强。滚珠丝杠副的丝杠轴与丝母之间有很多滚珠在 做滚动运动，有较高的运动效率，与过去的滑动丝杠副相比驱动力达到1/3W下，因此启动 力矩极小，不会出现滑动运动那样的爬行现象，确保实现精确的微进给。
[0037] 本发明六自由度精密调整装置选用人控制电机的半自动方式。全自动式移动平台 虽智能化较高，但其结构复杂、成本高、维护及维修不便。而半自动式移动平台具有操作方 便，可靠性高，调整精度高的优点。因此本发明选用人控制电机的半自动方式。具体在电机 的选择上，要求能够实现任意位置的精确控制，步进电机要优于伺服电机，且伺服电机的低 速性能不如步进电机稳定，而六自由度精密调整装置的运动速度又很低，因此选择步进电 机来驱动。
[0038] 本发明所述的转动机构为蜗轮蜗杆驱动结构，具体结构示意图如图4所示，该机构 最大的优点就是通过简单的机构能够实现较高的角精度。顶杆与较链轴线距离大，要使平 台较小的角度位移需要在顶杆处施加较大的竖直位移。因此，竖直位移误差引起的角度误 差会被"缩小"，能够实现较高的角精度。
[0039] 所述顶杆较链机构为Z向旋转层7或Y向旋转层4一侧装有两个轴和轴承且两个轴 屯、共线，使Y向旋转层4或X向旋转层5能够绕二者轴线转动，形成一个较链，而Z向旋转层7或 Y向旋转层4另一侧通过电机驱动蜗轮蜗杆，使Y向旋转层4或X向旋转层5绕较链产生角度， 其中Y向旋转层4或X向旋转层5绕较链产生角度范围为0~3度，其角度所产生的角位移精度 范围为0.001~0.01。
[0040] 在X向移动层3、Υ向移动层2、Z向移动层1、X向旋转层5、Υ向旋转层4和Z向旋转层7 上分别设置光栅尺，W提高移动精度，同时可W在Υ向旋转层4上设置重量传感器，W监控被 测物的质量变化。
[0041 ]具体实施例
[0042] 对本发明进行精度计算分析
[0043] 其一，装置平移机构(X向移动层、Υ向移动层、Ζ向移动层)的精度分析
[0044] 装置选用Τ皿品牌精密滚动导轨及滚珠丝杠。Ζ向移动层的丝杠承受所有载荷值， 受力最大，选择ΒΝΚ型精密丝杠，直径为Φ 20,导程为4mm"Z向移动层的蜗轮蜗杆齿数分别选 择为，蜗杆头数zi = l蜗轮齿数Z2 = 82"X向移动层、Y向移动层承载较小，因此，选择直径BNK 型轴径为8mm;但由于X向移动层、Y向移动层的载荷不高，且为了实现较高精度，选择较小的 导程为1mm。电机型号选择德国百格拉步进电机V畑M366,该电机的最小步距角为0.72度，每 转500步。
[0045] 综合上述参数则各平移机构的理论计算精度为：
[0046] X向移动层、Y向移动层：由于导程为1mm，电机每转可分为500歩，故X向移动层、Y向 移动层平移精度为
[0047] X向移动层、Y向移动层满足单轴0.005mm的位移精度的要求。
[0048] Z向移动层:与X向移动层、Y向移动层相比，Z向移动层多了一层蜗轮蜗杆传动，传 动比
[0049] 精度计算公式为
[0050] Z向移动层满足单轴0.005mm的位移精度的要求。
[0051] 其二，装置转动机构(X向旋转层、Y向旋转层和Z向旋转层)精度分析
[0052] 对于X向旋转层、Y向旋转层由于空间限制，需自行设计丝杠螺母副W及蜗轮蜗杆。 根据载荷要求设计螺杆公称直径d = 12mm，螺距P = 2mm。蜗杆头数zl = l，蜗轮齿数Z2 = 49。
[0053] Z向旋转层所受载荷小，且空间足够，故可选用成型产品BNK型精密丝杠，选择轴径 为10mm，且为了实现较高精度，选择较小的导程为1mm。
[0054] 则各转动机构的理论计算精度为：
[0055] X向旋转层、Y向旋转层:为计算机构能够达到的精度，首先需要确定顶杆较链机构 中顶杆中屯、距较链轴屯、的距离。平台的总体宽度为400mm，初步确定该距离L = 300mm。则理 论计算精度公式为
[0化6]
[0057] 由于摩擦、爬行等因素，实际精度为0.003°左右，满足单轴0.005°的精度要求。
[0058] Z向旋转层:直接驱动计算精度为
[0化9]
[0060] 由于摩擦、爬行等因素，实际精度为0.0015°左右。满足单轴0.005°的精度要求。
[0061] 其Ξ，整个装置精度分析
[0062] a)装置平移机构精度
