一种大承载柔性铰链导向机构的制作方法

本发明涉及精密运动平台的技术领域，更具体地，涉及一种大承载柔性铰链导向机构。

背景技术：

由于具有无摩擦、免润滑等特点，柔性铰链在精密运动平台设计中得到了广泛应用。在精密运动平台设计中，柔性铰链主要被用于导向机构设计。

图1为现有的典型柔性铰链导向机构。如图1所示，核心运动平台3通过柔性铰链阵列2与刚性支撑平台1连接。图1所示的柔性铰链阵列2中采用直梁型柔性铰链，特别的，所述柔性铰链阵列2也可以为由图2所示的切口型柔性铰链所构成的柔性铰链阵列2a。

图1所示的柔性铰链导向结构的工作原理如图3所示。刚性支撑平台1固定在机座或初级运动平台上，核心运动平台3与驱动器刚性连接。柔性铰链阵列2在驱动器作用下发生图3(ii)所示变形，所述核心运动平台3按照柔性铰链阵列2的刚度特性规律发生变形，产生指定位移。

图1或图2所示的现有柔性铰链导向机构存在如下问题：当所述核心运动平台3所受到驱动器作用力矩过大时，所述柔性铰链阵列2可能产生如图4(i)所示的非工作方向变形，进而使所述核心运动平台3产生图4(i)所示的偏转位移，导致所述核心运动平台3无法实现预期定位精度；当所述核心运动平台3所承受的外载荷较大时，所述柔性铰链阵列2可能产生如图4(ii)所示的非工作方向变形，同样将导致所述核心运动平台3无法实现预期定位精度。

采用通用气浮或磁悬浮支撑方式对柔性铰链导向机构进行刚度增强的方式可以较好地提高柔性铰链导向机构抵抗非工作方向变形的能力，但上述方式的主要缺点在于制造与使用成本较高，限制了其使用范围。

专利cn201610508540.x中提出了用低摩擦直线轴承和局部磁力支撑等来增强柔性铰链导向机构抵抗非工作方向变形能力。上述方式存在的主要的缺点有：(1)只能小幅增强承载刚度和抵抗非工作方向的变形能力，刚度增强效果有限；(2)需要采用特定标准零部件，增加了制造成本，并限制了结构设计自由度。

技术实现要素：

为了解决核心运动平台受到驱动器作用力矩过大时，柔性铰链阵列产生非工作方向变形，进而使核心运动平台产生偏转位移，导致核心运动平台无法实现预期定位精度的技术问题，本发明提供了一种大承载柔性铰链导向机构。

本发明采用的技术方案是：一种大承载柔性铰链导向机构，其包括：核心运动平台(3)、主柔性铰链组(2)、刚性支撑平台(1)和次柔性铰链组(401)；

所述核心运动平台(3)分别通过主柔性铰链组(2)和次柔性铰链组(401)与所述刚性支撑平台(1)连接；

所述主柔性铰链组(2)设置在所述核心运动平台(3)的运动方向的侧方；

所述次柔性铰链组(401)设置在所述核心运动平台(3)的运动方向上；

所述主柔性铰链组(2)与所述次柔性铰链组(401)的柔性铰链的布局方向在所述核心运动平台(3)运动方向的方向平面内相互垂直，且均相对于所述核心运动平台(3)对称布置。

优选地，所述核心运动平台(3)通过刚性连接部(402)与所述次柔性铰链组(401)连接。

优选地，所述主柔性铰链组(2)与次柔性铰链组(401)内的柔性铰链与所述刚性支撑平台(1)为一体式加工制造。

优选地，所述导向机构还包括刚性块(403)，刚性块(403)嵌入所述刚性支撑平台(1)中，并与所述刚性支撑平台(1)刚性连接，以增加由于加工所述次柔性铰链组(401)而导致所述刚性支撑平台(3)所产生薄弱部位的刚度。

优选地，所述刚性块(403)与所述刚性支撑平台(1)通过螺栓组a(404)进行刚性连接。

优选地，所述次柔性铰链组包括弹簧片(401a)，所述弹簧片(401a)与所述刚性支撑平台(1)刚性连接。

优选地，所述弹簧片(401a)通过螺栓组b(405)与所述刚性支撑平台(1)刚性连接。

优选地，所述次柔性铰链组还包括连接块b(408)，所述核心运动平台(3)通过连接块b(408)与所述弹簧片(401a)刚性连接。

优选地，所述次柔性铰链组还包括连接块a(407)，所述弹簧片(401a)为多片，多片所述弹簧片(401a)的中部通过连接块a(407)刚性连接。

优选地，多片所述弹簧片(401a)、连接块b(408)、连接块a(407)之间通过螺栓组c(406)刚性连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.在承载刚度增强结构中设置了一组与主柔性铰链组中的柔性铰链阵列布置方向垂直的次柔性铰链组，利用次柔性铰链组内的柔性铰链阵列来增加导向机构的承受大载荷和抵抗非工作方向变形的能力；

