CN109489582A - 一种三自由度精密运动平台 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种三自由度精密运动平台，包括：平台基座、第一运动组件、第二运动组件、第三运动组件和动平台；第一运动组件第一端连接平台基座，第二端连接动平台；第二运动组件第一端连接平台基座，第二端连接动平台；第三运动组件第一端连接平台基座，第二端连接动平台；第一运动组件、第二运动组件、第三运动组件与动平台的连接点不在同一点，解决了现有运动平台因较多的连带环节及运动组件，使得运动误差积累严重，难以同时满足多自由度和高精度的技术问题。

Description

一种三自由度精密运动平台

技术领域

本申请属于运动平台技术领域，尤其涉及一种三自由度精密运动平台。

背景技术

随着科学研究和先进制造技术的发展，产品表面形貌越来越多样化，由传统工程表面，发展到越来越多科学表面，由平滑表面发展到结构性表面。因此对于产品的表面形貌进行检测，变得尤为重要。

现有技术中，通过白光干涉仪对超精密表面形貌进行检测，得到较为精密的结果，白光干涉仪是利用干涉原理，测量光程之差从而测定有关物理量的光学仪器。但现有白光干涉仪的可偏摆平台是数个单轴平台简单叠加，具有较多的连带环节及运动组件，使得运动误差积累严重，难以同时满足多自由度和高精度。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种三自由度精密运动平台，解决了现有运动平台因较多的连带环节及运动组件，使得运动误差积累严重，难以同时满足多自由度和高精度的技术问题。

本申请提供了一种三自由度精密运动平台，包括：平台基座、第一运动组件、第二运动组件、第三运动组件和动平台；

所述第一运动组件第一端连接所述平台基座，第二端连接所述动平台；

所述第二运动组件第一端连接所述平台基座，第二端连接所述动平台；

所述第三运动组件第一端连接所述平台基座，第二端连接所述动平台；

所述第一运动组件、所述第二运动组件、所述第三运动组件与所述动平台的连接点不在同一点。

优选地，所述第一运动组件包括：第一压电陶瓷驱动器、第一柔性铰链组、第一杠杆组和用于支撑所述第一运动组件的第一安装架；

所述第一安装架安装在所述平台基座上；

所述第一压电陶瓷驱动器装配在所述第一安装架上；

所述第一杠杆组包括第一杠杆和第二杠杆，所述第一柔性铰链组包括第一首柔性铰链、第一中柔性铰链和第一尾柔性铰链，且所述第一首柔性铰链、所述第一杠杆、所述第一中柔性铰链、所述第二杠杆、所述第一尾柔性铰链由下至上层叠设置于所述第一压电陶瓷驱动器和所述动平台之间；

所述第一首柔性铰链连接所述第一压电陶瓷驱动器，所述第一尾柔性铰链连接所述动平台。

优选地，所述第一安装架为U型结构，所述第一杠杆和所述第二杠杆分别装配在所述第一安装架的两个凸起端，用于安装所述第一杠杆的凸起端的高度低于用于安装所述第二杠杆凸起端的高度；

所述第一压电陶瓷驱动器安装在所述第一安装架的凹槽内。

优选地，所述第一首柔性铰链设置于所述第一杠杆的长度方向上的正中位置处。

优选地，所述第二运动组件包括：第二压电陶瓷驱动器、第二柔性铰链组、第二杠杆组和用于支撑所述第二运动组件的第二安装架；

所述第二安装架安装在所述平台基座上；

所述第二压电陶瓷驱动器装配在所述第二安装架上；

所述第二杠杆组包括第三杠杆和第四杠杆，所述第二柔性铰链组包括第二首柔性铰链、第二中柔性铰链和第二尾柔性铰链，且所述第二首柔性铰链、所述第三杠杆、所述第二中柔性铰链、所述第四杠杆、所述第二尾柔性铰链由下至上层叠设置于所述第二压电陶瓷驱动器和所述动平台之间；

