一种正交分支冗余驱动重载平面三自由度运动平台的制作方法

本发明涉及一种平面三自由度运动平台特别是一种正交分支冗余驱动重载平面三自由度运动平台。

背景技术：

运动平台被广泛应用于各种工业生产、调姿隔振、稳定补偿等领域，针对平面三自由度运动平台，现有的平面三自由度运动平台大多采用多层运动关节串联的方式以实现末端构件的输出要求。专利号为CN201510367309的发明专利提供了一种平面三自由度运动平台，包括从下往上依次设置的基座、X轴方向平动机构、Y轴方向平动机构和Z轴旋转机构，通过X轴方向平动机构、Y轴方向平动机构和Z轴旋转机构的复合运动，最终实现工作平台三个自由度的运动；结构简单，装配效率高，操作方便省力。但是该发明高度较大，承载能力低。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种低高度、大承载、运动顺畅且拥有较大工作空间的平面三自由度运动平台。

具体地，本发明提供一种正交分支冗余驱动重载平面三自由度运动平台，其包括上平台、下平台以及四条设置在所述上平台和下平台之间的驱动分支，

所述四个驱动分支在下平台上均匀分布，其中相对的两个驱动分支的轴线相互平行，相邻的两个驱动分支的轴线相互垂直，

所述驱动分支通过第一移动副与所述下平台连接，所述驱动分支通过第二移动副与所述上平台连接，所述第一移动副的方向与驱动分支自身轴线方向一致，相邻两个驱动分支的第二移动副的轴线彼此之间相互垂直；

所述驱动分支包括驱动装置、活动连接件以及中间连接块，所述活动连接件与中间连接块之间通过转动副连接，所述转动副垂直于驱动分支轴线所在平面；

所述活动连接件与所述下平台之间通过第一移动副连接，所述中间连接块与所述上平台之间通过第二移动副连接。

优选地，相对的两条驱动分支的轴线与下平台的中点的距离相等，相对的两条驱动分支的轴线分布在中点的两侧。

优选地，所述第二移动副轴线在上平台上围成正方形。

优选地，所述驱动装置为驱动缸，所述驱动缸借助于于驱动缸连接座进行安装，所述驱动缸的缸筒与驱动缸连接座铰接，驱动缸的缸杆与活动连接架铰接，相对的两个驱动分支的驱动缸的缸杆伸出方向相反。

优选地，所述驱动缸两侧设有两个沿驱动分支轴线方向布置的完全相同的第一直线导轨，两个第一直线导轨的直线滑块分别与活动连接架固定连接，中间连接块与上平台通过第二直线导轨连接，其中第二直线导轨的滑轨与上平台固定连接，第二直线导轨的直线滑块与中间连接块固定连接。

优选地，所述驱动装置为丝杠驱动装置，所述丝杠驱动装置包括驱动电机、电机安装架、丝杠支撑座、丝杠以及丝杠螺母，所述电机安装架固定安装在下平台上，所述驱动电机安装在电机安装架上，所述丝杠通过丝杠支撑座连接下平台以使丝杠只能沿其自身轴线转动，所述驱动电机的输出轴连接所述丝杠的输入端，所述丝杠螺母固定在所述活动连接架上，所述丝杠螺母与丝杠通过螺旋副连接，相对的两个驱动分支的驱动电机的输出轴的朝向相反。

优选地，所述丝杠两侧设有两个沿驱动分支轴线方向布置的完全相同的第一直线导轨，两个第一直线导轨的直线滑块分别与活动连接架固定连接，中间连接块与上平台通过第二直线导轨连接，其中第二直线导轨的滑轨与上平台固定连接，第二直线导轨的直线滑块与中间连接块固定连接。

优选地，相邻两个驱动分支的第二直线导轨的轴线彼此之间相互垂直。

优选地，所述下平台的下部或所述上平台的上部设置有一折叠式三自由度运动平台，所述折叠式三自由度运动平台的上平台能够实现相对其下平台的x轴以及y轴转动，z轴移动的单一或复合运动。

