本發(fā)明涉及加工器械領(lǐng)域，特別是指一種微動工作臺。

背景技術(shù)：

在80年代，麻省理工的A，Sharon等人提出了宏/微兩極結(jié)構(gòu)的概念，當(dāng)今科學(xué)家已經(jīng)對宏/微復(fù)合自由度控制的領(lǐng)域中展開了研究。隨著納米加工的應(yīng)用日益火爆和迅速發(fā)展，在各類交叉學(xué)科，特別是高精密加工中，對宏/微符合控制都迫切的需要解決高定位精度，高分辨率的精密定位技術(shù)。而目前，包括慢伺服刀架，快刀伺服刀架都沒有開發(fā)出角度與直線控制能一體的刀架或則平臺成果。

現(xiàn)有技術(shù)中，用于納米級加工的平臺有Stewart平臺，磁懸浮工作臺，和家電工作臺，前兩者可滿足大行程的定位需求，但本身對納米級精度控制要求的響應(yīng)并不足，需要輔以壓電陶瓷驅(qū)動作為支撐的微控制模塊來達(dá)到宏/微復(fù)合的精密控制結(jié)果。而現(xiàn)有的技術(shù)多使用宏微復(fù)合直線驅(qū)動平臺，但現(xiàn)有技術(shù)欠缺直線運(yùn)動與角度偏轉(zhuǎn)運(yùn)動結(jié)合的驅(qū)動模式，所以本人提出新的概念與結(jié)構(gòu)結(jié)合的角度與直線復(fù)合微納級運(yùn)動平臺。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提出一種可彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的空缺，提供一個動態(tài)角度與直線復(fù)合微位移的微動工作臺物理模型機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)智能刀架角度與直線微位移耦合運(yùn)動的高精度補(bǔ)償。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種微動工作臺，包括：角度控制模塊、直線控制模塊和基座，所述基座設(shè)于所述直線控制模塊上方，所述直線控制模塊通過轉(zhuǎn)動軸與軸槽實(shí)現(xiàn)與所述基座連接，所述角度控制包括固定組件、控制組件和柔性鏈接裝置，所述固定組件位于所述基座一側(cè)并通過柔性鏈接裝置連接。其中，所述角度控制模塊用于基座的角度輸出與控制，所述直線控制模塊用于所述基座的直線運(yùn)動輸出與控制，所述固定組件與所述基座相互分離，僅通過柔性鏈接裝置連接，而同時，所述固定組件相對于整個所述微動工作臺而言，都是坐標(biāo)系中的一個不動的位置，區(qū)別于傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)裝置設(shè)置在直線移動裝置之上，具有更高的控制精度。

進(jìn)一步，所述柔性鏈接裝置數(shù)量為2，對稱連接在所述基座的一側(cè)。兩個所述柔性鏈接裝置對稱設(shè)置，形成對稱設(shè)置的力偶。

進(jìn)一步，所述柔性鏈接裝置為壓電陶瓷堆，能夠?qū)崿F(xiàn)納米級的移動。

進(jìn)一步，所述直線控制模塊包括底板與位于所述底板下方剛性約束模組，所述剛性約束模組限制所述底板僅沿直線運(yùn)動。

進(jìn)一步，所述轉(zhuǎn)動軸與所述軸槽分別位于所述底板/所述基座與所述基座/所述底板上，即可以為：所述轉(zhuǎn)動軸固定在所述底板上，而所述軸槽設(shè)置于所述基座底部；或者所述轉(zhuǎn)動軸固定在所述基座底部，而所述轉(zhuǎn)動軸設(shè)置于所述底板上方；所述轉(zhuǎn)動軸插入所述軸槽中。

進(jìn)一步，對稱設(shè)置的所述柔性鏈接裝置通過所述控制組件輸出對稱力偶。

進(jìn)一步，所述轉(zhuǎn)動軸的軸心通過所述基座的質(zhì)心，從而保證角度轉(zhuǎn)動時更加精準(zhǔn)。

進(jìn)一步，所述柔性鏈接裝置連接方向與所述剛性約束模組限制的運(yùn)動方向平行。

此時，所述柔性鉸鏈彈性體對稱設(shè)計，并形成XY軸的軸線(其中Y軸為所述剛性約束模組限制運(yùn)動的方向，X軸為兩個所述柔性鉸鏈彈性體連線的方向。其坐標(biāo)系原點(diǎn)設(shè)置在角度偏轉(zhuǎn)弧線對成的圓心上。

