本實用新型涉及一種二自由度定位平臺，具體講是一種具有運動解耦機構(gòu)的二自由度平臺，屬于精密定位平臺領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

精密定位平臺在現(xiàn)代機械制造業(yè)中具有舉足輕重的作用，定位平臺可為數(shù)控機床、光纖對接、激光切割等實現(xiàn)準確定位功能。傳統(tǒng)意義上，定位平臺分為串聯(lián)平臺和并聯(lián)平臺。

串聯(lián)平臺的組合形式是每個自由度的運動分別由一個定位臺導向和一個作動器。因此，該平臺每個自由度的運動獨立解耦，工作行程較大，對不同場合的適應性較好。這也使每個自由度定位臺的質(zhì)量各不相同，尤其是各自由度的慣性相差較大。這種形式下每個自由度作動器的連接線路隨定位臺一起運動，影響其運動精度。

并聯(lián)平臺的組合形式只有一個定位臺，這個定位臺同時由多個作動器作動，多個作動器同時協(xié)調(diào)運作推動運動臺輸出所需運動，相對串聯(lián)組合形式，并聯(lián)形式的運動臺慣性小得多，因而響應速度較快，同時作動器不隨運動臺一起運動，連接線路不影響運動臺的精度。但該種形式平動自由度的行程一般小于單個作動器的作動行程，無法滿足實際使用需要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)Z軸方向平動和繞Z軸轉(zhuǎn)動，工作行程大、慣性小、響應速度快和精度高的具有運動解耦機構(gòu)的二自由度平臺。

為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供的具有運動解耦機構(gòu)的二自由度定位平臺，包括定位平臺、平動機構(gòu)、運動解耦機構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機構(gòu)；

所述平動機構(gòu)包括第一驅(qū)動機構(gòu)和推桿，第一驅(qū)動機構(gòu)與推桿之間連接運動解耦機構(gòu)，推桿的一端貫穿旋轉(zhuǎn)機構(gòu)后與定位平臺固連；

所述第一驅(qū)動機構(gòu)可驅(qū)動推桿相對于旋轉(zhuǎn)機構(gòu)進行軸向移動，所述推桿與旋轉(zhuǎn)機構(gòu)同步轉(zhuǎn)動。

本實用新型中，所述運動解耦機構(gòu)包括回轉(zhuǎn)軸承座、回轉(zhuǎn)軸承蓋和兩個角接觸球軸承，所述兩個角接觸球軸承的內(nèi)圈固定安裝在推桿上，外圈安裝在回轉(zhuǎn)軸承座內(nèi)并通過回轉(zhuǎn)軸承蓋固定。

本實用新型中，所述兩個角接觸球軸承采用面對面安裝。

本實用新型中，所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括第一齒輪軸系和第二齒輪軸系，所述第一齒輪軸系和第二齒輪軸系之間聯(lián)動，所述第二齒輪軸系連接第二驅(qū)動機構(gòu)；所述推桿的一端貫穿第一齒輪軸系并連接定位平臺，相對第一齒輪軸系軸向移動，推桿與第一齒輪軸系同步轉(zhuǎn)動。

本實用新型中，所述第一齒輪軸系包括大齒輪軸和大齒輪，所述大齒輪軸的內(nèi)部軸向貫通并設(shè)有花鍵孔；所述大齒輪固定安裝在大齒輪軸上，大齒輪軸的兩端安裝角接觸球軸承；所述推桿上設(shè)有與花鍵孔相配合的花鍵。

