專利名稱：3-dof可快速定位的串并混聯(lián)鏡架機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種串并混聯(lián)鏡架機構(gòu)，具體涉及一種3-D0F可快速定位的串并混聯(lián)鏡架機構(gòu)。
背景技術(shù)：
光學物理實驗要求光學元件在豎直平面內(nèi)或者與豎直平面成一定角度的平面內(nèi)工作，并具有在高負載能力的前提下具有一定的穩(wěn)定性能。長期以來相關(guān)的科研人員采用串聯(lián)機構(gòu)制造這種鏡架，這種機構(gòu)方案存在以下不足(I)串聯(lián)機構(gòu)各桿件依次相互聯(lián)接，導致誤差的累積和放大，無法達到高精度、高穩(wěn)定性任務的要求。(2)機構(gòu)體積龐大，影響了光學元件的尺寸。(3)機構(gòu)的剛度低，從而降低了機構(gòu)的負載能力。因此串聯(lián)機構(gòu)無法完成大行程、高精度的任務。目前并聯(lián)機構(gòu)廣泛應用于機床、雷達、運動模擬器、機器人等領(lǐng)域，代表性的機構(gòu)有Stewart機構(gòu)、3RPS、Tricept等,這些機構(gòu)都具有由上下兩個平臺和若干個并聯(lián)、可伸縮的桿件組成的特點，通過控制桿件的長度實現(xiàn)動平臺位置控制的目的。鏡架機構(gòu)中安裝的光學元件要求在豎直平面或者與豎直平面成一定角度的平面內(nèi)運動，現(xiàn)有并聯(lián)機構(gòu)的上下平臺、多桿支撐的布局形式無法滿足這種運動方式的要求。綜上所述，現(xiàn)有的鏡架機構(gòu)串聯(lián)機構(gòu)無法完成大行程、高精度的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的鏡架機構(gòu)串聯(lián)機構(gòu)無法完成大行程、高精度的問題，進而提供一種3-D0F可快速定位的串并混聯(lián)鏡架機構(gòu)。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是一種3-D0F可快速定位的串并混聯(lián)鏡架機構(gòu)，串并混聯(lián)鏡架機構(gòu)具有的自由度為RxyTz，其中R為轉(zhuǎn)動自由度，T為移動自由度，R的下標字母X、y、z表示運動副的轉(zhuǎn)動軸線方向，T的下標字母X、y、z表示運動副的移動軸線方向，所述串并混聯(lián)鏡架機構(gòu)包括三條PSSP運動鏈、兩條PSS運動鏈、一條PPS運動鏈、一個動平臺和一個靜平臺，三條PSSP運動鏈包括第一 PSSP運動鏈、第二 PSSP運動鏈、第三PSSP運動鏈，兩條PSS運動鏈分別為第一 PSS運動鏈和第二 PSS運動鏈，以動平臺的幾何中心為坐標系的原點，建立笛卡爾坐標系，所述三條PSSP運動鏈、兩條PSS運動鏈和一條PPS運動鏈相對于動平臺以多桿正交支撐、單點承重的形式連接，三條PSSP運動鏈、兩條PSS運動鏈完成動平臺的多自由度運動，PPS運動鏈完全支撐動平臺的重量，每條PSSP運動鏈均包括第一 P移動副、第一 S球面副、第二 S球面副和第二 P移動副，所述第一 P移動副與靜平臺連接，第二 P移動副與動平臺連接，第二 P移動副、第二 S球面副和第一 S球面副由左至右依次設(shè)置在動平臺與靜平臺之間的連桿上，每條PSS運動鏈均包括第一 P移動副、第一 S球面副和第二 S球面副，第一 P移動副與靜平臺連接，第二 S球面副和第一 S球面副由左至右依次設(shè)置在動平臺與靜平臺之間的連桿上，一條PPS運動鏈為被動鏈，所述PPS運動鏈包括P移動副、P移動副和S球面副，S球面副與動平臺連接，P移動副與靜平臺連接，P移動副與S球面副之間通過P移動副連接，其中S為球面副，P為移動副。本發(fā)明的有益效果是1.本發(fā)明的串并混聯(lián)機構(gòu)，具有多桿正交支撐、單點承重的特點，實現(xiàn)動平臺的三自由度的大行程、快速精密定位，有效的提高了機構(gòu)的負載能力和穩(wěn)定特性。