所述第二首柔性铰链连接所述第二压电陶瓷驱动器，所述第二尾柔性铰链连接所述动平台。

优选地，所述第二安装架为U型结构，所述第三杠杆和所述第四杠杆分别装配在所述第二安装架的两个凸起端，用于安装所述第三杠杆的凸起端的高度低于用于安装所述第四杠杆凸起端的高度；

所述第二压电陶瓷驱动器安装在所述第二安装架的凹槽内。

优选地，所述第三运动组件包括：第三压电陶瓷驱动器、第三柔性铰链组、第三杠杆组和用于支撑所述第三运动组件的第三安装架；

所述第三安装架安装在所述平台基座上；

所述第三压电陶瓷驱动器装配在所述第三安装架上；

所述第三杠杆组包括第五杠杆和第六杠杆，所述第三柔性铰链组包括第三首柔性铰链、第三中柔性铰链和第三尾柔性铰链，且所述第三首柔性铰链、所述第五杠杆、所述第三中柔性铰链、所述第六杠杆、所述第三尾柔性铰链由下至上层叠设置于所述第三压电陶瓷驱动器和所述动平台之间；

所述第三首柔性铰链连接第三所述压电陶瓷驱动器，所述第三尾柔性铰链连接所述动平台。

优选地，所述第三安装架为U型结构，所述第五杠杆和所述第六杠杆分别装配在所述第三安装架的两个凸起端，用于安装所述第五杠杆的凸起端的高度低于用于安装所述第六杠杆凸起端的高度；

所述第三压电陶瓷驱动器安装在所述第三安装架的凹槽内。

优选地，所述第一运动组件、所述第二运动组件、所述第三运动组件在所述动平台的连接点呈三角形分布。

优选地，所述第一运动组件、所述第二运动组件、所述第三运动组件在所述动平台的连接点呈正三角形分布。

从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：

本申请提提供了一种三自由度精密运动平台，包括：平台基座、第一运动组件、第二运动组件、第三运动组件和动平台；第一运动组件第一端连接平台基座，第二端连接动平台；第二运动组件第一端连接平台基座，第二端连接动平台；第三运动组件第一端连接平台基座，第二端连接动平台；第一运动组件、第二运动组件、第三运动组件与动平台的连接点不在同一点。本申请，在不同位置设置第一运动组件、第二运动组件和第三运动组件，第一运动组件、第二运动组件、第三运动组件互相分离且独立控制，使得动平台的各运动组件之间独立操作互不影响，在满足多自由度的同时达到了高精度的要求，解决了现有运动平台因较多的连带环节及运动组件，使得运动误差积累严重，难以同时满足多自由度和高精度的技术问题。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种三自由度精密运动平台的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的第一运动组件的示意图；

图3为本申请实施例提供的第一运动组件的运动过程示意图；

图4为本申请实施例提供的一种三自由度精密运动平台的俯视图；

图5为本申请实施例提供动平台的运动示意图；

其中，附图标记如下：

1、平台基座；2、第一运动组件；3、第二运动组件；4、第三运动组件；5、动平台；21、第一压电陶瓷驱动器；23、第一安装架；221、第一首柔性铰链；222、第一中柔性铰链；223、第一尾柔性铰链；241、第一杠杆；242、第二杠杆。

具体实施方式

本申请实施例提供了一种三自由度精密运动平台，解决了现有运动平台因较多的连带环节及运动组件，使得运动误差积累严重，难以同时满足多自由度和高精度的技术问题。

下面将结合附图对本申请实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请实施例保护的范围。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

本申请实施例提供了一种三自由度精密运动平台的实施例一，具体请参阅图1，包括：平台基座1、第一运动组件2、第二运动组件3、第三运动组件4和动平台5，第一运动组件2第一端连接平台基座1，第二端连接动平台5，第二运动组件3第一端连接平台基座1，第二端连接动平台5，第三运动组件4第一端连接平台基座1，第二端连接动平台5，第一运动组件2、第二运动组件3、第三运动组件4与动平台5的连接点不在同一点。

本实施例中，在不同位置设置第一运动组件2、第二运动组件3和第三运动组件4，第一运动组件2、第二运动组件3、第三运动组件4互相分离且独立控制，使得动平台5的各运动组件之间独立操作互不影响，在满足多自由度的同时达到了高精度的要求，解决了现有运动平台因较多的连带环节及运动组件，使得运动误差积累严重，难以同时满足多自由度和高精度的技术问题。