根據(jù)力學(xué)理論，力偶不改變物體質(zhì)心的運(yùn)動狀態(tài)，只會使物體繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動，所述角度控制模塊通過輸出對稱力偶，保證所述微動工作臺偏轉(zhuǎn)角度條件下，其質(zhì)心位置始終在Y坐標(biāo)軸上。即物體轉(zhuǎn)動軸通過質(zhì)心，轉(zhuǎn)動軸的方向與力偶矩的方向相同。在保證了所述微動工作臺旋轉(zhuǎn)中心不偏轉(zhuǎn)的情況下，提高了精密控制的操作性并降低了動力學(xué)算法的復(fù)雜性。

直線控制模塊在Y軸方向上輸出推動力，作用力點(diǎn)始終在柔性鉸鏈彈性體的XY軸的軸線坐標(biāo)原點(diǎn)(角度偏轉(zhuǎn)控制的圓心點(diǎn))，推動所述微動工作臺(刀架安裝座)在Y軸方向?qū)崿F(xiàn)微位移補(bǔ)償。此方法巧妙利用了力偶實(shí)現(xiàn)角度偏轉(zhuǎn)的控制同時，角度偏轉(zhuǎn)的圓心同時也是直線微位移的受力點(diǎn)始終保持在Y軸上，保證了整體微位移的微納級精度。

進(jìn)一步，所述微動工作臺還包括刀具，所述刀具固定在所述基座上。

本發(fā)明的所述微動工作臺，利用力偶實(shí)現(xiàn)角度偏轉(zhuǎn)的控制同時，角度偏轉(zhuǎn)的圓心同時也是直線微位移的受力點(diǎn)始終保持在Y軸上，保證了整體微位移的微納級精度，并結(jié)合所述直線控制模塊在Y軸方向上輸出推動力，實(shí)現(xiàn)了二維一體式角度與直線位移一體的精密定位微動，可應(yīng)用于微動工作臺/智能刀架安裝座/定位平臺，該平臺能夠在直線和轉(zhuǎn)動兩個自由度上進(jìn)行精準(zhǔn)微位移，具有高精度，高剛度，微角度偏轉(zhuǎn)補(bǔ)償，微直線補(bǔ)償?shù)忍攸c(diǎn)，可以滿足于復(fù)雜表面加工中刀具的直線與角度同時精確補(bǔ)償需求，也可用于其它需要直線與角度同時微位移補(bǔ)償情況。

本發(fā)明的角度與直線控制一體的所述微動工作臺，可實(shí)現(xiàn)優(yōu)于FTS與SSS在復(fù)雜三維表面加工中的靈活精密控制的反饋功能，且不依賴于數(shù)控系統(tǒng)的反饋控制，能達(dá)到在普通少軸機(jī)床上進(jìn)行精密復(fù)雜表面加工的結(jié)果。其優(yōu)勢比現(xiàn)有并聯(lián)機(jī)構(gòu)的精度定位要明顯提升，控制算法上更為簡化。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明一種微動工作臺一個實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1所示微動工作臺的另一角度示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖1和圖2所示，一種微動工作臺，包括：角度控制模塊、直線控制模塊和基座1，基座1設(shè)于直線控制模塊上方，直線控制模塊通過轉(zhuǎn)動軸與軸槽6實(shí)現(xiàn)與基座連接，角度控制包括固定組件2、控制組件和柔性鏈接裝置3，固定組件2位于基座1一側(cè)并通過柔性鏈接裝置3連接。其中，角度控制模塊用于基座1的角度輸出與控制，直線控制模塊用于基座的直線運(yùn)動輸出與控制，固定組件2與基座1相互分離，僅通過柔性鏈接裝置3連接，而同時，固定組件2相對于整個微動工作臺而言，都是坐標(biāo)系中的一個不動的位置，區(qū)別于傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)裝置設(shè)置在直線移動裝置之上，具有更高的控制精度。

