、压电陶瓷驱动器、L型驱动架和工作台；所述的柔顺元件包括柔顺元件A、柔顺元件B和柔顺元件C；所述的压电陶瓷驱动器包括压电陶瓷驱动器A、压电陶瓷驱动器B、压电陶瓷驱动器C、压电陶瓷驱动器D、压电陶瓷驱动器E、压电陶瓷驱动器F、压电陶瓷驱动器G、压电陶瓷驱动器H、压电陶瓷驱动器I和压电陶瓷驱动器J；所述的L型驱动架包括L型驱动架A、L型驱动架B和L型驱动架C；所述的基座上设置左支架和后支架，所述的左支架和后支架构成直角支架；

所述的柔顺元件A上端固定在工作台底面、下端固定在基座上；所述的柔顺元件B的左端固定在左支架上、右端固定在工作台的左侧面上；所述的柔顺元件C的后端固定在后支架上、前端固定在工作台的后侧面上；

所述的L型驱动架A固定在左支架上，L型驱动架A的长边位于工作台的上方；所述的L型驱动架B固定在后支架上，L型驱动架B的长边位于工作台的上方；所述的L型驱动架C安装在工作台的右方基座上，L型驱动架C的长边位于工作台的右方；

所述的压电陶瓷驱动器A、压电陶瓷驱动器J和压电陶瓷驱动器I分别安装在工作台下方的基座上，分别位于基座中心的前侧、右侧和后侧，压电陶瓷驱动器H安装在工作台右方的L型驱动架C上，压电陶瓷驱动器F和压电陶瓷驱动器G分别安装在工作台后方的后侧壁上，压电陶瓷驱动器E安装在工作台上方的L型驱动架B上，压电陶瓷驱动器B和压电陶瓷驱动器D分别安装在工作台左方的左侧壁上，压电陶瓷驱动器C安装在工作台上方的L型驱动架A上；

所述的压电陶瓷驱动器A、压电陶瓷驱动器B、压电陶瓷驱动器C、压电陶瓷驱动器D、压电陶瓷驱动器E、压电陶瓷驱动器F、压电陶瓷驱动器G、压电陶瓷驱动器H、压电陶瓷驱动器I和压电陶瓷驱动器J的轴线分别与工作台对应的面垂直，其驱动端均与对应的面接触；

所述的压电陶瓷驱动器A、压电陶瓷驱动器E和压电陶瓷驱动器I均位于工作台左右中心面上，即与X轴和Z轴共面；压电陶瓷驱动器C和压电陶瓷驱动器J均位于工作台前后中心面上，即与Y轴和Z轴共面；压电陶瓷驱动器B、压电陶瓷驱动器D、压电陶瓷驱动器F、压电陶瓷驱动器G和压电陶瓷驱动器H均位于工作台的上下中心面上，即与X轴和Y轴共面；

所述的柔顺元件A、柔顺元件B和柔顺元件C结构相同；所述的柔顺元件由两个相同的“爪型”曲梁结构背靠背组成，其中“爪型”曲梁结构是由两段半圆弧曲梁以十字相交的方式组成；所述的柔顺元件两端的四个爪分别固定对应的平面上；

半圆弧曲梁的横截面为矩形；

进一步地，所述的柔顺元件A、柔顺元件B和柔顺元件C的中心分别与工作台的底面、左侧面和后侧面的中心对应。

进一步地，所述的矩形的长宽比为2-3。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明采用柔顺元件连接在工作台和支架或者基座之间，结构简单而紧凑，在受力时使得受力更均匀，有效的避免了应力集中，而且能够实现大变形满足大行程的要求。

2、本发明柔顺元件采用矩形，当半圆弧曲梁的横截面一定时，采用矩形时因为其长边可以形成柔顺元件更长的接触周长，因此相对于正方形或圆形截面的柔顺单元，矩形截面承载能力更强而且更加稳定。