以上是本申请提供的一种三自由度精密运动平台的一个实施例，以下是本申请提供的一种三自由度精密运动平台的另一个实施例，具体请参阅图1和图2。

本实施例中，一种三自由度精密运动平台包括：平台基座1、第一运动组件2、第二运动组件3、第三运动组件4和动平台5，第一运动组件2第一端连接平台基座1，第二端连接动平台5，第二运动组件3第一端连接平台基座1，第二端连接动平台5，第三运动组件4第一端连接平台基座1，第二端连接动平台5，第一运动组件2、第二运动组件3、第三运动组件4与动平台5的连接点不在同一点。

需要说明的是，通过设置3个并联的运动组件，使得动平台5无误差累积、多自由度和高精度的同时，兼顾高刚度，高承载能力的特点。

同时需要说明的是，本实施例中的动平台5具有三个并联的运动组件，相较通过单个运动组件驱动的动平台5，运动组件在长度上更短，进一步减少平台基座1的占地面积。

本实施例中描述第一运动组件2的具体结构，第二运动组件3和第三运动组件4与第一运动组件2相似，可以参见第一运动组件2的描述，在此不再赘述。

本实施例中，如图2和图3所示，第一运动组件2包括：第一压电陶瓷驱动器21、第一柔性铰链组、第一杠杆组和用于支撑第一运动组件的第一安装架23，第一安装架23安装在平台基座1上，且第一压电陶瓷驱动器21装配在第一安装架21上，第一杠杆组包括第一杠杆241和第二杠杆242，第一柔性铰链组包括第一首柔性铰链221、第一中柔性铰链222和第一尾柔性铰链223，且第一首柔性铰链221、第一杠杆241、第一中柔性铰链222、第二杠杆242、第一尾柔性铰链223由下至上层叠设置于第一压电陶瓷驱动器21和动平台5之间，第一首柔性铰链221连接第一压电陶瓷驱动器21，第一尾柔性铰链223连接动平台5。

需要说明的是，设置第一柔性铰链组和第一杠杆组，使得当第一压电陶瓷驱动器21运动后，通过第一柔性铰链组和第一杠杆组将第一压电陶瓷驱动器21的运动传动至动平台5，同时传动过程中无传动摩擦。

进一步地，第一安装架23为U型结构，第一杠杆241和第二杠杆242分别装配在第一安装架23的两个凸起端，用于安装第一杠杆241的凸起端的高度低于用于安装第二杠杆242凸起端的高度，第一压电陶瓷驱动器21安装在第一安装架23的凹槽内。

需要说明的是，第一杠杆241和第二杠杆在第一安装架上23的安装方式可以采用多种连接方式，较佳地，为了第一柔性铰链组的传动无影响，同样使用柔性铰链进行安装。

同时，需要说明的是，设置U型结构的第一安装架23，使得第一运动组件2安装简单。可以理解是，为了使得安装简单化，可以设计第一安装架23、第一杠杆组、第一柔性铰链组为一体成型的结构。

进一步地，第一首柔性铰链221设置于第一杠杆241的长度方向上的正中位置处。

同时，需要说明的是，如图3所示，在第一压电陶瓷驱动器21通上电后，第一压电陶瓷驱动器21发生形变，使得第一首柔性铰链221发生位移，进一步地传动至第一尾柔性铰链222，从而使得动平台5运动。整个过程将第一压电陶瓷驱动器21的位移按一定的比例放大，本实施例中，位移放大比例为4.5:1，即第一压电陶瓷驱动器21形变为U1＝10μm，动平台5对应运动U2＝45μm。

