本發(fā)明涉及柔性機(jī)構(gòu)，具體為一種基于柔性運(yùn)動(dòng)副的高精度定位平臺(tái)。

背景技術(shù)：

1、隨著微納技術(shù)的不斷進(jìn)步，微納米級(jí)精密定位平臺(tái)在精密加工與精密測(cè)量、微電子工程、生物工程、以及納米科學(xué)與技術(shù)等很多領(lǐng)域中發(fā)揮著愈加重要的作用?；谖⒓{米級(jí)精密定位平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的空間平動(dòng)精密定位平臺(tái)被廣泛應(yīng)用于諸如原子力顯微鏡的三維掃描、微納操作、以及先進(jìn)傳感系統(tǒng)等應(yīng)用場(chǎng)景中。為滿足微納技術(shù)的高要求，通常采用柔性機(jī)構(gòu)作為精密定位平臺(tái)的傳動(dòng)裝置。不同于通過(guò)運(yùn)動(dòng)副和連桿連接來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)與功能的傳統(tǒng)剛性機(jī)構(gòu)，柔性機(jī)構(gòu)利用材料的彈性變形來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)。由于這些機(jī)構(gòu)中采用了一體化的柔性結(jié)構(gòu)，因此避免了裝配誤差、摩擦、磨損、間隙等問(wèn)題，從而延長(zhǎng)了機(jī)構(gòu)的壽命并提高了精度。隨著柔性機(jī)構(gòu)構(gòu)型設(shè)計(jì)理論的不斷完善，新型空間平動(dòng)精密定位平臺(tái)不斷涌現(xiàn)。這些新型平臺(tái)的主要研究方向包括大行程、高精度、結(jié)構(gòu)緊湊和運(yùn)動(dòng)解耦等特點(diǎn)。

2、現(xiàn)有的空間平動(dòng)精密定位平臺(tái)技術(shù)方案中，如申請(qǐng)?zhí)枮閏n201910991939.1的專(zhuān)利，公開(kāi)了一種基于柔性桿的高精度柔性微定位平臺(tái)，其采用多運(yùn)動(dòng)副并聯(lián)構(gòu)成支鏈，并通過(guò)多支鏈并聯(lián)構(gòu)成整個(gè)平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)大行程、高精度和運(yùn)動(dòng)解耦等功能。多運(yùn)動(dòng)副并聯(lián)構(gòu)成支鏈，且多支鏈并聯(lián)的這種設(shè)計(jì)在極大程度上提高了平臺(tái)的精度和行程能力；然而，這也導(dǎo)致了平臺(tái)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和臃腫性，帶來(lái)了較大的空間占用問(wèn)題。當(dāng)平臺(tái)出現(xiàn)故障時(shí)，由于多支鏈的復(fù)雜性，排查和定位問(wèn)題結(jié)構(gòu)的過(guò)程變得耗時(shí)且困難。這些結(jié)構(gòu)上的缺點(diǎn)限制了現(xiàn)有平臺(tái)在空間受限和對(duì)快速維護(hù)需求較高的應(yīng)用場(chǎng)景中的廣泛應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有的基于柔性運(yùn)動(dòng)副實(shí)現(xiàn)的微定位平臺(tái)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)復(fù)雜和臃腫導(dǎo)致占用空間較大，以及故障排查和定位耗時(shí)費(fèi)力的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于柔性運(yùn)動(dòng)副的高精度定位平臺(tái)，其不但可以實(shí)現(xiàn)高精度定位，且簡(jiǎn)化了平臺(tái)的整體結(jié)構(gòu)，減小了空間占用，并大幅度提高了維護(hù)和故障排查的便捷性。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣的：一種基于柔性運(yùn)動(dòng)副的高精度定位平臺(tái)，其包括：基座、動(dòng)平臺(tái)和剛性框架，其特征在于，其還包括：四個(gè)柔性運(yùn)動(dòng)副、一個(gè)第二柔性支鏈、壓電陶瓷促動(dòng)器和電磁驅(qū)動(dòng)器；

3、所述剛性框架設(shè)置在所述基座上，所述柔性運(yùn)動(dòng)副和所述第二柔性支鏈設(shè)置在所述基座上方，并且所述柔性運(yùn)動(dòng)副位于所述剛性框架內(nèi)腔；四個(gè)所述柔性運(yùn)動(dòng)副呈十字對(duì)稱(chēng)的方式分布在所述動(dòng)平臺(tái)的四周；所述第二柔性支鏈設(shè)置在所述動(dòng)平臺(tái)和所述柔性運(yùn)動(dòng)副的下方；