本實用新型中，所述第二齒輪軸系包括小齒輪軸和小齒輪，所述小齒輪固定安裝在小齒輪軸上，小齒輪軸的兩端安裝角接觸球軸承；所述小齒輪與大齒輪嚙合。

本實用新型中，所述第一驅(qū)動機構(gòu)為液壓油缸。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果在于：（1）、通過運動解耦機構(gòu)解除平動與轉(zhuǎn)動兩自由度耦合，使兩個自由度既可實現(xiàn)聯(lián)合運動，也可實現(xiàn)獨立運動；（2）、相比現(xiàn)有串聯(lián)平臺，只有一個定位平臺，無質(zhì)量疊加，各自由度慣性小，響應速度快；相比現(xiàn)有并聯(lián)平臺，無需建立復雜運動學、動力學模型，各驅(qū)動機構(gòu)只驅(qū)動一個自由度運動，互不影響，運動行程大；（3）、由于各自由度慣性小加之各驅(qū)動機構(gòu)之間互不影響，大大提高了平臺的響應速度和定位精度；（4）、為了承受平移往復運動導致的沿Z軸正負兩個方向的力，保證平臺的穩(wěn)定性和延長平臺的使用壽命，運動解耦機構(gòu)內(nèi)的兩個角接觸球軸承采用面對面安裝設(shè)置。

附圖說明

圖1為本實用新型具有運動解耦機構(gòu)的二自由度平臺的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1俯視圖；

圖3為座體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為旋轉(zhuǎn)機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為大齒輪軸系裝配示意圖；

圖6為小齒輪軸系裝配示意圖；

圖7為平動機構(gòu)與解耦機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為解耦機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步的說明，實施方式提及的內(nèi)容并非對本實用新型的限定。

如圖1至8所示，本實用新型提供的一種具有運動解耦機構(gòu)的二自由度平臺，包括座體a、定位平臺b、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)c(包括大齒輪軸系c1與小齒輪軸系c2)、平動機構(gòu)d和解耦機構(gòu)e。

如圖3所示，座體a呈箱式結(jié)構(gòu)，包括上表面a1、下表面a2和設(shè)置在中部的肋板a3。座體a的上表面a1、下表面a2和肋板a3有兩列同心圓孔，分別為第一上孔11、第一中孔12、第一下孔13和第二上孔21、第二中孔22、第二下孔23。座體a上下表面的外側(cè)均設(shè)有凸臺，用于安裝大端蓋c17和小端蓋c27。

旋轉(zhuǎn)機構(gòu)c中的大齒輪軸系c1安裝在第一上孔11與第一中孔12之間；小齒輪軸系c2安裝在第二上孔21與第二下孔23之間，穿過第二中孔22。大齒輪軸系c1與小齒輪軸c2系之間通過大齒輪c12與小齒輪c22嚙合傳動。

如圖4和5所示，大齒輪軸系c1包括大齒輪軸c11、大齒輪c12、兩個角接觸球軸承c13、兩個軸用彈性擋圈c14、鍵c15、圓螺母c16、兩個大端蓋c17和螺釘c18。大齒輪c12通過鍵c15和軸用彈性擋圈c14安裝在大齒輪軸c11上，大齒輪軸c11兩端安裝角接觸球軸承c13，角接觸球軸承c13通過圓螺母c16和大端蓋c17固定。大齒輪軸c11兩端角接觸球軸承c13分別安裝在座體a的第一上孔11與第一中孔12內(nèi)。大齒輪軸c11為中空結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部貫通設(shè)有花鍵孔1，軸身上加工有鍵槽與兩個環(huán)槽。

如圖4和6所示，小齒輪軸系c2包括小齒輪軸c21、小齒輪c22、兩個角接觸球軸承c23、兩個軸用彈性擋圈c24、鍵c25、圓螺母c26、兩個小端蓋c27和螺釘c28。小齒輪c22通過鍵c25和軸用彈性擋圈c24安裝在小齒輪軸c21上，小齒輪軸c21兩端安裝角接觸球軸承c23，角接觸球軸承c23通過圓螺母c26和端蓋c27固定。小齒輪軸c21兩端角接觸球軸承c23分別安裝在座體第二上孔21與第二下孔23內(nèi)。小齒輪軸c21一端設(shè)計有鍵槽2和螺紋孔3，以便安裝帶輪與外部旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器（如電磁電機，液壓馬達等）連接傳動（圖中未顯示）。