本实施例中，第二运动组件3包括：第二压电陶瓷驱动器、第二柔性铰链组、第二杠杆组和用于支撑第二运动组件的第二安装架，第二安装架安装在平台基座1上，且第二压电陶瓷驱动器装配在第二安装架上，第二杠杆组包括第三杠杆和第四杠杆，第二柔性铰链组包括第二首柔性铰链、第二中柔性铰链和第二尾柔性铰链，且第二首柔性铰链、第三杠杆、第二中柔性铰链、第四杠杆、第二尾柔性铰链由下至上层叠设置于第二压电陶瓷驱动器和动平台5之间，第二首柔性铰链连接压电陶瓷驱动器，第二尾柔性铰链连接动平台5。

进一步地，第二安装架为U型结构，第三杠杆和第四杠杆分别装配在第二安装架的两个凸起端，用于安装第三杠杆的凸起端的高度低于用于安装第四杠杆凸起端的高度，第二压电陶瓷驱动器安装在第二安装架的凹槽内。

进一步地，第二首柔性铰链设置于第三杠杆的长度方向上的正中位置处。

本实施例中，第三运动组件4包括：第三压电陶瓷驱动器、第三柔性铰链组、第三杠杆组和用于支撑第三运动组件的第三安装架，第三安装架安装在平台基座1上，且第三压电陶瓷驱动器装配在第三安装架上，第三杠杆组包括第五杠杆和第六杠杆，第三柔性铰链组包括第三首柔性铰链、第三中柔性铰链和第三尾柔性铰链，且第三首柔性铰链、第五杠杆、第三中柔性铰链、第六杠杆、第三尾柔性铰链由下至上层叠设置于第三压电陶瓷驱动器和动平台5之间，第三首柔性铰链连接压电陶瓷驱动器，第三尾柔性铰链连接动平台5。

进一步地，第三安装架为U型结构，第五杠杆和第六杠杆分别装配在第三安装架的两个凸起端，用于安装第五杠杆的凸起端的高度低于用于安装第六杠杆凸起端的高度，第三压电陶瓷驱动器安装在第三安装架的凹槽内。

进一步地，为了传动更快且节省传导效率，第三首柔性铰链设置于第五杠杆的长度方向上的正中位置处。

本实施例中，如图1和图4所示，第一运动组件2、第二运动组件3、第三运动组件4在动平台5的连接点呈三角形分布。

进一步地，第一运动组件2、第二运动组件3、第三运动组件4在动平台5的连接点呈正三角形分布。

本申请实施例提供的三自由度精密运动平台的运动过程为：通过对三个压电陶瓷驱动器施加电压，若三个电压数值相等，由压电陶瓷驱动器的逆电压效应可知，三个压电陶瓷驱动器的伸缩量相等，导致动平台5的三支点升降高度相同，进而实现一维垂直升降高精度运行，若三个电压数值不相等，由压电陶瓷驱动器的逆电压效应可知，三个压电陶瓷驱动器的伸缩量不等，平台的三支点升降高度不同，各支点间会有相对高度差，由运动学可求出相应的三维角度，如图5所示，在笛卡尔坐标系中平台平面与水平面之间的夹角α、β，平台平面与竖直面之间夹角γ，最终可实现精密的二位角度调平和Z轴方向上的精密定位。

本实施例中，在不同位置设置第一运动组件2、第二运动组件3和第三运动组件4，第一运动组件2、第二运动组件3、第三运动组件4互相分离且独立控制，使得动平台5的各运动组件之间独立操作互不影响，在满足多自由度的同时达到了高精度的要求，解决了现有运动平台因较多的连带环节及运动组件，使得运动误差积累严重，难以同时满足多自由度和高精度的技术问题。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种三自由度精密运动平台，其特征在于，包括：平台基座、第一运动组件、第二运动组件、第三运动组件和动平台；

所述第一运动组件第一端连接所述平台基座，第二端连接所述动平台；

所述第二运动组件第一端连接所述平台基座，第二端连接所述动平台；

所述第三运动组件第一端连接所述平台基座，第二端连接所述动平台；

所述第一运动组件、所述第二运动组件、所述第三运动组件与所述动平台的连接点不在同一点。

2.根据权利要求1所述的三自由度精密运动平台，其特征在于，所述第一运动组件包括：第一压电陶瓷驱动器、第一柔性铰链组、第一杠杆组和用于支撑所述第一运动组件的第一安装架；