4、每個(gè)所述柔性運(yùn)動(dòng)副的末端連接所述動(dòng)平臺(tái)；其中兩個(gè)所述柔性運(yùn)動(dòng)副的首端連接x方向的所述壓電陶瓷促動(dòng)器，另外兩個(gè)所述柔性運(yùn)動(dòng)副的首端連接y方向的所述壓電陶瓷促動(dòng)器；基于所述壓電陶瓷促動(dòng)器驅(qū)動(dòng)所述動(dòng)平臺(tái)沿x軸和y軸方向運(yùn)動(dòng)；

5、所述第二柔性支鏈包括驅(qū)動(dòng)副和被動(dòng)副；所述第二柔性支鏈的驅(qū)動(dòng)副設(shè)置在所述基座上，被動(dòng)副設(shè)置在所述驅(qū)動(dòng)副上且不與驅(qū)動(dòng)副直接相連；所述第二柔性支鏈的被動(dòng)副連接所述動(dòng)平臺(tái)；

6、z方向的所述電磁驅(qū)動(dòng)器設(shè)置在所述基座的安裝支架上，電磁驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)端連接第二柔性支鏈，驅(qū)動(dòng)所述動(dòng)平臺(tái)沿z軸方向運(yùn)動(dòng)。

7、其進(jìn)一步特征在于：

8、所述柔性運(yùn)動(dòng)副包括：十個(gè)互相平行的柔性桿、兩個(gè)剛性連接件一、兩個(gè)剛性連接件二、一個(gè)剛性連接件三和一個(gè)運(yùn)動(dòng)副框架；

9、所述運(yùn)動(dòng)副框架為凹字形框架結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)框架直板和兩個(gè)l型框架折板；所述框架折板的一端連接所述框架直板，另一端為向框架內(nèi)側(cè)彎折的邊沿板，且邊沿板與所述框架直板的中心線平行；兩個(gè)框架折板在所述框架直板的中心線兩側(cè)對(duì)稱(chēng)設(shè)置；

10、所述柔性桿、剛性連接件一、剛性連接件二、剛性連接件三都設(shè)置于所述運(yùn)動(dòng)副框架的內(nèi)腔中；

11、兩個(gè)所述剛性連接件一基于所述框架直板的中心線對(duì)稱(chēng)地設(shè)置；每個(gè)所述剛性連接件一的遠(yuǎn)離所述框架直板的端面上，分別設(shè)置四個(gè)所述柔性桿，且四個(gè)所述柔性桿分別位于矩形的四個(gè)頂點(diǎn)上；同時(shí)兩個(gè)矩形彼此相鄰的邊的中點(diǎn)位置上，分別再設(shè)置一個(gè)所述柔性桿，記作中點(diǎn)柔性桿；

12、兩個(gè)所述剛性連接件一上的柔性桿的安裝位置基于所述框架直板的中心線對(duì)稱(chēng)設(shè)置；

13、兩個(gè)所述中點(diǎn)柔性桿的遠(yuǎn)離剛性連接件一的一端同時(shí)固定連接所述剛性連接件三；

14、兩個(gè)所述剛性連接件二分別平行且對(duì)稱(chēng)地設(shè)置于所述剛性連接件三的兩側(cè)；且每個(gè)所述剛性連接件二朝向所述框架直板的端面分別同時(shí)連接兩個(gè)位于矩形相鄰邊上的柔性桿；

15、由柔性桿構(gòu)成的兩個(gè)矩形中，距離所述框架折板最近的邊上的兩個(gè)柔性桿連接其鄰近的所述框架折板的邊沿板；

16、所述剛性連接件二構(gòu)成柔性運(yùn)動(dòng)副的末端，且其遠(yuǎn)離所述框架直板的端面與動(dòng)平臺(tái)固接；剛性連接件三構(gòu)成柔性運(yùn)動(dòng)副的首端，且其鄰近框架直板的端面與壓電陶瓷促動(dòng)器固接；

17、所述剛性連接件一為板狀連接件，所述剛性連接件二與所述剛性連接件三為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)；所述剛性連接件二與所述剛性連接件三呈三字型布置，且所述剛性連接件二與所述剛性連接件三之間留有間隙，所述剛性連接件二的頂面高于所述剛性連接件三的頂面；

18、所述壓電陶瓷促動(dòng)器固定在所述運(yùn)動(dòng)副框架上，x向壓電陶瓷促動(dòng)器和y向壓電陶瓷促動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)端分別與x向、y向的運(yùn)動(dòng)副中的所述剛性連接件三連接；

19、所述剛性連接件四為方塊形結(jié)構(gòu)，四個(gè)所述剛性連接件四分別固接在基座的回型底板上；

20、所述第二柔性支鏈包括：雙四桿型柔性模塊、連接模塊和四個(gè)四桿型柔性模塊；四個(gè)所述四桿型柔性模塊構(gòu)成第二柔性支鏈的驅(qū)動(dòng)副；所述雙四桿型柔性模塊構(gòu)成第二柔性支鏈的被動(dòng)副；