2.本發(fā)明的大行程是指行程為mm量級、rad量級、高精度是指精度為nm量級、yrad量級。3.本發(fā)明的大行程和快速精密定位通過如下方式實現(xiàn)宏動并聯(lián)機構(gòu)為五自由度機構(gòu)，大于微動并聯(lián)機構(gòu)的自由度數(shù)目，機構(gòu)比較靈活，可以實現(xiàn)動平臺的大行程、快速粗定位；微動并聯(lián)機構(gòu)為三自由度機構(gòu)，實現(xiàn)動平臺的小行程、精密定位。


圖1為本發(fā)明的三自由度串并混聯(lián)機構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的五自由度宏動并聯(lián)機構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的三自由度微動并聯(lián)機構(gòu)示意圖；圖4為PSSP運動鏈I示意圖；圖5為PSS運動鏈2示意圖；圖6為SSP運動鏈3示意圖；圖7為SS被動鏈4示意圖；圖8為PPS被動鏈5示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一結(jié)合圖1-圖8說明本實施方式，本實施方式的3-D0F可快速定位的串并混聯(lián)鏡架機構(gòu)，串并混聯(lián)鏡架機構(gòu)具有的自由度為RxyTz，其中R為轉(zhuǎn)動自由度，T為移動自由度，R的下標字母x、y、z表示運動副的轉(zhuǎn)動軸線方向，T的下標字母x、y、z表示運動副的移動軸線方向，所述串并混聯(lián)鏡架機構(gòu)包括三條PSSP運動鏈1、兩條PSS運動鏈
2、一條PPS運動鏈5、一個動平臺6和一個靜平臺7，三條PSSP運動鏈I包括第一 PSSP運動鏈1-1、第二 PSSP運動鏈1-2、第三PSSP運動鏈1-3，兩條PSS運動鏈2分別為第一 PSS運動鏈1-4和第二 PSS運動鏈1-5，以動平臺6的幾何中心為坐標系的原點，建立笛卡爾坐標系，所述三條PSSP運動鏈1、兩條PSS運動鏈2和一條PPS運動鏈5相對于動平臺6以多桿正交支撐、單點承重的形式連接，三條PSSP運動鏈1、兩條PSS運動鏈2完成動平臺6的多自由度運動，PPS運動鏈5完全支撐動平臺6的重量，每條PSSP運動鏈I均包括第一 P移動副8、第一 S球面副9、第二 S球面副10和第二 P移動副11，所述第一 P移動副8與靜平臺7連接，第二 P移動副11與動平臺6連接，第二 P移動副11、第二 S球面副10和第一 S球面副9由左至右依次設(shè)置在動平臺6與靜平臺7之間的連桿上，每條PSS運動鏈2均包括第一 P移動副8、第一 S球面副9和第二 S球面副10，第一 P移動副8與靜平臺7連接，第二 S球面副10和第一 S球面副9由左至右依次設(shè)置在動平臺6與靜平臺7之間的連桿上，一條PPS運動鏈5為被動鏈，所述PPS運動鏈5包括P移動副12、P移動副13和S球面副14，S球面副14與動平臺6連接，P移動副12與靜平臺7連接，P移動副12與S球面副14之間通過P移動副13連接，其中S為球面副，P為移動副。
具體實施方式
二 結(jié)合圖2、圖5和圖8說明本實施方式，本實施方式的第一 P移動副8為宏動并聯(lián)機構(gòu)的主動副，宏動并聯(lián)機構(gòu)為五自由度5PSS-PPS機構(gòu)，具有的自由度為RxyzTxz，宏動并聯(lián)機構(gòu)包括五條PSS運動鏈2、一條PPS運動鏈5、一個動平臺6和一個靜平臺7，所述五條PSS運動鏈2分別為第一 PSS運動鏈2-1、第二 PSS運動鏈2_2、第三PSS運動鏈2-3、第四PSS運動鏈2-4和第五PSS運動鏈2_5，所述五條PSS運動鏈2和一條PPS運動鏈5采用多桿正交支撐、單點承重的形式設(shè)置在動平臺6上，其中第一 PSS運動鏈2-1與靜平臺7連接，所述五條PSS運動鏈2均為無約束主動鏈，P移動副為主動副，正交布局支撐動平臺6完成RxyzTxz運動，一條PPS運動鏈5為恰約束被動鏈，無主動副，限制機構(gòu)Ty方向的自由度，同時承受動平臺6的重量。