中间调节刚度的刚柔耦合平台及运动平台的制作方法

本实用新型涉及电机驱动技术，更具体的涉及一种中间调节刚度的刚柔耦合平台及运动平台。

背景技术：

基于柔性铰链可以有效的解决摩擦死区问题，在不提高成本的前提下，从而大幅度提高定位精度的优点，因此在精密运动平台设计中的应用越来越广泛。其中，在专利《基于应力刚化原理的刚度频率可调一维微动平台》(cn201410214605.0)、专利《一种单驱动刚柔耦合精密运动平台及其实现方法及应用》(cn201610508540.x)及专利《直线电机共定子双驱动宏微一体化高速精密运动一维平台》(cn201410696217.0)等文献中都提到了柔性铰链。但上述柔性铰链平台由于两端悬空，只靠平台两侧的柔性铰链作用，其所能承载的载荷都普遍比较偏小，无法应用于较大载荷的场合。在专利《一种大承载柔性铰链导向机构》(cn20170883865.0)对通常的柔性铰链做了进一步的改进，提出了主柔性铰链组和次柔性铰链组。其分别通过一体化加工出柔性铰链阵列或通过采用高弹性弹簧片作为柔性铰链本体，并进行装配的方式实现柔性铰链的作用。此方法大大增加了柔性铰链平台所能承载的载荷强度，但其缺点也是显而易见的。首先，通过一体化加工的主次柔性铰链组，柔性铰链部分与平台采用相同的材料，一般为铝合金或其它不锈钢材料，由于其材料特性缺陷，无论如何降低应力集中，在高频工作时都将产生疲劳断裂。其次，如果采用高弹性的弹簧片作为柔性铰链主体，并通过装配的方式将核心平台与刚性支撑平台进行连接，虽然解决了疲劳断裂的问题，但由于装配误差不可避免的存在，定会降低平台的整体精度。再者，无论是一体加工柔性铰链组或通过高弹性弹簧片装配成柔性铰链主体都不能调节柔性铰链的刚度，因此不能实现应用一个平台来适应不同工况，这样就无形中增加了成本。

技术实现要素：

本实用新型提出了一种长寿命无装配误差刚度可调空间柔性铰链，对目前精密运动平台中柔性铰链中存在的一体化加工柔性铰链容易疲劳断裂、采用高弹性弹簧片装配成柔性铰链主体存在装配误差以及不能调节柔性铰链刚度的问题都进行了有效的解决。

本实用新型结合一体化加工免装配误差和弹片式柔性铰链疲劳寿命长的特点，连接柔性铰链组即次柔性铰链采用一体化加工方法，保证刚性支撑平台与核心运动平台之间无装配误差。端部采用高弹性弹簧片进行装配，提高柔性铰链的刚度和抗非工作方向变形的能力。为了适应不同工作平台对柔性铰链刚度的需求，采用移动支撑进行弹簧片有效长度的调节，从而改变柔性铰链的刚度。具体技术方案如下。

一种中间调节刚度的刚柔耦合平台，所述刚柔耦合平台包括：刚度支撑平台、核心运动平台和连接柔性铰链组；所述刚度支撑平台通过所述连接柔性铰链组与所述核心运动平台连接；所述刚柔耦合运动平台还包括刚度调节机构；所述刚度调节机构包括上固定块、下固定块、弹簧片和刚度调节件；所述上、下固定块被固定在所述刚度支撑平台上；所述上、下固定块夹持所述弹簧片并将所述弹簧片保持在核心运动平台的运动方向上的所述刚度支撑平台与所述核心运动平台之间的空隙中；所述刚度调节件设置在所述弹簧片的中部；所述刚度调节件用于改变所述弹簧片的刚度。

进一步，所述刚度调节件包括：螺钉和多组压板组；每组所述压板组包括前压板和后压板；所述前压板和所述后压板前后夹持所述弹簧片；将夹持面积相同的所述前压板和所述后压板配对为一组压板组；更换不同大小的压板组能够改变所述弹簧片的刚度；所述螺钉将所述前、后压板与所述核心运动平台刚性连接。

进一步，所述刚度调节件包括：四个“l”形的压块和螺钉；一个正置所述“l”形的压块和一个倒置的所述“l”形的压块配合放置，组成一个组合压块；两个所述组合压块前后夹持所述弹簧片；同时移动两个正置“l”形的压块和/或倒置的“l”形的压块能够改变所述弹簧片的刚度。

进一步，所述刚度调节件还包括：螺钉；四个所述“l”形的压块均加工有长条孔供所述螺钉穿过；所述螺钉将所述“l”形的压块与所述核心运动平台刚性连接。

进一步，所述刚度调节件还包括：压板；所述螺钉穿过所述压板将所述“l”形的压块压紧在所述核心运动平台上。

进一步，所述上固定块、所述下固定块均包括前后两个固定块；所述弹簧被夹持在所述前后两个固定块之间。

进一步，所述上固定块、所述下固定块均通过螺钉被固定在所述刚度支撑平台上。

进一步，所述刚度调节机构在所述刚柔耦合运动平台前后端对称布置。

一种精密运动平台，其特征在于，所述精密运动平台包括机座、固定在所述机座上的直线导轨、导轨滑块、前述的刚柔耦合运动平台、直线驱动器、位移传感器；所述刚柔耦合运动平台中的核心运动平台与所述直线驱动器连接，所述刚性框架通过所述导轨滑块与所述直线导轨连接；所述位移传感器与所述核心运动平台连接，用于测量所述核心运动平台在运动方向上的位移。

