CN107855791B - 一种多并联柔索式光学镜面加工装置 - Google Patents

一种多并联柔索式光学镜面加工装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多并联柔索式光学镜面加工装置，包括固定工作平台、移动平台、转动平台、三组运动支链机构、三组柔性机构、滚珠丝杠机构、刀具驱动机构和镜面夹持机构；移动平台通过三组周向均匀布置的运动支链机构支撑在固定工作平台上方形成三平动机构，转动平台通过三组周向均匀布置的柔性机构安装在移动平台下方，转动平台和移动平台之间同时通过滚珠丝杠机构连接，通过滚珠丝杠机构实现三组柔性机构的预紧，转动平台通过三组柔性机构实现位姿调整、通过滚珠丝杠机构实现一个自由度上的微调，刀具驱动机构安装在转动平台上，镜面支撑机构安装在固定工作平台的几何中心。本发明可实现刀具六自由度运动，可用于加工曲率半径大的光学镜面。

Description

一种多并联柔索式光学镜面加工装置
技术领域
本发明涉及一种机器人机构学、光学镜面加工等技术，尤其涉及一种通过柔性驱动实现多方向大角度镜面加工的装置。
背景技术
传统串联加工机床结构简单，但存在刚度低负载能力差，结构不紧凑对工作空间要求高、能源消耗大，误差累加导致精度较低等问题。而采用空间三自由度并联机构，整体结构精密、紧凑，驱动部分均布于固定平台，使整个装置刚度大承载能力强、动态性能好，且采用并行三自由度机械臂结构，重复定位精度高。
并联机构在广泛应用于大型模拟设备、数控机床、微操作器、机器人等各个领域的过程中，刚性驱动会因存在构件过长导致受力有限，响应时间长等问题。因此，利用绳索柔性驱动目标构件不仅可以有效减小冲击、实现精准的力控制，也有着易拆装模块化程度高且价格低廉等优点。
传统镜面加工采用刚性并联机构，其旋转角度较小导致镜面加工范围受限。对于大角度的光学镜面采用柔索式驱动扩大了加工范围提高了工作效率。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种多并联柔索式光学镜面加工装置，通过绳索驱动并联机构，使得加工平台具有传动效率高、响应速度快、可加工角度大等优点。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种多并联柔索式光学镜面加工装置，包括固定工作平台、移动平台、转动平台、三组运动支链机构、三组柔性机构、滚珠丝杠机构、刀具驱动机构和镜面夹持机构；移动平台通过三组周向均匀布置的运动支链机构支撑在固定工作平台上方形成三平动机构，转动平台通过三组周向均匀布置的柔性机构安装在移动平台下方，转动平台和移动平台之间同时通过滚珠丝杠机构连接，通过滚珠丝杠机构实现三组柔性机构的预紧，转动平台通过三组柔性机构实现位姿调整、通过滚珠丝杠机构实现一个自由度上的微调，刀具驱动机构安装在转动平台上，镜面支撑机构安装在固定工作平台的几何中心；
所述运动支链机构包括主动支链杆和被动支链杆，通过B驱动电机驱动主动支链杆转动，主动支链杆下方安装有电位式传感器；
所述柔性机构包括绳索、绳轮和A驱动电机，绳索一端与转动平台连接，另一端与绳轮连接，通过A驱动电机驱动绳轮转动，A驱动电机的电机座安装在移动平台上；
所述滚珠丝杠机构包括固定螺母和丝杠，固定螺母固定在移动平台的几何中心，丝杠垂直移动平台向下伸出，通过C驱动电机驱动丝杠转动，C驱动电机的电机座安装在移动平台上，丝杠的下端固定有连接杆；
所述刀具驱动机构包括刀具和D驱动电机，通过D驱动电机驱动刀具转动，D驱动电机的电机座安装在转动平台上，D驱动电机的电机座同时通过球铰与丝杠下端的连接杆连接，刀具位于转动平台的几何中心并垂直转动平台向下伸出；
所述转动平台上安装有单轴陀螺稳定器，单轴陀螺稳定器用于检测转动平台的位姿，电位式传感器用于反馈B驱动电机、C驱动电机和A驱动电机的转子位置信息并形成具有负反馈调节机制的修正回路，单轴陀螺稳定器协同修正回路和柔性机构共同调节转动平台的位姿。
本发明中有两组并联机构，一组是由三组运动支链机构构成，其实现了移动平台的平动；另一组是由三组柔性机构构成，其实现了对转动平台的调整(粗调)。移动平台和转动平台之间利用绳索和丝杠连接，实现转动平台上刀具两个自由度的转动，同时刀具自身一个自由度的转动可共同对待加工镜面进行加工；刀具的六自由度运动可用于加工曲率半径大的光学镜面；绳索灵活度大、可操控性强、易拆装模块化程度高、加工精度高，可对镜面进行高效率大角度的加工。