优选地，所述下平台为长方体半封闭箱型结构。

本发明与现有技术相比有以下优点：

①本发明采用四个并联的驱动分支，使得本发明结构紧凑，拥有较低的平台高度，适用于多种工作环境。冗余驱动的并联结构使本发明拥有较大承载能力。

②本发明的相邻驱动分支轴线正交，相对驱动分支轴线平行的布置方式使运动平台在工作时不易卡死，运动顺畅。

附图说明

图1为实施例1的三维结构示意图。

图2为实施例1中驱动分支布置形式的三维示意图。

图3为图1中驱动缸与驱动缸连接座铰接部分的局部放大图。

图4为图1中驱动缸与驱动缸活动链接架铰接部分的局部放大图。

图5为实施例2中驱动分支布置形式的三维示意图。

图6为图5的C部分的局部放大图。

图7为实施例3的三维结构示意图。

图8为实施例4的三维结构示意图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本发明的示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

本发明提供一种正交分支冗余驱动重载平面三自由度运动平台，如图1所示，其包括上平台12、下平台11以及四条设置在所述上平台和下平台之间的驱动分支13。

四个驱动分支在下平台11上均匀分布，其中相对的两个驱动分支13的轴线相互平行，相邻的两个驱动分支13的轴线相互垂直。

驱动分支13通过第一移动副与下平台11连接，驱动分支13通过第二移动副与上平台12连接，第一移动副的方向与驱动分支自身轴线方向一致，相邻两个驱动分支的第二移动副的轴线彼此之间相互垂直。

优选地，每一条驱动分支13均包括驱动装置、活动连接件以及中间连接块，活动连接件与中间连接块之间通过转动副连接，转动副垂直于驱动分支轴线所在平面。

优选地，活动连接件与下平台11之间通过第一移动副连接，中间连接块与上平台12之间通过第二移动副连接。

优选地，相对的两条驱动分支的轴线与下平台的中点的距离相等，相对的两条驱动分支的轴线分布在中点的两侧。

优选地，四个驱动分支的第二移动副的轴线在上平台上围成正方形。

优选地，下平台11为长方体半封闭箱型结构。

其中，本发明的工作原理如下：

本发明提供一种正交分支冗余驱动重载平面三自由度运动平台，如图1所示，其包括上平台12、下平台11以及四条设置在所述上平台和下平台之间的驱动分支13。

四个驱动分支在下平台11上均匀分布，其中相对的两个驱动分支13的轴线相互平行，相邻的两个驱动分支13的轴线相互垂直。

驱动分支13通过第一移动副与下平台11连接，驱动分支13通过第二移动副与上平台12连接，第一移动副的方向与驱动分支自身轴线方向一致，相邻两个驱动分支的第二移动副的轴线彼此之间相互垂直。

驱动分支设置有驱动油缸活动连接架或丝杠螺母活动连接架，在工作时，驱动分支中驱动油缸活动连接架与丝杠螺母活动连接架只能沿驱动分支的轴线方向直线运动，当驱动缸缸杆以特定规律伸出、缩回，或者驱动电机以特定规律正、反向转动时，上平台可以实现沿x轴的直线运动、沿y轴的直线运动、沿z轴的转动等单一或复合运动形式。

具体实施例1

在图1、图2、图3以及图4所示的一种正交分支冗余驱动重载平面三自由度运动平台，包括上平台12、下平台11、连接上平台12与下平台11的四个完全相同的驱动分支13。下平台11为长方体半封闭箱型结构。

每条驱动分支包括驱动缸1303、驱动缸连接座1302、驱动缸的活动连接架1309以及中间连接块1306。驱动缸1303的轴线与所在驱动分支13的轴线一致，缸筒与驱动缸连接座1302铰接，缸杆与驱动缸活动连接架1309铰接。

驱动缸1303两侧设有两个沿分支轴线方向布置的完全相同的第一直线导轨1307，分别与两侧第一直线滑轨1307相配的直线滑块1308与驱动缸的活动连接架1309固定连接，驱动缸的活动连接架1309与中间连接块1306通过转动副连接，该转动副垂直于驱动分支轴线所在平面。

中间连接块1306与上平台12通过第二直线导轨连接，其中第二直线导轨的滑轨1304与上平台12固定连接，第二直线导轨的直线滑块1305与中间连接块1306固定连接，相邻两个驱动分支的第二直线导轨1304的轴线之间相互垂直。

四个驱动分支13在下平台11上均匀分布，其中相对的两个驱动单元13的轴线相互平行且其中的驱动缸1303缸杆伸出方向相反，相邻两条驱动分支13的轴线相互垂直，四个驱动分支13中，每个分支中的驱动缸1303伸出方向分别指向下平台11的四个侧面。