進(jìn)一步，柔性鏈接裝置3的數(shù)量為2，對稱連接在基座1的一側(cè)。兩個柔性鏈接裝置3對稱設(shè)置，形成對稱設(shè)置的力偶。

進(jìn)一步，柔性鏈接裝置3為壓電陶瓷堆，能夠?qū)崿F(xiàn)納米級的移動。

進(jìn)一步，直線控制模塊包括底板4與位于底板4下方剛性約束模組(圖中未示出)，該剛性約束模組可以是導(dǎo)軌，剛性約束模組限制底板4僅沿直線運(yùn)動。

進(jìn)一步，轉(zhuǎn)動軸與軸槽6分別位于底板4/基座1與基座1/底板4上，即可以為：轉(zhuǎn)動軸固定在底板4上，而軸槽6設(shè)置于基座1底部(本實(shí)施例中即為此種情形)；或者轉(zhuǎn)動軸固定在基座1底部，而軸槽6設(shè)置于底板4上方；轉(zhuǎn)動軸插入軸槽6中。

進(jìn)一步，對稱設(shè)置的柔性鏈接裝置3通過控制組件2輸出對稱力偶。

進(jìn)一步，轉(zhuǎn)動軸的軸心通過基座1的質(zhì)心，從而保證角度轉(zhuǎn)動時更加精準(zhǔn)。

進(jìn)一步，柔性鏈接裝置3連接方向與剛性約束模組限制的運(yùn)動方向平行。

進(jìn)一步，微動工作臺還包括刀具5，刀具5固定在基座1上。

該微動平臺，通過柔性鉸鏈彈性體對稱設(shè)計，并形成XY軸的軸線(其中Y軸為剛性約束模組限制運(yùn)動的方向，X軸為兩個柔性鉸鏈裝置3連線的方向。其坐標(biāo)系原點(diǎn)設(shè)置在角度偏轉(zhuǎn)弧線對成的圓心上。

根據(jù)力學(xué)理論，力偶不改變物體質(zhì)心的運(yùn)動狀態(tài)，只會使物體繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動，角度控制模塊通過輸出對稱力偶，保證微動工作臺偏轉(zhuǎn)角度條件下，其質(zhì)心位置始終在Y坐標(biāo)軸上。即物體轉(zhuǎn)動軸通過質(zhì)心，轉(zhuǎn)動軸的方向與力偶矩的方向相同。在保證了微動工作臺旋轉(zhuǎn)中心不偏轉(zhuǎn)的情況下，提高了精密控制的操作性并降低了動力學(xué)算法的復(fù)雜性。

直線控制模塊在Y軸方向上輸出推動力，作用力點(diǎn)始終在柔性鉸鏈彈性體的XY軸的軸線坐標(biāo)原點(diǎn)(角度偏轉(zhuǎn)控制的圓心點(diǎn))，推動微動工作臺(刀架安裝座)在Y軸方向?qū)崿F(xiàn)微位移補(bǔ)償。此方法巧妙利用了力偶實(shí)現(xiàn)角度偏轉(zhuǎn)的控制同時，角度偏轉(zhuǎn)的圓心同時也是直線微位移的受力點(diǎn)始終保持在Y軸上，保證了整體微位移的微納級精度。

使用時，通過將固定組件2固定在其他加工裝置上，該固定組件可以是固定板，也可以是其他的固定結(jié)構(gòu)，通過2個堆成的壓電陶瓷堆3，分別施加相反方向的力，形成對稱力偶，且經(jīng)過基座1的質(zhì)心，基座1通過轉(zhuǎn)動軸進(jìn)行角度的偏轉(zhuǎn)，而不發(fā)生Y軸方向的以及X軸方向的移動，其中，控制組件用于控制力偶的輸出。

而直線控制模塊用于產(chǎn)生Y軸方向上的推力，直線控制模塊的推力也可以用壓電陶瓷或者其他裝置產(chǎn)生，而剛性約束模組(如導(dǎo)軌)則限制了其在X軸的移動。

因此，通過上述結(jié)構(gòu)，可以簡單而精準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)動態(tài)角度與直線復(fù)合微位移。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。