优选的，所述移动平台下方周向均匀布置有三组A转动副，A转动副包括A轴承座、推力球轴承和虎克铰链，A轴承座固定在移动平台下方，推力球轴承安装在A轴承座上，虎克铰链的一端与推力球轴承连接，另一端与A驱动电机的电机座固定。
优选的，所述移动平台下方周向均匀布置有三组B转动副，B转动副包括B轴承座、深沟球轴承和连接支链杆，B轴承座固定在移动平台上，深沟球轴承安装在B轴承座上，连接支链杆与深沟球轴承连接，被动支链杆与连接支链杆连接。
优选的，所述转动平台上方均匀布置有三个U型卡，绳索一端与U型卡连接。
优选的，所述镜面夹持机构包括镜面座、镜面底板和环形镜面压板，镜面底板固定在镜面座上，待加工镜面压紧在镜面底板和环形镜面压板之间。
有益效果：本发明提供的多并联柔索式光学镜面加工装置，相对于现有技术，具有如下优势：1、采用三支链并联机构可实现六自由度运动输出，克服了传统串联机构的运动方向少、机构刚度不足、加工精度不高以及占据较大布局空间等问题；2、采用柔性驱动方式，与传统刚性结构相比刀具转动角度更大，更能满足对大角度镜面的加工；3、采用绳驱动的方式，可操控性强、响应速度快、设备成本低且实现了机构模块化；4、采用镜面夹持机构将待加工镜面固连在固定工作台上，由刀具所在的并联机构完成加工位置的调节，减少了镜面移动震颤所导致光学镜面的变形及位置偏移，避免了不必要的损坏。
附图说明
图1为本发明整体的结构示意图；
图2为移动平台和转动平台工装的结构示意图；
图3为运动支链机构的结构示意图；
图4为镜面夹持机构的局部示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
图1所示为一种多并联柔索式光学镜面加工装置，包括固定工作平台1、移动平台11、转动平台23、三组运动支链机构、三组柔性机构、滚珠丝杠机构、刀具驱动机构和镜面夹持机构；移动平台11通过三组周向均匀布置的运动支链机构支撑在固定工作平台1上方形成三平动机构(与现有的结构相同)，转动平台23通过三组周向均匀布置的柔性机构安装在移动平台11下方，转动平台23和移动平台11之间同时通过滚珠丝杠机构连接，通过滚珠丝杠机构实现三组柔性机构的预紧，转动平台23通过三组柔性机构实现位姿调整、通过滚珠丝杠机构实现一个自由度上的微调，刀具驱动机构安装在转动平台23上，镜面支撑机构安装在固定工作平台1的几何中心。
如图3所示，所述运动支链机构包括主动支链杆7和一对位置平行的被动支链杆9，通过B驱动电机2驱动主动支链杆7转动，主动支链杆7下方安装有电位式传感器3；被动支链杆9与主动支链杆7之间通过A深沟球轴承28连接，在能够实现被动支链杆9相对主动支链杆7的转动同时，还能够实现被动支链杆9相对主动支链杆7的摆动；三组运动支链机构共同作用，实现移动平台11相对于固定工作平台1的平动。所述移动平台11下方周向均匀布置有三组B转动副，B转动副包括B轴承座10、深沟球轴承26和连接支链杆8，B轴承座10固定在移动平台11上，深沟球轴承26安装在B轴承座10上，连接支链杆8与深沟球轴承26连接，被动支链杆9与连接支链杆8连接。
所述柔性机构包括绳索19、绳轮16和A驱动电机15，所述转动平台23上方均匀布置有三个U型卡20，绳索19一端与U型卡20连接，另一端与绳轮16连接，通过A驱动电机15驱动绳轮16转动。所述移动平台11下方周向均匀布置有三组A转动副，A转动副包括A轴承座13、推力球轴承27和虎克铰链14，A轴承座13固定在移动平台11下方，推力球轴承27安装在A轴承座13上，虎克铰链14的一端与推力球轴承27连接，另一端与A驱动电机15的电机座固定。
所述滚珠丝杠机构包括固定螺母和丝杠17，固定螺母固定在移动平台11的几何中心，丝杠17垂直移动平台11向下伸出，通过C驱动电机12驱动丝杠17转动，C驱动电机12的电机座安装在移动平台11上，丝杠17的下端固定有连接杆。
所述刀具驱动机构包括刀具24和D驱动电机21，通过D驱动电机21驱动刀具24转动，D驱动电机21的电机座25安装在转动平台23上，D驱动电机21的电机座25同时通过球铰18与丝杠17下端的连接杆连接，刀具24位于转动平台23的几何中心并垂直转动平台23向下伸出。