如此設(shè)置，具有一條被動鏈，能夠?qū)崿F(xiàn)動平臺6的大行程、快速粗定位。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三結(jié)合圖3、圖6-圖8說明本實施方式，本實施方式的第二 P移動副11為微動并聯(lián)機構(gòu)的主動副，微動并聯(lián)機構(gòu)為三自由度3SSP-2SS-PPS機構(gòu)，具有的自由度為RxyTz,微動并聯(lián)機構(gòu)包括三條SSP運動鏈3、一條SS運動鏈4、一條PPS運動鏈5、一個動平臺6和一個靜平臺7，所述三條SSP運動鏈3分別為第一 SSP運動鏈3-1、第二 SSP運動鏈3-2和第三SSP運動鏈3-3，所述SS運動鏈4包括第一 SS運動鏈3_4和第二 SS運動鏈3-5，三條SSP運動鏈3、一條SS運動鏈4和一條PPS運動鏈5采用多桿正交支撐、單點承重的形式設(shè)置在動平臺6上，其中第一 SSP運動鏈3-1與靜平臺7連接，三條SSP運動鏈3均為無約束主動鏈，P移動副為主動副，完成RxyTz運動，兩條SS運動鏈4為被動鏈，無主動副，限制機構(gòu)RzTx方向的自由度，一條PPS運動鏈5為恰約束被動鏈，無主動副，限制了機構(gòu)Ty方向的自由度，承受動平臺6的重量。如此設(shè)置，具有兩條被動鏈，能夠?qū)崿F(xiàn)動平臺6的小行程、精密定位。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
一或二相同。本發(fā)明的五自由度5PSS-PPS機構(gòu)和三自由度3SSP-2SS-PPS機構(gòu)之間是通過一條SS鉸鏈串聯(lián)形成三自由度(5PSS-PPS) + (3SSP-2SS-PPS)串并混聯(lián)機構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種3-D0F可快速定位的串并混聯(lián)鏡架機構(gòu)，串并混聯(lián)鏡架機構(gòu)具有的自由度為RxyTz，其中R為轉(zhuǎn)動自由度，T為移動自由度，R的下標字母x、y、z表示運動副的轉(zhuǎn)動軸線方向，T的下標字母x、y、z表示運動副的移動軸線方向，其特征在于所述機構(gòu)包括三條PSSP運動鏈(I)、兩條PSS運動鏈(2)、一條PPS運動鏈(5)、一個動平臺(6)和一個靜平臺(7)，三條PSSP運動鏈(I)包括第一 PSSP運動鏈(1-1)、第二 PSSP運動鏈(1-2)、第三PSSP運動鏈(1-3)，兩條PSS運動鏈(2)分別為第一 PSS運動鏈(1-4)和第二 PSS運動鏈(1_5)，以動平臺(6)的幾何中心為坐標系的原點，建立笛卡爾坐標系，所述三條PSSP運動鏈(I)、兩條PSS運動鏈(2)和一條PPS運動鏈(5)相對于動平臺(6)以多桿正交支撐、單點承重的形式連接，三條PSSP運動鏈(I)、兩條PSS運動鏈(2)完成動平臺6的多自由度運動，PPS運動鏈(5)完全支撐動平臺(6)的重量， 每條PSSP運動鏈⑴均包括第一 P移動副(8)、第一 S球面副(9)、第二 S球面副(10)和第二 P移動副(11)，所述第一 P移動副(8)與靜平臺(7)連接，第二 P移動副(11)與動平臺(6)連接，第二 P移動副(11)、第二 S球面副(10)和第一 S球面副(9)由左至右依次設(shè)置在動平臺(6)與靜平臺(7)之間的連桿上， 每條PSS運動鏈⑵均包括第一 P移動副(8)、第一 S球面副(9)和第二 S球面副(10)，第一 P移動副(8)與靜平臺(7)連接，第二 S球面副(10)和第一 S球面副(9)由左至右依次設(shè)置在動平臺(6)與靜平臺(7)之間的連桿上， 一條PPS運動鏈(5)為被動鏈，所述PPS運動鏈(5)包括P移動副(12)、P移動副(13)和S球面副(14)，S球面副(14)與動平臺(6)連接，P移動副(12)與靜平臺(7)連接，P移動副(12)與S球面副(14)之間通過P移動副(13)連接，其中S為球面副，P為移動副。