一种多轴刚柔耦合运动平台的制作方法

本发明涉及高精密运动技术领域，更具体的涉及一种多轴刚柔耦合运动平台。

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。在精密运动平台中，柔性铰链主要被设计为导向机构。在精密运动平台中，当运动平台启动、停止及微位移进给时，作为一种无摩擦运动副，柔性铰链主要通过自身的弹性变形来实现运动。上述柔性铰链的工作原理导致基于典型柔性铰链导向机构的运动平台主要适用于轻载场合，限制了其在大载荷场合中的应用。此外，由于运动过程中柔性铰链长时间反复变形，往往容易导致导向机构产生裂纹甚至断裂。如何提高上述柔性铰链导向机构的承载刚度和疲劳寿命成为扩展所述典型导向机构应用范围的关键问题。

技术实现要素：

本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提出一种多轴刚柔耦合运动平台，本发明采用的技术方案是如下。

一种多轴刚柔耦合运动平台，所述多轴刚柔耦合运动平台包括：三个单轴刚柔耦合运动平台，所述三个单轴刚柔耦合运动平台分别是第一单轴刚柔耦合运动平台、第二单轴刚柔耦合运动平台和第三单轴刚柔耦合运动平台；每个所述单轴刚柔耦合运动平台都包括：直线导轨、基座、核心运动平台、承载刚度增强柔性铰链组、运动平台刚性框架、直线导轨滑块、直线驱动器；其中，所述核心运动平台、承载刚度增强柔性铰链组和运动平台刚性框架组成刚柔耦合平台，所述运动平台刚性框架通过所述承载刚度增强柔性铰链组与所述核心运动平台连接；所述直线导轨设置在所述基座上；所述直线导轨滑块固定在所述运动平台刚性框架上，并能够在所述直线导轨上滑动；所述直线驱动器与所述核心运动平台连接，带动所述核心运动平台运动，从而驱动整个刚柔耦合平台在直线导轨上滑动；所述第一单轴刚柔耦合运动平台的基座的一端与所述第二刚柔耦合运动平台的核心运动平台连接，所述第一单轴刚柔耦合运动平台的基座的另一端与所述第三单轴刚柔耦合运动平台的核心运动平台连接。

进一步，所述第三单轴刚柔耦合运动平台与所述第二刚柔耦合运动平台相互平行，所述第三单轴刚柔耦合运动平台和所述第二刚柔耦合运动平台均与所第一单轴刚柔耦合运动平台相互垂直。

进一步，所述承载刚度增强柔性铰链组包括：多片弹簧片、多组垫片组；相邻两片所述弹簧片之间均有一组所述垫片组分隔。

进一步，所述承载刚度增强柔性铰链组在所述运动平台刚性框架中设置方向与所述核心运动平台在所述运动平台刚性框架中的运动方向正交。

进一步，所述承载刚度增强柔性铰链组为两组，两组所述柔性铰链组对称布置在所述核心运动平台两端。

一种多轴刚柔耦合运动平台，所述多轴刚柔耦合运动平台包括：两个个单轴刚柔耦合运动平台，所述三个单轴刚柔耦合运动平台分别是第一单轴刚柔耦合运动平台和第二单轴刚柔耦合运动平台；每个所述单轴刚柔耦合运动平台都包括：直线导轨、基座、核心运动平台、承载刚度增强柔性铰链组、运动平台刚性框架、直线导轨滑块、直线驱动器；其中，所述核心运动平台、承载刚度增强柔性铰链组和运动平台刚性框架组成刚柔耦合平台，所述运动平台刚性框架通过所述承载刚度增强柔性铰链组与所述核心运动平台连接；所述直线导轨设置在所述基座上；所述直线导轨滑块固定在所述运动平台刚性框架上，并能够在所述直线导轨上滑动；所述直线驱动器与所述核心运动平台连接，带动所述核心运动平台运动，从而驱动整个刚柔耦合平台在直线导轨上滑动；所述第一单轴刚柔耦合运动平台的基座的中部与所述第二刚柔耦合运动平台的核心运动平台连接。

