具有運(yùn)動(dòng)解耦機(jī)構(gòu)的二自由度定位平臺(tái)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有運(yùn)動(dòng)解耦機(jī)構(gòu)的二自由度平臺(tái)，屬于精密定位平臺(tái)領(lǐng)域。包括定位平臺(tái)、平動(dòng)機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)解耦機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；所述平動(dòng)機(jī)構(gòu)包括第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和推桿，第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與推桿之間連接運(yùn)動(dòng)解耦機(jī)構(gòu)，推桿的一端貫穿旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)后與定位平臺(tái)固連；所述第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可驅(qū)動(dòng)推桿相對(duì)于旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行軸向移動(dòng)，所述推桿與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)間同步轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)運(yùn)動(dòng)解耦機(jī)構(gòu)解除平動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)兩自由度耦合，使兩個(gè)自由度既可實(shí)現(xiàn)聯(lián)合運(yùn)動(dòng)，也可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)；本發(fā)明大大提高了平臺(tái)的響應(yīng)速度和定位精度。為了承受平移往復(fù)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的沿Z軸正負(fù)兩個(gè)方向的力，保證平臺(tái)的穩(wěn)定性和延長(zhǎng)平臺(tái)使用壽命，運(yùn)動(dòng)解耦機(jī)構(gòu)內(nèi)的兩個(gè)角接觸球軸承采用面對(duì)面安裝設(shè)置。
【專利說(shuō)明】
具有運(yùn)動(dòng)解耦機(jī)構(gòu)的二自由度定位平臺(tái)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種二自由度定位平臺(tái)，具體講是一種具有運(yùn)動(dòng)解耦機(jī)構(gòu)的二自由度平臺(tái)，屬于精密定位平臺(tái)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]精密定位平臺(tái)在現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中具有舉足輕重的作用，定位平臺(tái)可為數(shù)控機(jī)床、光纖對(duì)接、激光切割等實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位功能。傳統(tǒng)意義上，定位平臺(tái)分為串聯(lián)平臺(tái)和并聯(lián)
-ψ-1 口 O
[0003]串聯(lián)平臺(tái)的組合形式是每個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)分別由一個(gè)定位臺(tái)導(dǎo)向和一個(gè)作動(dòng)器。因此，該平臺(tái)每個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)獨(dú)立解耦，工作行程較大，對(duì)不同場(chǎng)合的適應(yīng)性較好。這也使每個(gè)自由度定位臺(tái)的質(zhì)量各不相同，尤其是各自由度的慣性相差較大。這種形式下每個(gè)自由度作動(dòng)器的連接線路隨定位臺(tái)一起運(yùn)動(dòng)，影響其運(yùn)動(dòng)精度。
[0004]并聯(lián)平臺(tái)的組合形式只有一個(gè)定位臺(tái)，這個(gè)定位臺(tái)同時(shí)由多個(gè)作動(dòng)器作動(dòng)，多個(gè)作動(dòng)器同時(shí)協(xié)調(diào)運(yùn)作推動(dòng)運(yùn)動(dòng)臺(tái)輸出所需運(yùn)動(dòng)，相對(duì)串聯(lián)組合形式，并聯(lián)形式的運(yùn)動(dòng)臺(tái)慣性小得多，因而響應(yīng)速度較快，同時(shí)作動(dòng)器不隨運(yùn)動(dòng)臺(tái)一起運(yùn)動(dòng)，連接線路不影響運(yùn)動(dòng)臺(tái)的精度。但該種形式平動(dòng)自由度的行程一般小于單個(gè)作動(dòng)器的作動(dòng)行程，無(wú)法滿足實(shí)際使用需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)Z軸方向平動(dòng)和繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)，工作行程大、慣性小、響應(yīng)速度快和精度高的具有運(yùn)動(dòng)解耦機(jī)構(gòu)的二自由度平臺(tái)O