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3-DOF可快速定位的串并混聯(lián)鏡架機構(gòu)，其特征在于所述第一 P移動副(8)為宏動并聯(lián)機構(gòu)的主動副， 宏動并聯(lián)機構(gòu)為五自由度5PSS-PPS機構(gòu)，具有的自由度為RxyzTxz,宏動并聯(lián)機構(gòu)包括五條PSS運動鏈(2)、一條PPS運動鏈(5)、一個動平臺(6)和一個靜平臺(7)，所述五條PSS運動鏈(2)分別為第一 PSS運動鏈(2-1)、第二 PSS運動鏈(2-2)、第三PSS運動鏈(2_3)、第四PSS運動鏈(2-4)和第五PSS運動鏈(2-5)，所述五條PSS運動鏈(2)和一條PPS運動鏈(5)采用多桿正交支撐、單點承重的形式設(shè)置在動平臺(6)上，其中第一 PSS運動鏈(2-1)與靜平臺(7)連接，所述五條PSS運動鏈(2)均為無約束主動鏈，P移動副為主動副，正交布局支撐動平臺(6)完成RxyzTxz運動，一條PPS運動鏈(5)為恰約束被動鏈，無主動副，限制機構(gòu)Ty方向的自由度，同時承受動平臺(6)的重量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的3-DOF可快速定位的串并混聯(lián)鏡架機構(gòu)，其特征在于第二P移動副(11)為微動并聯(lián)機構(gòu)的主動副， 微動并聯(lián)機構(gòu)為三自由度3SSP-2SS-PPS機構(gòu)，具有的自由度為RxyTz,微動并聯(lián)機構(gòu)包括三條SSP運動鏈(3)、一條SS運動鏈(4)、一條PPS運動鏈(5)、一個動平臺(6)和一個靜平臺(7)，所述三條SSP運動鏈(3)分別為第一 SSP運動鏈(3-1)、第二 SSP運動鏈(3_2)和第三SSP運動鏈(3-3)，所述SS運動鏈(4)包括第一 SS運動鏈(3-4)和第二 SS運動鏈(3-5)，三條SSP運動鏈(3)、一條SS運動鏈(4)和一條PPS運動鏈(5)采用多桿正交支撐、單點承重的形式設(shè)置在動平臺(6)上，其中第一 SSP運動鏈(3-1)與靜平臺(7)連接，三條SSP運動鏈(3)均為無約束主動鏈，P移動副為主動副，完成RxyTz運動，兩條SS運動鏈(4)為被動鏈，無主動副，限制機構(gòu)RzTx方向的自由度，一條PPS運動鏈(5)為恰約束被動鏈，無 主動副，限制了機構(gòu)Ty方向的自由度，承受動平臺(6)的重量。
全文摘要
3-DOF可快速定位的串并混聯(lián)鏡架機構(gòu)，它涉及一種串并混聯(lián)鏡架機構(gòu)。本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的鏡架機構(gòu)串聯(lián)機構(gòu)無法完成大行程、高精度的問題。本發(fā)明的串并混聯(lián)鏡架機構(gòu)包括三條PSSP運動鏈(1)、兩條PSS運動鏈(2)、一條PPS運動鏈(5)、一個動平臺(6)和一個靜平臺(7)，以動平臺(6)的幾何中心為坐標系的原點，建立笛卡爾坐標系，所述三條PSSP運動鏈(1)、兩條PSS運動鏈(2)和一條PPS運動鏈(5)相對于動平臺(6)以三面正交支撐的形式連接，三條PSSP運動鏈(1)、兩條PSS運動鏈(2)完成動平臺(6)的多自由度運動，PPS運動鏈(5)完全支撐動平臺(6)的重量。本發(fā)明適用于鏡架機構(gòu)中。
文檔編號G02B7/00GK103018866SQ201210519869
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月6日
發(fā)明者邵忠喜, 韓振宇, 梁迎春, 孫雅洲, 劉海濤, 富宏亞 申請人:哈爾濱工業(yè)大學