所述第一安装架安装在所述平台基座上；

所述第一压电陶瓷驱动器装配在所述第一安装架上；

所述第一杠杆组包括第一杠杆和第二杠杆，所述第一柔性铰链组包括第一首柔性铰链、第一中柔性铰链和第一尾柔性铰链，且所述第一首柔性铰链、所述第一杠杆、所述第一中柔性铰链、所述第二杠杆、所述第一尾柔性铰链由下至上层叠设置于所述第一压电陶瓷驱动器和所述动平台之间；

所述第一首柔性铰链连接所述第一压电陶瓷驱动器，所述第一尾柔性铰链连接所述动平台。

3.根据权利要求2所述的三自由度精密运动平台，其特征在于，所述第一安装架为U型结构，所述第一杠杆和所述第二杠杆分别装配在所述第一安装架的两个凸起端，用于安装所述第一杠杆的凸起端的高度低于用于安装所述第二杠杆凸起端的高度；

所述第一压电陶瓷驱动器安装在所述第一安装架的凹槽内。

4.根据权利要求2所述的三自由度精密运动平台，其特征在于，所述第一首柔性铰链设置于所述第一杠杆的长度方向上的正中位置处。

5.根据权利要求1所述的三自由度精密运动平台，其特征在于，所述第二运动组件包括：第二压电陶瓷驱动器、第二柔性铰链组、第二杠杆组和用于支撑所述第二运动组件的第二安装架；

所述第二安装架安装在所述平台基座上；

所述第二压电陶瓷驱动器装配在所述第二安装架上；

所述第二杠杆组包括第三杠杆和第四杠杆，所述第二柔性铰链组包括第二首柔性铰链、第二中柔性铰链和第二尾柔性铰链，且所述第二首柔性铰链、所述第三杠杆、所述第二中柔性铰链、所述第四杠杆、所述第二尾柔性铰链由下至上层叠设置于所述第二压电陶瓷驱动器和所述动平台之间；

所述第二首柔性铰链连接所述第二压电陶瓷驱动器，所述第二尾柔性铰链连接所述动平台。

6.根据权利要求5所述的三自由度精密运动平台，其特征在于，所述第二安装架为U型结构，所述第三杠杆和所述第四杠杆分别装配在所述第二安装架的两个凸起端，用于安装所述第三杠杆的凸起端的高度低于用于安装所述第四杠杆凸起端的高度；

所述第二压电陶瓷驱动器安装在所述第二安装架的凹槽内。

7.根据权利要求1所述的三自由度精密运动平台，其特征在于，所述第三运动组件包括：第三压电陶瓷驱动器、第三柔性铰链组、第三杠杆组和用于支撑所述第三运动组件的第三安装架；

所述第三安装架安装在所述平台基座上；

所述第三压电陶瓷驱动器装配在所述第三安装架上；

所述第三杠杆组包括第五杠杆和第六杠杆，所述第三柔性铰链组包括第三首柔性铰链、第三中柔性铰链和第三尾柔性铰链，且所述第三首柔性铰链、所述第五杠杆、所述第三中柔性铰链、所述第六杠杆、所述第三尾柔性铰链由下至上层叠设置于所述第三压电陶瓷驱动器和所述动平台之间；

所述第三首柔性铰链连接所述第三压电陶瓷驱动器，所述第三尾柔性铰链连接所述动平台。

8.根据权利要求7所述的三自由度精密运动平台，其特征在于，所述第三安装架为U型结构，所述第五杠杆和所述第六杠杆分别装配在所述第三安装架的两个凸起端，用于安装所述第五杠杆的凸起端的高度低于用于安装所述第六杠杆凸起端的高度；

所述第三压电陶瓷驱动器安装在所述第三安装架的凹槽内。

9.根据权利要求1所述的三自由度精密运动平台，其特征在于，所述第一运动组件、所述第二运动组件、所述第三运动组件在所述动平台的连接点呈三角形分布。

10.根据权利要求9所述的三自由度精密运动平台，其特征在于，所述第一运动组件、所述第二运动组件、所述第三运动组件在所述动平台的连接点呈正三角形分布。