一种六维度微振动平台的制作方法

本发明涉及微驱动技术与并联机器人技术交叉结合的技术领域，尤其涉及一种六维度微振动平台。

背景技术：

微定位系统和并联机构是当今科学研究和工程应用领域的研究热点。微驱动技术与并联机器人技术交叉结合所产生的微动并联机器人已经成为一个热门课题，目前关于微动并联机器人的研究开发和应用日益广泛，应用的领域也在不断拓展，微动并联机器人的应用主要集中在空间、隔振、医疗、光学、工业等领域。

目前，燕山大学研制了一种各向同性的六自由度微动并联机器人(专利公开/公告号为CN202428438U)，该机器人通过放在平行板柔性移动副框架结构中部的压电陶瓷驱动，由推杆放大位移，将位移传递给平行板柔性移动副，实现工作平台的移动，该微动机器人虽有较好的位移解耦性，但结构复杂。

北京理工大学研制出一种3-PPTTRS六自由度并联精密微动机器人(专利公开/公告号为CN1788942A)，该发明虽然具有较大范围的工作空间，但由于该机器人系统中含有静压丝杠螺母机构，在运动过程中不可避免的存在传动间隙，影响传动精度，此外，该机器人还具有液压供油装置，使得整个微动机器人体积较大，限制了其在一些尺寸有要求场合的使用。

哈尔滨工业大学研制出一种三支链六自由度并联柔性铰链微动机构(专利公开/公告号为CN1962209A)，从空间结构上看，该机器人属于6-PSS型微动并联机器人，压电陶瓷布置在底座上，压电陶瓷的输出经过弹性平行板传递到与之相连的连接座上，然后两端带柔性铰链的支撑杆件再将连接座和上平台连接起来，这种机构形式传动链长，误差因素多，而且底座较大，加工困难。

综上，上述的六自由度并联机构结构较复杂，振动精度低。

有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的六维度微振动平台，使其更具有产业上的利用价值。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种刚性高、振幅传递稳定、能量吸收少、高精度的六维度微振动平台。

本发明的六维度微振动平台，包括工作台、与所述工作台相平行的支撑台，以及支撑所述支撑台的底座，还包括

-三根RPS支链，周向均匀设置在所述工作台与支撑台之间且与所述支撑台之间的夹角为锐角，包括依次连接的上斜块、上部柔性铰链、第一压电陶瓷、下部柔性铰链、调整垫片、下斜块，所述上斜块与工作台连接，所述下斜块与所述支撑台连接，所述上部柔性铰链为球面副柔性铰链，所述下部柔性铰链为转动副柔性铰链；

-3-RRR机构，设置在所述底座内、并与所述支撑台连接，包括定板，所述定板边沿上以其轴心为中心均匀设有三个直角缺口，各所述直角缺口的其中一侧壁上均通过第一柔性铰链连接有平行于另一侧壁的第一动板，所述第一动板通过第二柔性铰链接连有与其垂直的第二动板，所述第二动板通过第三柔性铰链连接有与所述支撑台连接的驱动块，所述第一动板连接有与所述定板相抵的第二压电陶瓷。

进一步的，各所述第一压电陶瓷与各所述第二压电陶瓷的外壁上均套有水冷铜管。

进一步的，所述上斜块及下斜块上均设有分别与上部柔性铰链及下部柔性铰链连接的穿孔，以及分别与上部柔性铰链及下部柔性铰链相抵靠的斜面。

进一步的，所述定板上设有若干与所述底座连接的第一连接孔。

进一步的，各所述驱动块上均设有与所述支撑台连接的第二连接孔。

进一步的，所述底座上还设有两与各所述水冷铜管连通的水管连接头。

进一步的，所述水冷铜管螺旋缠绕在所述第一压电陶瓷与第二压电陶瓷的外壁上。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：

1、通过3-RPS支链，使工作台具有绕X、Y方向的转动和Z方向的振动，通过3-RRR机构，带动工作台X、Y方向振动以及Z方向转动，即实现了工作台六个自由度的运动；

2、3-RPS支链集精密机械、驱动和测量反馈技术于一体，实现了机构、驱动、检测一体化的设计，并具有体积小、结构紧凑、刚度大、频响高等优点，可实现纳米级的定位精度；

3、3-RRR机构中X、Y向振动采用大型柔性铰链支撑，正交方向解耦，Z轴转动采用柔性铰链支撑，具有刚性高、振幅传递稳定、能量吸收少等特点；

4、通过在各压电陶瓷上套接水冷铜管，可降低压电陶瓷大幅振动产生的热量，从而避免六维度微振动平台因温度过高而影响振动精度。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中3-RPS支链结构示意图；

图3是本发明中3-RRR机构的结构示意图；

图4是本发明中上斜块/下斜块的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参见图1至图4，本发明一较佳实施例所述的一种六维度微振动平台，包括工作台11、与工作台11相平行的支撑台12，以及支撑支撑台12的底座13，还包括三根RPS支链20和设置在底座13内、并与支撑台12连接的3-RRR机构。