进一步，所述第一单轴刚柔耦合运动平台与所述第二单轴刚柔耦合运动平台相互垂直。

进一步，所述承载刚度增强柔性铰链组包括：多片弹簧片、多组垫片组；相邻两片所述弹簧片之间均有一组所述垫片组分隔。

进一步，所述承载刚度增强柔性铰链组在所述运动平台刚性框架中设置方向与所述核心运动平台在所述运动平台刚性框架中的运动方向正交。

进一步，所述承载刚度增强柔性铰链组为两组，两组所述柔性铰链组对称布置在所述核心运动平台两端。

与现有技术相比，有益效果是：

1.本发明的新型多轴刚柔耦合运动平台工作面积大，承载能力强，可以根据具体要求灵活地构建所需轴数的各种大行程高精度多轴运动平台。

2.本发明的承载刚度增强柔性铰链组，单独加工，为可拆卸式，由n组长疲劳寿命弹簧片组成，极大地提高了导向机构承受大载荷的能力，适合于不同结构尺寸的运动平台设计。

3.本发明的新型大承载柔性铰链导向机构的设计较为紧凑，结构简单，加工制造成本较低，适用范围广。

4.本发明的新型多轴刚柔耦合运动平台的各个单轴运动平台组件均采用通用机加工方式进行加工制造，不采用气浮、磁悬浮等特殊部件，成本较低，适用范围广。

附图说明

图1是实施例一的整体示意图。

图2是实施例一的整体结构的前剖视图。

图3是图2中的局部放大图。

图4是本发明的刚柔耦合平台的局部剖切图。

图5是图3中的局部放大图。

图6是本发明的柔性铰链组轴测图。

图7是本发明的柔性铰链组分解图。

图8是本发明的柔性铰链组全剖图。

图9是本发明的刚柔耦合平台的工作原理图(静止状态)。

图10是本发明的刚柔耦合平台的工作原理图(运动状态)。

图11是实施例二的整体示意图。

图12是实施例二的整体分解图。

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1-3所示，一种多轴刚柔耦合运动平台，该多轴刚柔耦合运动平台包括：三个单轴刚柔耦合运动平台，分别是第一单轴刚柔耦合运动平台1、第二单轴刚柔耦合运动平台2和第三单轴刚柔耦合运动平台3，每个单轴刚柔耦合运动平台都包括：直线导轨101、基座102、核心运动平台103、承载刚度增强柔性铰链组104、运动平台刚性框架105、直线导轨滑块106、第一驱动器107(即直线电机动子)、直线电机定子108(磁性块)。其中，核心运动平台103、承载刚度增强柔性铰链组104和运动平台刚性框架105组成刚柔耦合平台；第一驱动器107(即直线电机动子)和直线电机定子108(磁性块)组成直线驱动器。直线导轨101设置在基座102上。直线导轨滑块106固定在运动平台刚性框架105上，并能够在直线导轨101上滑动。直线驱动器中的第一驱动器107与核心运动平台103连接，带动核心运动平台103运动，从而驱动整个刚柔耦合平台在直线导轨101上滑动。第一单轴刚柔耦合运动平台1的基座102的一端与第二刚柔耦合运动平台2的核心运动平台通过螺栓刚性连接，第一单轴刚柔耦合运动平台1的基座102的另一端与第三单轴刚柔耦合运动平台3的核心运动平台通过螺栓刚性连接。第三单轴刚柔耦合运动平台3与所述第二刚柔耦合运动平台2相互平行。第三单轴刚柔耦合运动平台3和所述第二刚柔耦合运动平台2均与第一单轴刚柔耦合运动平台1相互垂直。

在一个实施例中，所述精密运动平台还包括位移传感器，所述位移传感器与所述核心运动平台103连接，用于测量所述核心运动平台103在运动方向上的位移。

如图4、5所示，所述刚柔耦合平台包括：运动平台刚性框架105、核心运动平台103和承载刚度增强柔性铰链组104，运动平台刚性框架105通过所述承载刚度增强柔性铰链组104与心运动平台103连接。如图6-8所示，所述承载刚度增强柔性铰链组104包括：多片弹簧片1和多组垫片组2,相邻两片所述弹簧片之间均有一组所述垫片组分隔。多片弹簧片1和多组垫片组2可以配合螺栓、胶合等连接方式固定连接在一起。承载刚度增强柔性铰链组104与所述核心运动平台103及运动平台刚性框架105进行刚性装配连接。所述承载刚度增强柔性铰链组104在所述运动平台刚性框架105中设置方向与所述核心运动平台103在所述运动平台刚性框架中的运动方向正交，所以承载刚度增强柔性铰链组104组内的多组弹簧片的工作变形方向与所述核心运动平台103的工作方向相同。可以理解的是，方向正交设置只是一种优选的设置，本领域技术人员可以根据实际的弹性形变需求，采取其他的设置方式。如图4、5所示，所述承载刚度增强柔性铰链组104为两组，两组所述承载刚度增强柔性铰链组104对称布置在所述核心运动平台103两端。当然，本领域技术人员也可以根据实际需要，合理设置承载刚度增强柔性铰链组104的组数，并对称布置在所述核心运动平台103两端。另外，本领域技术人员也可以根据实际需要采用不对称的布置。承载刚度增强柔性铰链组104配合螺纹、胶合等连接方式与所述核心运动平台103及所述运动平台刚性框架105进行刚性装配连接。

本发明刚柔耦合运动平台的工作原理如图9、10所示，承载刚度增强柔性铰链组104通过螺纹、胶合等连接方式与所述核心运动平台103及运动平台刚性框架105进行刚性装配连接。图8为当运动平台的启动时，由于所述直线导轨滑块106与所述直线导轨101之间静摩擦力的存在，所述运动平台刚性框架105有摩擦“死区”，所述核心运动平台103在驱动力的作用下，带动承载刚度增强柔性铰链组104发生弹性变形，实现所述核心运动平台103的定向位移。随着驱动力继续增大，直至大于静摩擦力，所述运动平台刚性框架105才能开始运动。

该承载刚度增强柔性铰链组利用柔性铰链工作刚度与弹簧片厚度成三次方关系，承载刚度与弹簧片横截面成正比特性，采用n组长疲劳寿命薄弹簧片的刚度叠加作用，有效地提升高速精密运动平台的承载能力。

实施例二

实施例二如图11-12所示，也是一种多轴刚柔耦合运动平台，包括：两个个单轴刚柔耦合运动平台：第一单轴刚柔耦合运动平台和第二单轴刚柔耦合运动平台。每个单轴刚柔耦合运动平台的结构与实施例一中的单轴刚柔耦合运动平台相同，分别包括：第一核心运动平台b1、第一运动平台刚性框架b2、第一承载刚度增强柔性铰链组b3、第一直线导轨b4、第一直线导轨滑块b5、第一基座b6、第一直线电机定子(磁性块)b13、第二承载刚度增强柔性铰链组b7、第二核心运动平台b8、第二运动平台刚性框架b9、第二基座b10、第二直线导轨滑块b11、第二直线导轨b12、第二直线电机定子(磁性块)b14。

第一单轴刚柔耦合运动平台的第一基座b6的中部与第二单轴刚柔耦合运动平台的第二核心运动平台b8通过螺栓刚性连接。第一单轴刚柔耦合运动平台与第二单轴刚柔耦合运动平台相互垂直，成十字形。

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。