与现有技术相比，有益效果是：

1、采用一体式加工的柔性铰链ⅰ起到连接微平台和宏平台的作用，使微平台与宏平台之间不存在装配误差，从而保证了安装在微平台与宏平台之间的柔性铰链ⅱ的安装精度。

2、柔性铰链ⅰ的刚度小于柔性铰链ⅱ的刚度，因此在所述的基于复合柔性铰链的单驱动刚柔耦宏微复合运动平台运动时，由弹簧片组成的柔性铰链ⅱ首先承受来自微动平台的变形。弹簧片的疲劳寿命远高于平台加工所用的铝合金材料的疲劳寿命，因此保证了平台的使用寿命，避免了短时间内平台的柔性铰链ⅰ由于疲劳寿命问题而产生的疲劳断裂。

3、柔性铰链ⅱ是通过弹簧片、固定在弹簧片中间的压板以及两端的固定块组成。因此可以通过更换或调节弹簧片中间的压板，使用不同宽度的压板或使压板具有不同的宽度，从而改变弹簧片的有效作用长度，进而改变柔性铰链ⅱ的刚度，即改变了所述的基于复合柔性铰链的单驱动刚柔耦宏微复合运动平台整体的刚度。

附图说明

图1是实施例一的刚柔耦合平台的整体示意图。

图2是实施例一的柔性铰链ⅱ中间压板安装处的截面示意图。

图3是实施例一的柔性铰链ⅱ中间压板安装方式局部放大图。

图4是实施例一的柔性铰链ⅱ两端固定块安装处的截面示意图。

图5是实施例一的柔性铰链ⅱ中间压板安装方式局部放大图。

图6是实施例一的改变柔性铰链ⅱ中间压板宽度后的对比示意图。

图7是实施例一的基于复合柔性铰链的单驱动宏微复合运动平台整体示意图。

图8是实施例二的柔性铰链ⅱ中间压板安装方式局部放大图。

图9是实施例二的柔性铰链ⅱ中间压板主视图。

图10是实施例二的柔性铰链ⅱ中间压板左视图。

图11是实施例二的柔性铰链ⅱ中间压板轴侧图。

图12是实施例二的调节柔性铰链ⅱ中间压板位置后的对比示意图。

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。

实施例一

如图1所示的刚柔耦合运动平台，a4为刚度支撑平台、a2为核心运动平台、a3为连接柔性铰链组，a1为刚度调节机构。刚度支撑平台a4通过连接柔性铰链组a3与所述核心运动平台a2连接。刚度调节机构a1被设置在刚度支撑平台a4和核心运动平台a2间的前后的空隙中，并在平台前后端对称布置。其中，刚柔耦合运动平台为一体式加工。柔性铰链组a3为柔性铰链ⅰ，刚度调节机构a1为柔性铰链ⅱ。

刚度调节机构a1如图3、4所示，刚度调节机构a1包括弹簧片a101、上下部位前后设置的两个固定块a103和a104、固定在弹簧片a101中部前后夹持弹簧a101的前后两块压板a102、螺钉。螺钉将压板a102与核心运动平台a2刚性连接。两个固定块a103和a104与刚度支撑平台a4连接。

通过改变图5中弹簧片a101前后压块a102的宽度可以调节弹簧片a101的有效作用长度，即调节了柔性铰链ⅱ的刚度。图6中a102-2即为更换压块后，增大了柔性铰链ⅱ刚度的对比示意图。

如图7所示，可以将上述刚柔耦合运动平台设置在精密运动平台上，该精密运动平台包括机座1、固定在机座1上的直线导轨2、导轨滑块、直线驱动器5和位移传感器6；上述刚柔耦合运动平台3中的核心运动平台与直线驱动器5连接，刚度支撑平台通过导轨滑块与直线导轨2连接；位移传感器6与核心运动平台连接，用于测量所述核心运动平台在运动方向上的位移。

实施例二

实施例二中基于复合柔性铰链的单驱动宏微复合运动平台整体结构实与实施例一相同，在此不再重复叙述。不同之处在于复合柔性铰链ⅱ弹簧片中间部位压块的结构形式以及调节刚度的方式。实施例一中需要更换不同的压块来改变弹簧片的有效作用长度，即复合柔性铰链ⅱ的刚度。实施例二中只需要一组压块，通过调节一组压块中两个压块的相对位置，来改变弹簧片有效作用长度，即复合柔性铰链ⅱ的刚度。

如图8-12所示，图中压板b105起到压紧压块b102的作用。如图9-11所示，压块b102为4个“l”形的压块。1个正置“l”形的压块和一个倒置的“l”形的压块组成一组组合压块。弹簧片b101被加紧在两组组合压块之间。

由于每个“l”形压块中均加工有长条孔供螺钉穿过，螺钉将“l”形的压块、压板b105与所述核心运动平台刚性连接，所以组合压块的调节范围即为长条孔的长度。图12即为通过调节压块b102的相对位置增大了柔性铰链ⅱ的刚度示意图。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。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。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。