其中，每相对的两条驱动分支13的轴线与下平台11的中点的距离相等，并分别分布在中点的两侧。

四个驱动分支的第二直线导轨1304的轴线在上平台12上围成正方形。

具体实施例2

在图5所示的一种正交分支冗余驱动重载平面三自由度运动平台，包括上平台21、下平台22、连接上平台21与下平台22的四个完全相同的驱动分支23。

驱动分支23包括驱动电机2301、电机安装架2310、丝杠支撑座2311、丝杠2302、丝杠螺母2308、丝杠螺母活动连接架2309、中间连接块2305。丝杠2302的轴线与所在驱动分支23轴线一致，电机安装架2310固定安装在下平台22上，驱动电机2301安装在电机安装架2310上，丝杠2302通过丝杠支撑座2311连接下平台22，使丝杠2302只能沿自身轴线转动，驱动电机2301输出轴连接丝杠2302的输入端，丝杠螺母2308固定在活动连接架上2309，丝杠螺母2308与丝杠2302通过螺旋副连接。

丝杠2302两侧设有两个沿分支轴线方向布置的完全相同的第一直线导轨2304，分别与两侧第一直线滑轨2304相配的直线滑块2303与丝杠螺母活动连接架2309固定连接，丝杠螺母活动连接架2309与中间连接块2305通过转动副连接，该转动副垂直于驱动分支轴线所在平面。

中间连接块2305与上平台21通过第二直线导轨连接，其中第二直线导轨的滑轨2307与上平台21固定连接，第二直线导轨滑块2306与中间连接块2305固定连接，相邻两个分支的第二直线导轨2307的轴线之间相互垂直。四个驱动分支23在下平台22上均匀分布，其中相对的两个驱动分支23的轴线相互平行且电机2301输出轴朝向相反，相邻两条驱动分支23的轴线相互垂直，四个驱动分支23中，每个驱动分支中的驱动电机2301驱动丝杠螺母活动连接架2309远离电机2301的方向分别指向下平台22的四个侧面。

其中，每相对的两条驱动分支23的轴线与下平台21的中点的距离相等，并分别分布在中点的两侧。

四个第二直线导轨2307的轴线在上平台22上围成正方形。

具体实施例3

如图7所示，的一种正交分支冗余驱动重载平面三自由度运动平台，包括上平台12、下平台11、连接上平台12与下平台11的四个完全相同的驱动分支13。下平台11为长方体半封闭箱型结构。

四个驱动分支13在下平台11上均匀分布，其中相对的两个驱动分支13的轴线相互平行，相邻的两个驱动分支13的轴线相互垂直。

驱动分支13通过第一移动副与下平台11连接，驱动分支13通过第二移动副与上平台12连接，第一移动副的方向与驱动分支自身轴线方向一致，相邻两个驱动分支的第二移动副的轴线彼此之间相互垂直。

本实施例在实施例1或实施例2的基础上，在下平台11的下部加设一折叠式三自由度运动平台4，该运动平台的上平台可以实现相对其下平台的x轴、y轴转动，z轴移动的单一或复合运动形式，在加设该三自由度运动平台后，构成一六自由度运动平台。

具体实施例4

如图8所示，的一种正交分支冗余驱动重载平面三自由度运动平台，包括上平台12、下平台11、连接上平台12与下平台11的四个完全相同的驱动分支13。下平台11为长方体半封闭箱型结构。

四个驱动分支13在下平台11上均匀分布，其中相对的两个驱动分支13的轴线相互平行，相邻的两个驱动分支13的轴线相互垂直。

驱动分支13通过第一移动副与下平台11连接，驱动分支13通过第二移动副与上平台12连接，第一移动副的方向与驱动分支自身轴线方向一致，相邻两个驱动分支的第二移动副的轴线彼此之间相互垂直。

本实施例在实施例1或实施例2的基础上，在上平台12之上加设一折叠式三自由度运动平台4，该运动平台的上平台可以实现相对其下平台的x轴、y轴转动，z轴移动的单一或复合运动形式，在加设该三自由度运动平台后，构成一六自由度运动平台。

本发明与现有技术相比有以下优点：

①本发明采用四个并联的驱动分支，使得本发明结构紧凑，拥有较低的平台高度，适用于多种工作环境。冗余驱动的并联结构使本发明拥有较大承载能力。

②本发明的相邻驱动分支轴线正交，相对驱动分支轴线平行的布置方式使运动平台在工作时不易卡死，运动顺畅。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。