[0006]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的具有運(yùn)動(dòng)解耦機(jī)構(gòu)的二自由度定位平臺(tái)，包括定位平臺(tái)、平動(dòng)機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)解耦機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；
所述平動(dòng)機(jī)構(gòu)包括第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和推桿，第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與推桿之間連接運(yùn)動(dòng)解耦機(jī)構(gòu)，推桿的一端貫穿旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)后與定位平臺(tái)固連；
所述第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可驅(qū)動(dòng)推桿相對(duì)于旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行軸向移動(dòng)，所述推桿與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)同步轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0007]本發(fā)明中，所述運(yùn)動(dòng)解耦機(jī)構(gòu)包括回轉(zhuǎn)軸承座、回轉(zhuǎn)軸承蓋和兩個(gè)角接觸球軸承，所述兩個(gè)角接觸球軸承的內(nèi)圈固定安裝在推桿上，外圈安裝在回轉(zhuǎn)軸承座內(nèi)并通過(guò)回轉(zhuǎn)軸承蓋固定。
[0008]本發(fā)明中，所述兩個(gè)角接觸球軸承采用面對(duì)面安裝。
[0009]本發(fā)明中，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括第一齒輪軸系和第二齒輪軸系，所述第一齒輪軸系和第二齒輪軸系之間聯(lián)動(dòng)，所述第二齒輪軸系連接第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu);所述推桿的一端貫穿第一齒輪軸系并連接定位平臺(tái)，相對(duì)第一齒輪軸系軸向移動(dòng)，推桿與第一齒輪軸系同步轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0010]本發(fā)明中，所述第一齒輪軸系包括大齒輪軸和大齒輪，所述大齒輪軸的內(nèi)部軸向貫通并設(shè)有花鍵孔;所述大齒輪固定安裝在大齒輪軸上，大齒輪軸的兩端安裝角接觸球軸承;所述推桿上設(shè)有與花鍵孔相配合的花鍵。
[0011]本發(fā)明中，所述第二齒輪軸系包括小齒輪軸和小齒輪，所述小齒輪固定安裝在小齒輪軸上，小齒輪軸的兩端安裝角接觸球軸承;所述小齒輪與大齒輪嚙合。
[0012]本發(fā)明中，所述第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為液壓油缸。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:(1)、通過(guò)運(yùn)動(dòng)解耦機(jī)構(gòu)解除平動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)兩自由度耦合，使兩個(gè)自由度既可實(shí)現(xiàn)聯(lián)合運(yùn)動(dòng)，也可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)；(2)、相比現(xiàn)有串聯(lián)平臺(tái)，只有一個(gè)定位平臺(tái)，無(wú)質(zhì)量疊加，各自由度慣性小，響應(yīng)速度快;相比現(xiàn)有并聯(lián)平臺(tái)，無(wú)需建立復(fù)雜運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)模型，各驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)只驅(qū)動(dòng)一個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)，互不影響，運(yùn)動(dòng)行程大；(3)、由于各自由度慣性小加之各驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)之間互不影響，大大提高了平臺(tái)的響應(yīng)速度和定位精度;(4)、為了承受平移往復(fù)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的沿Z軸正負(fù)兩個(gè)方向的力，保證平臺(tái)的穩(wěn)定性和延長(zhǎng)平臺(tái)的使用壽命，運(yùn)動(dòng)解耦機(jī)構(gòu)內(nèi)的兩個(gè)角接觸球軸承采用面對(duì)面安裝設(shè)置。