其中，三根RPS支链20周向均匀设置在工作台11与支撑台12之间且与支撑台12之间的夹角为锐角，包括依次连接的上斜块21、上部柔性铰链22、第一压电陶瓷23、下部柔性铰链24、调整垫片25、下斜块26，上斜块21与工作台11连接，下斜块26与支撑台12连接，上斜块21和下斜块26通过圆柱销进行定位，从而使工作台11、支撑台12、RPS支链20连接形成一整体。

进一步的，上部柔性铰链22一端设有外螺纹，另一端为光轴。上部柔性铰链22通过光轴与上斜块21进行连接，相应地，上斜块21上开设有上穿孔261，光轴伸入该穿孔中。为了防止工作过程中上部柔性铰链22发生松动，将上部柔性铰链22通过锥端紧定螺钉与上斜块21预紧。上部柔性铰链端部的外螺纹与上述第一压电陶瓷23的一端进行螺纹连接。本实施方式中的上部柔性铰链22为球面副柔性铰链，该球面副柔性铰链具有三个自由度，从而通过圆柱销对其进行定位，以限定其在平面上的其中两个移动方向。

下部柔性铰链24同样一端设有外螺纹，另一端为光轴。下部柔性铰链24通过光轴与下斜块进行连接，相应地，下斜块26上开设有穿孔261，光轴伸入该穿孔中。下部柔性铰链24端部的外螺纹与第一压电陶瓷23的另一端进行螺纹连接。本实施方式中的下部柔性铰链24为转动副柔性铰链，其具有一个自由度。为了保证其位置的精确性，相应地在下斜块26中设置有平面紧定螺钉，该平面紧定螺钉可将下部柔性铰链24的端面顶紧，防止其发生松动和位置偏移。为了进一步保证转动副柔性铰链位置的精确性，下斜块26侧壁上还开设有两个销孔，该销孔中穿置有对其进行定位的圆柱销。优选地，下部柔性铰链24的材质为尼龙。

进一步的，上斜块21及下斜块26上均设有分别与上部柔性铰链22及下部柔性铰链24相抵靠的斜面262，避免RPS支链20中各组件存在间隙，确保传动精度，消除传动误差。

此外，上述调整垫片25设置于下部柔性铰链24与下斜块26之间，即下斜块26的斜面262与调整垫片25相抵，调整垫片25与下部柔性铰链24紧密接触。设置调整垫片25的目的在于，其可在装配过程中进行修配调整，以保证本发明中各个部件之间的位置符合装配安装的需求，同时保证三根RPS支链20的相对长度符合要求。由于上述调整垫片25设置于下部柔性铰链24与下斜块26之间，可使下部柔性铰链24的光轴上部柔性铰链22长2mm，以形成调整垫片25的安装空间。

本发明中的3-RRR机构包括定板31，定板31的边沿上以其轴心为中心均匀设有三个直角缺口32，各直角缺口32的其中一侧壁上均通过第一柔性铰链33连接有平行于另一侧壁的第一动板34，第一动板34通过第二柔性铰链35接连有与其垂直的第二动板36，第二动板36通过第三柔性铰链37连接有与支撑台12连接的驱动块38，第一动板36连接有与定板31相抵的第二压电陶瓷39。可见，利用第一柔性铰链33实现支撑台12X向的振动，利用第二柔性铰链35实现支撑台12Y向的振动，利用第三柔性铰链37实现支撑台12Z轴转动，从而通过支撑台12结合三根RPS支链20带动工作台11实现六个自由度的运动。另外，3-RRR机构中，第一柔性铰链33与第二柔性铰链35呈正交，在实现X、Y向的振动的同时能够正交方向解耦，振幅传递稳定。

为方便3-RRR机构与底座13和支撑台12连接，在定板31上设有若干与底座13连接的第一连接孔51，在各驱动块38上均设有与支撑台12连接的第二连接孔52。

作为本发明的优选实施方式，本发明在各第一压电陶瓷23与各第二压电陶瓷39的外壁上均套有水冷铜管40，并在底座13上设置两与各水冷铜管40连通的水管连接头60，一个水管连接头60进水，另一个水管连接头60出水。向水冷铜管40内通入冷却水，由此降低平台由于封装压电陶瓷致动器大幅振动产生的热量，从而排除平台温度过高而造成振动精度的降低。

为提高散热效率，本发明将水冷铜管40螺旋缠绕在第一压电陶瓷23与第二压电陶瓷39的外壁上，以增加接触面积，从而快速散热。

本发明通过RPS支链，使工作台11具有绕X、Y方向的转动和Z方向的振动，达到位移分辨率为3nm，重复定位精度为30nm，转角范围为0.6mrad，转角分辨率为0.06μrad，转角定位精度为0.6μrad；通过3-RRR机构，带动工作台X、Y方向振动以及Z方向转动，达到位移分辨率10nm，重复定位精度100nm，转角范围1mrad，转角分辨率0.1μrad，转角定位精度1μrad。可见，本发明的刚性高、振幅传递稳定、能量吸收少、精度高。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。