如圖1、2和7所示，平動機構(gòu)d有液壓油缸d1和推桿d2，液壓油缸d1和推桿d2之間通過解耦機構(gòu)e相連接。液壓油缸d1通過螺釘d3安裝在座體a上的第一下孔13上。推桿d2中部加工有成花鍵4，推桿d2穿過大齒輪軸c11，花鍵4與大齒輪軸c11內(nèi)部的花鍵孔1配合，推桿d3端部通過螺釘與圓柱銷安裝定位平臺b。液壓油缸d1可驅(qū)動推桿d3沿大齒輪軸c11大進行軸向移動。通過花鍵4與花鍵孔1可實現(xiàn)推桿d3與大齒輪軸c11間的同步轉(zhuǎn)動。

如圖8所示，運動解耦機構(gòu)e包括回轉(zhuǎn)軸承座e1、回轉(zhuǎn)軸承蓋e2、兩個角接觸球軸承e3、圓螺母e4、圓柱銷e5和螺釘e6。兩個角接觸球軸承e3采用面對面方式安裝。角接觸球軸承e3的內(nèi)圈安裝在推桿d2軸端，用圓螺母e4固定；角接觸球軸承e3的外圈安裝在回轉(zhuǎn)軸承座e1內(nèi)，用回轉(zhuǎn)軸承蓋e2與螺釘e6進行固定。液壓油缸d1活塞桿通過圓柱銷e5與回轉(zhuǎn)軸承蓋e2固定連接。

解耦機構(gòu)e中的兩個角接觸球軸承e3面對面方式安裝設(shè)置，是為了承受平移往復運動導致的沿Z軸正負兩個方向的力，提升平臺的穩(wěn)定性，延長平臺的使用壽命。

解耦機構(gòu)e中角接觸球軸承e3內(nèi)圈安裝在推桿d2軸端，外圈安裝在回轉(zhuǎn)軸承座e1內(nèi)。推桿d2旋轉(zhuǎn)的同時，角接觸球軸承e3內(nèi)圈隨推桿d2旋轉(zhuǎn)，安裝在回轉(zhuǎn)軸承座e1內(nèi)的外圈相對于軸承座仍然靜止，其不干涉與回轉(zhuǎn)軸承蓋e2固定的液壓油缸d1活塞桿的平移運動。液壓油缸d1活塞桿平動時，帶動解耦機構(gòu)e整體運動，解耦機構(gòu)e推動推桿d2平移運動，由于角接觸球軸承e3，不干涉推桿d2旋轉(zhuǎn)運動，Z軸平動、繞Z軸轉(zhuǎn)動兩個自由度耦合解除。

下面結(jié)合附圖1和2，說明本實用新型實現(xiàn)Z軸平動、繞Z軸轉(zhuǎn)動的運動方案。Z軸沿豎直方向，如圖2所示。

（1）Z軸平動

液壓油缸d1的活塞桿沿Z軸往復直線驅(qū)動，推動解耦機構(gòu)e帶動推桿d2以及定位平臺b沿Z軸平動。

（2）繞Z軸轉(zhuǎn)動

外部旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器（如電磁電機，液壓馬達等）輸出轉(zhuǎn)矩，帶動小齒輪軸c21旋轉(zhuǎn)，小齒輪軸c21上的小齒輪c22，將轉(zhuǎn)矩傳遞給大齒輪c12及大齒輪軸c11，大齒輪軸c11通過花鍵副（花鍵與花鍵孔1配合）將轉(zhuǎn)矩傳遞給推桿d2，推桿d2帶動定位平臺b繞Z軸轉(zhuǎn)動。

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本實用新型不限于上述示范性的細節(jié)，而且在不背離本實用新型的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本實用新型。因此，無論從哪一點來看，均應將本說明書看作是示范性的，而且是非限制性的，本實用新型的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定。對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以作出若干改進，這些改進也應視為本實用新型的保護范圍。