[0063]
[0064] 满足0.001~0.01的位移精度要求。
[0065] b)装置转动机构精度
[0066]
[0067] 满足系统0~3度的旋转精度的要求
[0068] 本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
【主权项】
1. 一种串联式六自由度精密调整装置，其特征在于，包括沿X轴移动的X向移动层(3)、 沿Y轴移动的Y向移动层(2)、沿Z轴移动的Z向移动层(1)、绕X轴偏转的X向旋转层(5)、绕Y轴 偏转的Y向旋转层(4)和绕Z轴偏转的Z向旋转层(7)，Z向移动层（1)设置在底座(6)上，在Z向 移动层（1)的中心设置驱动结构，驱动Z向移动层(6)上下移动，驱动结构两侧设置垂直于Z 向移动层（1)的导向杆，用于Z向移动层（1)上下移动时导向；在Z向移动层（1)两侧上设置垂 直于Z轴的Y向移动直线导轨，Y向移动层(2)设置在Y向移动直线导轨上，Y向移动层(2)可沿 Y向移动直线导轨运动；在Y向移动层两侧上设置垂直于Z轴和Y轴的X向移动直线导轨，X向 移动层(3)设置在X向移动直线导轨上，X向移动层(3)可沿X向移动直线导轨运动；在X向移 动层上设置绕Z轴转动的转动机构，Z向旋转层(7)设置在转动结构上，使Z向旋转层(7)可绕 Z轴转动;在Z向旋转层(7)上设置顶杆铰链机构，Y向旋转层(4)设置在顶杆铰链机构上，顶 杆铰链结构可顶起Y向旋转层(4)并绕Y轴偏转;在Y向旋转层上设置顶杆铰链机构，X向旋转 层(5)设置在顶杆铰链机构上，顶杆铰链结构可顶起X向旋转层(5)并绕X轴偏转。2. 如权利要求1所述的一种串联式六自由度精密调整装置，其特征在于，所述X向移动 直线导轨及Y向移动直线导轨均为滚珠丝杠导轨。3. 如权利要求1所述的一种串联式六自由度精密调整装置，其特征在于，所述的Z向移 动层（1)的中心设置的驱动结构为蜗轮蜗杆驱动结构，X向移动层(3)上设置绕Z轴转动的转 动机构为蜗轮蜗杆驱动结构。4. 如权利要求1所述的一种串联式六自由度精密调整装置，其特征在于，所述顶杆铰链 机构为Z向旋转层(7)或Y向旋转层(4) 一侧装有两个轴和轴承且两个轴心共线，使Y向旋转 层(4)或X向旋转层(5)能够绕二者轴线转动，形成一个铰链，而Z向旋转层(7)或Y向旋转层 (4)另一侧通过电机驱动蜗轮蜗杆，使Y向旋转层(4)或X向旋转层(5)绕铰链产生角度。5. 如权利要求4所述的一种串联式六自由度精密调整装置，其特征在于，Y向旋转层(4) 或X向旋转层(5)绕铰链产生角度范围为0~3度。6. 如权利要求5所述的一种串联式六自由度精密调整装置，其特征在于，所述角度所产 生的角位移精度范围为0.001~0.01。7. 如权利要求1所述的一种串联式六自由度精密调整装置，其特征在于，在X向移动层 (3)、￥向移动层(2)、2向移动层（1)、乂向旋转层(5)、￥向旋转层(4)和2向旋转层(7)上分别设 置光栅尺，以提高移动精度。8. 如权利要求1所述的一种串联式六自由度精密调整装置，其特征在于，还包括重量传 感器，将其设置在Y向旋转层(4)上，监控被测物的质量变化。9. 如权利要求1所述的一种串联式六自由度精密调整装置，其特征在于，底座(6)上设 置有气浮孔，通过压缩空气可使整个装置悬浮。10. 如权利要求2所述的一种串联式六自由度精密调整装置，其特征在于，所述滚珠丝 杠导轨的摩擦系数为0.001-0.005，传动效率2 90%。
【专利摘要】本发明公开了一种串联式六自由度精密调整装置，包括沿X轴移动的X向移动层、沿Y轴移动的Y向移动层、沿Z轴移动的Z向移动层、绕X轴偏转的X向旋转层、绕Y轴偏转的Y向旋转层和绕Z轴偏转的Z向旋转层。本发明六自由度精密调整装置首次采用串联式组合方式，使在调整产品位置时在每个轴方向上可以单独移动调整，实现了六自由度姿态自由调整，较并联式结构更简单，同时可用于手动调整。
【IPC分类】B25H1/18
【公开号】CN105522548
【申请号】CN201510849320
【发明人】何鹏鹏, 鲁利刚, 程泽, 张加波, 郑树杰, 徐立力, 张景和, 赖小明, 赵丹妮
【申请人】北京卫星制造厂
【公开日】2016年4月27日
【申请日】2015年11月27日