21、所述雙四桿型柔性模塊包括：八個(gè)呈縱向設(shè)置的第二柔性桿、呈正方形框架結(jié)構(gòu)的剛性連接件六、剛性連接件七和剛性連接件八；

22、八個(gè)第二柔性桿的下端分別固接在正方形的剛性連接件六的四個(gè)拐點(diǎn)和四條邊的四個(gè)中點(diǎn)位置；位于拐點(diǎn)位置的四個(gè)第二柔性桿的上端分別通過(guò)所述剛性連接件七與所述動(dòng)平臺(tái)固接，位于中點(diǎn)位置的四個(gè)第二柔性桿的上端通過(guò)剛性連接件八與連接模塊固接；

23、四個(gè)所述四桿型柔性模塊呈矩形分布在所述連接模塊的四周；

24、所述四桿型柔性模塊包括四個(gè)第一柔性桿、剛性連接件四和剛性連接件五；所述四桿型柔性模塊中的四個(gè)第一柔性桿均水平設(shè)置且呈矩形分布，四個(gè)第一柔性桿的一端通過(guò)剛性連接件四與基座固接，另一端通過(guò)剛性連接件五與連接模塊固接；所述電磁驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)端與所述連接模塊的底面固接；

25、所述連接模塊包括：方形模塊和十字形模塊；

26、所述十字形模塊固接在方形模塊的頂端面上；四個(gè)所述四桿型柔性模塊呈矩形分布在方形模塊的四周；所述剛性連接件五為方形板狀結(jié)構(gòu)，固接在方形模塊的四個(gè)側(cè)面上；

27、所述十字形模塊伸入所述雙四桿型柔性模塊的內(nèi)腔；所述剛性連接件八為十字形板狀結(jié)構(gòu)且其中心與所述十字形模塊的頂面中心通過(guò)螺釘固接；所述剛性連接件七為方塊形結(jié)構(gòu)，其頂面高于剛性連接件八，并與剛性連接件八呈米字型排列；

28、所述剛性連接件七與所述剛性連接件八之間留有間隙，所述剛性連接件七通過(guò)螺釘固接在所述動(dòng)平臺(tái)的底面上，所述剛性連接件七的頂面高于所述剛性連接件八的頂面；

29、所述電磁驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)端與所述方形模塊的底面固接；

30、所述柔性運(yùn)動(dòng)副中，10個(gè)所述柔性桿、所述剛性連接件一、所述剛性連接件二和所述剛性連接件三為一體制成；

31、所述基座包括：呈水平設(shè)置的回型底板和四個(gè)呈縱向設(shè)置的支柱；所述支柱與所述回型底板一體制成；

32、四個(gè)所述支柱呈矩形分布，所述支柱的中下端固接在所述回型底板上，所述剛性框架固接在四個(gè)所述支柱上；

33、所述壓電陶瓷促動(dòng)器包括：2個(gè)x軸方向壓電陶瓷促動(dòng)器和2個(gè)y軸方向壓電陶瓷促動(dòng)器；設(shè)置在同一個(gè)坐標(biāo)軸方向的2個(gè)壓電陶瓷促動(dòng)器，為同方向驅(qū)動(dòng)器。

34、本技術(shù)提供的一種基于柔性運(yùn)動(dòng)副的高精度定位平臺(tái)，其通過(guò)將柔性桿的彎曲轉(zhuǎn)化為剛性件的平動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)所需的三平移自由度，以達(dá)到以單運(yùn)動(dòng)副代替支鏈的目的；其在x、y方向上采用單運(yùn)動(dòng)副代替?zhèn)鹘y(tǒng)的多支鏈結(jié)構(gòu)，從而簡(jiǎn)化了平臺(tái)結(jié)構(gòu)，減小了空間占用，并大幅提高了維護(hù)和故障排查的便捷性；第二柔性支鏈和四個(gè)柔性運(yùn)動(dòng)副都以十字對(duì)稱(chēng)的方式設(shè)置，柔性運(yùn)動(dòng)副中的柔性桿采用反向串聯(lián)和對(duì)稱(chēng)布置的方式，有效抵消了寄生運(yùn)動(dòng)，減少了耦合位移及伴生轉(zhuǎn)動(dòng)；在同一軸線上設(shè)置兩個(gè)同向驅(qū)動(dòng)，通過(guò)同步控制使它們以相同的位移和力進(jìn)行同向運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)同步驅(qū)動(dòng)，從而提升了平臺(tái)在單方向移動(dòng)的精確性。本技術(shù)技術(shù)方案不僅保證了平臺(tái)在實(shí)現(xiàn)高精度和大行程的情況下更加緊湊和簡(jiǎn)潔，還顯著提升了平臺(tái)的定位精度和可靠性。