2.所提出的承载刚度增加结构加工形式灵活，适合于不同结构尺寸的运动平台设计；

3.所提出的大承载柔性铰链导向机构的加工制造成本低，适用范围广。

附图说明

图1为现有技术中直梁型柔性铰链导向机构示意图。

图2为现有技术中切口型柔性铰链导向机构示意图。

图3为现有技术中柔性铰链的工作原理示意图。

图4为现有技术中柔性铰链导向机构所存在问题的示意图。

图5为实施例1的包含刚度加强结构的柔性铰链导向机构的示意图。

图6为实施例1的导向机构的轴侧剖视图及局部放大图。

图7为实施例1的前剖视图及局部放大图。

图8为实施例1导向机构的装配体轴侧剖视图。

图9为实施例1导向机构的装配体轴侧前剖视图及局部放大图。

图10为实施例2整体示意图。

图11为实施例2导向机构的装配体轴侧剖视图及局部放大图。

图12为实施例2导向机构装配体前剖视图及局部放大图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

实施例1。

本发明所提出的大承载柔性铰链导向机构的一种实施例1如图5所示。实施例1所示导向机构与现有柔性铰链导向机构的主要区别处在于增加了用于承载大负荷和抵抗非工作方向变形所用的次柔性铰链(401)。实施例1导向机构的工作原理为：如图6和图7所示，所述核心运动平台(3)分别通过主柔性铰链组(2)和次柔性铰链组(401)与所述刚性支撑平台(1)连接。所述主柔性铰链组(2)与次柔性铰链组(401)内的柔性铰链与所述刚性支撑平台(1)为一体式加工制造，所述次柔性铰链组(401)通过刚性连接部(402)与所述核心运动平台(3)连接。所述主柔性铰链组(2)与次柔性铰链组(401)内的柔性铰链的主工作方向均为所述核心运动平台(3)的位移方向。所述主柔性铰链组(2)与所述次柔性铰链组(401)的柔性铰链的布局方向在所述核心运动平台(3)运动方向的方向平面内相互垂直，且均相对于所述核心运动平台(3)对称布置，如图7所示。在三维空间中相互垂直布置的主柔性铰链组(2)和所述次柔性铰链组(401)内的柔性铰链可以相互加强彼此的承受大载荷和抵抗非工作方向变形的能力。

实施例1所述柔性铰链导向结构在运动平台上的应用如图8和图9所示。所述核心运动平台(3)由所述直线驱动器(5)带动，所述核心运动平台(3)的工作位移由光栅位移传感器(6)测量获取。直线所述驱动器(5)作用与所述核心运动平台(3)上的力矩所导致的偏转位移由与所述核心运动平台(3)对称布置的次柔性铰链组抵消。所述核心运动平台(3)承载大载荷时，由于主柔性铰链组(2)在垂向负载方向刚度偏低导致的所述运动平台(3)下沉位移由所述次柔性铰链组(401)内相对所述核心运动平台(3)水平中心面对称布置的柔性铰链抵消。通过上述工作原理，所述核心运动平台(3)利用所述次柔性铰链组的刚度增强方式可以大大提高承受大载荷抵抗非工作方向变形的能力。

特别的，本发明实施例1中由于加工次柔性铰链组(401)所导致的刚性支撑平台(3)薄弱局部可以通过嵌入一刚性块(403)并用螺栓组a(404)进行刚性连接的方式来增加刚性支撑平台(3)的刚度。

实施例2。

本发明所提出的柔性铰链导向机构的一种实施例2如图10至图12所示。实施例2导向机构与实施例1导向机构的主要差异点在于：实施例1的次柔性铰链组(401)采用与所述刚性支撑平台一体加工方式进行制造，实施例2所述的次柔性铰链组采用部件装配的方式进行制造。

如图11和图12所示，次柔性铰链组包含有弹簧片(401a)、螺栓组b(405)、螺栓组c(406)、连接块a(407)、连接块b(408)等。其中，所述弹簧片(401a)通过螺栓组b(405)与所述刚性支撑平台(1)刚性连接，所述核心运动平台(3)通过连接块b(408)、连接块a(407)及螺栓组c(406)等部件与所述弹簧片(401a)中部刚性连接。通过上述刚性连接装配，所述弹簧片(401a)可以实现与实施例1中所述次柔性铰链组(401)的同样功能。所述弹簧片(401a)装配体所构成的次柔性铰链装配体可以用于增加所述核心运动平台(3)承受大载荷和抵抗非工作方向变形的能力。

实施例2的其余工作原理与实施例1相同。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。