一种带增强柔性铰链组的刚柔耦合平台及运动平台的制作方法

本发明涉及高精密运动技术领域，更具体的涉及一种带增强柔性铰链组的刚柔耦合平台及运动平台。

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。

为解决上述问题，目前常用的解决方案有：

1.采用气浮、磁悬浮等方式来增强基于柔性铰链的导向机构的承载刚度。上述方法可以有效的提高精密运动平台的承载刚度，其存在的主要问题为制造与使用成本较高。

2.根据具体使用要求，利用拓扑优化结构设计等方式制造特定专用的柔性铰链。上述方式在一定程度上可以提高导向机构的承载刚度，但设计的柔性铰链往往结构复杂、通用性较差、加工制造成本较高。

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，提出一种新型大承载柔性铰链导向机构，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，本发明采用的技术方案是如下。

一种带增强柔性铰链组的刚柔耦合平台，所述刚柔耦合平台包括：运动平台刚性框架、核心运动平台和柔性铰链组；所述柔性铰链组包括：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；所述运动平台刚性框架通过所述柔性铰链组与所述核心运动平台连接。

进一步，所述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。

进一步，所述柔性铰链组的多片弹簧片与多组垫片组通过螺栓连接的方式连接。

进一步，所述柔性铰链组的多片弹簧片与多组垫片组通过胶合连接的方式连接。

一种精密运动平台，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、前述所述的刚柔耦合平台、直线驱动器；所述刚柔耦合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。

进一步，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.由n组长疲劳寿命弹簧片组成，极大地增加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，且该刚度增强柔性铰链组，单独加工，为可拆卸式。

2.该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。

3.所提出的大承载柔性铰链机构工作面积大，承载能力强。

附图说明

图1是本发明的精密运动平台的整体结构的前剖视图。

图2是图1中的局部放大图。

图3是本发明的刚柔耦合平台的局部剖切图。

图4是图3中的局部放大图。

图5是本发明的柔性铰链组轴测图。

图6是本发明的柔性铰链组分解图。

图7是本发明的柔性铰链组全剖图。

图8是本发明的刚柔耦合平台的工作原理图(静止状态)。

图9是本发明的刚柔耦合平台的工作原理图(运动状态)。

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。

如图1、2所示，一种精密运动平台，所述精密运动平台包括机座a1、固定在所述机座上的直线导轨a6、导轨滑块a2、刚柔耦合平台、直线驱动器；刚柔耦合运动平台由运动平台刚性框架a5、核心运动平台a3和柔性铰链组a4组成，直线驱动器由直线电机动子a7和直线电机定子a8组成。刚柔耦合运动平台中的核心运动平台a3与直线驱动器连接，运动平台刚性框架a5通过导轨滑块a6与所述直线导轨a2连接。

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a3连接，用于测量所述核心运动平台a3在运动方向上的位移。

如图3、4所示，所述刚柔耦合平台包括：运动平台刚性框架a5、核心运动平台a3和柔性铰链组a4，运动平台刚性框架a5通过所述柔性铰链组a4与所述核心运动平台a3连接。如图5-7所示，所述柔性铰链组a4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。柔性铰链组a4与所述核心运动平台a3及运动平台刚性框a5进行刚性装配连接。所述柔性铰链组a4在所述运动平台刚性框架a5中设置方向与所述核心运动平台a3在所述运动平台刚性框架中的运动方向正交，所以柔性铰链组a4组内的多组弹簧片的工作变形方向与所述核心运动平台a3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3、4所示，所述柔性铰链组a4为两组，两组所述柔性铰链组a4对称布置在所述核心运动平台a3两端。当然，本领域技术人员也可以根据实际需要，合理设置柔性铰链组a4的组数，并对称布置在所述核心运动平台a3两端。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。柔性铰链组a4配合螺纹、胶合等连接方式与所述核心运动平台a3及所述运动平台刚性框架a5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8、9所示，柔性铰链组a4通过螺纹、胶合等连接方式与所述核心运动平台a3及运动平台刚性框架a5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a2与所述直线导轨a6之间静摩擦力的存在，所述运动平台刚性框架a5有摩擦“死区”，所述核心运动平台a3在驱动力的作用下，带动承载柔性铰链组a4发生弹性变形，实现所述核心运动平台a3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a5才能开始运动。

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。