所述镜面夹持机构包括镜面座4、镜面底板5和环形镜面压板6，镜面底板5固定在镜面座4上，待加工镜面压紧在镜面底板5和环形镜面压板6之间
所述转动平台23上安装有单轴陀螺稳定器22，单轴陀螺稳定器22用于检测转动平台23的位姿，电位式传感器3用于反馈B驱动电机2、C驱动电机12和A驱动电机15的转子位置信息并形成具有负反馈调节机制的修正回路，单轴陀螺稳定器22协同修正回路和柔性机构共同调节转动平台23的位姿。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种多并联柔索式光学镜面加工装置，其特征在于：包括固定工作平台(1)、移动平台(11)、转动平台(23)、三组运动支链机构、三组柔性机构、滚珠丝杠机构、刀具驱动机构和镜面夹持机构；移动平台(11)通过三组周向均匀布置的运动支链机构支撑在固定工作平台(1)上方形成三平动机构，转动平台(23)通过三组周向均匀布置的柔性机构安装在移动平台(11)下方，转动平台(23)和移动平台(11)之间同时通过滚珠丝杠机构连接，通过滚珠丝杠机构实现三组柔性机构的预紧，转动平台(23)通过三组柔性机构实现位姿调整、通过滚珠丝杠机构实现微调，刀具驱动机构安装在转动平台(23)上，镜面支撑机构安装在固定工作平台(1)的几何中心；
所述运动支链机构包括主动支链杆(7)和被动支链杆(9)，通过B驱动电机(2)驱动主动支链杆(7)转动，主动支链杆(7)下方安装有电位式传感器(3)；
所述柔性机构包括绳索(19)、绳轮(16)和A驱动电机(15)，绳索(19)一端与转动平台(23)连接，另一端与绳轮(16)连接，通过A驱动电机(15)驱动绳轮(16)转动，A驱动电机(15)的电机座安装在移动平台(11)上；
所述滚珠丝杠机构包括固定螺母和丝杠(17)，固定螺母固定在移动平台(11)的几何中心，丝杠(17)垂直移动平台(11)向下伸出，通过C驱动电机(12)驱动丝杠(17)转动，C驱动电机(12)的电机座安装在移动平台(11)上，丝杠(17)的下端固定有连接杆；
所述刀具驱动机构包括刀具(24)和D驱动电机(21)，通过D驱动电机(21)驱动刀具(24)转动，D驱动电机(21)的电机座(25)安装在转动平台(23)上，D驱动电机(21)的电机座(25)同时通过球铰(18)与丝杠(17)下端的连接杆连接，刀具(24)位于转动平台(23)的几何中心并垂直转动平台(23)向下伸出；
所述转动平台(23)上安装有单轴陀螺稳定器(22)，单轴陀螺稳定器(22)用于检测转动平台(23)的位姿，电位式传感器(3)用于反馈B驱动电机(2)、C驱动电机(12)和A驱动电机(15)的转子位置信息并形成具有负反馈调节机制的修正回路，单轴陀螺稳定器(22)协同修正回路和柔性机构共同调节转动平台(23)的位姿。
2.根据权利要求1所述的多并联柔索式光学镜面加工装置，其特征在于：所述移动平台(11)下方周向均匀布置有三组A转动副，A转动副包括A轴承座(13)、推力球轴承(27)和虎克铰链(14)，A轴承座(13)固定在移动平台(11)下方，推力球轴承(27)安装在A轴承座(13)上，虎克铰链(14)的一端与推力球轴承(27)连接，另一端与A驱动电机(15)的电机座固定。
3.根据权利要求1所述的多并联柔索式光学镜面加工装置，其特征在于：所述移动平台(11)下方周向均匀布置有三组B转动副，B转动副包括B轴承座(10)、深沟球轴承(26)和连接支链杆(8)，B轴承座(10)固定在移动平台(11)上，深沟球轴承(26)安装在B轴承座(10)上，连接支链杆(8)与深沟球轴承(26)连接，被动支链杆(9)与连接支链杆(8)连接。
4.根据权利要求1所述的多并联柔索式光学镜面加工装置，其特征在于：所述转动平台(23)上方均匀布置有三个U型卡(20)，绳索(19)一端与U型卡(20)连接。
5.根据权利要求1所述的多并联柔索式光学镜面加工装置，其特征在于：所述镜面夹持机构包括镜面座(4)、镜面底板(5)和环形镜面压板(6)，镜面底板(5)固定在镜面座(4)上，待加工镜面压紧在镜面底板(5)和环形镜面压板(6)之间。
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