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本發(fā)明具有運(yùn)動(dòng)解耦機(jī)構(gòu)的二自由度平臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為圖1俯視圖；
圖3為座體結(jié)構(gòu)不意圖；
圖4為旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5為大齒輪軸系裝配示意圖；
圖6為小齒輪軸系裝配示意圖；
圖7為平動(dòng)機(jī)構(gòu)與解耦機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖8為解親機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，實(shí)施方式提及的內(nèi)容并非對(duì)本發(fā)明的限定。
[0016]如圖1至8所示，本發(fā)明提供的一種具有運(yùn)動(dòng)解耦機(jī)構(gòu)的二自由度平臺(tái)，包括座體
a、定位平臺(tái)b、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)c(包括大齒輪軸系Cl與小齒輪軸系c2)、平動(dòng)機(jī)構(gòu)d和解耦機(jī)構(gòu)e。
[0017]如圖3所不，座體a呈箱式結(jié)構(gòu)，包括上表面al、下表面a2和設(shè)置在中部的肋板a3。座體a的上表面al、下表面a2和肋板a3有兩列同心圓孔，分別為第一上孔11、第一中孔12、第一下孔13和第二上孔21、第二中孔22、第二下孔23。座體a上下表面的外側(cè)均設(shè)有凸臺(tái)，用于安裝大端蓋cl7和小端蓋c27。
[0018]旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)c中的大齒輪軸系Cl安裝在第一上孔11與第一中孔12之間；小齒輪軸系c2安裝在第二上孔21與第二下孔23之間，穿過(guò)第二中孔22。大齒輪軸系Cl與小齒輪軸c2系之間通過(guò)大齒輪cl2與小齒輪c22嚙合傳動(dòng)。
[0019]如圖4和5所示，大齒輪軸系cI包括大齒輪軸Cl 1、大齒輪c 12、兩個(gè)角接觸球軸承(313、兩個(gè)軸用彈性擋圈(314、鍵(:15、圓螺母(316、兩個(gè)大端蓋(317和螺釘(318。大齒輪(312通過(guò)鍵cl5和軸用彈性擋圈cl4安裝在大齒輪軸cll上，大齒輪軸cll兩端安裝角接觸球軸承cl3，角接觸球軸承cl3通過(guò)圓螺母cl6和大端蓋cl7固定。大齒輪軸011兩端角接觸球軸承013分別安裝在座體a的第一上孔11與第一中孔12內(nèi)。大齒輪軸cll為中空結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部貫通設(shè)有花鍵孔I，軸身上加工有鍵槽與兩個(gè)環(huán)槽。
[0020]如圖4和6所示，小齒輪軸系c2包括小齒輪軸c21、小齒輪c22、兩個(gè)角接觸球軸承c23、兩個(gè)軸用彈性擋圈c24、鍵c25、圓螺母c26、兩個(gè)小端蓋c27和螺釘c28。小齒輪c22通過(guò)鍵c25和軸用彈性擋圈c24安裝在小齒輪軸c21上，小齒輪軸c21兩端安裝角接觸球軸承c23，角接觸球軸承c23通過(guò)圓螺母c26和端蓋c27固定。小齒輪軸c21兩端角接觸球軸承c23分別安裝在座體第二上孔21與第二下孔23內(nèi)。小齒輪軸c21—端設(shè)計(jì)有鍵槽2和螺紋孔3，以便安裝帶輪與外部旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器(如電磁電機(jī)，液壓馬達(dá)等)連接傳動(dòng)(圖中未顯示)。
[0021]如圖1、2和7所示，平動(dòng)機(jī)構(gòu)d有液壓油缸dl和推桿d2，液壓油缸dl和推桿d2之間通過(guò)解耦機(jī)構(gòu)e相連接。液壓油缸dl通過(guò)螺釘d3安裝在座體a上的第一下孔13上。推桿d2中部加工有成花鍵4，推桿d2穿過(guò)大齒輪軸Cl I，花鍵4與大齒輪軸Cl I內(nèi)部的花鍵孔I配合，推桿d3端部通過(guò)螺釘與圓柱銷安裝定位平臺(tái)b。液壓油缸dl可驅(qū)動(dòng)推桿d3沿大齒輪軸cll大進(jìn)行軸向移動(dòng)。通過(guò)花鍵4與花鍵孔I可實(shí)現(xiàn)推桿d3與大齒輪軸c 11間的同步轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0022]如圖8所示，運(yùn)動(dòng)解耦機(jī)構(gòu)e包括回轉(zhuǎn)軸承座el、回轉(zhuǎn)軸承蓋e2、兩個(gè)角接觸球軸承e3、圓螺母e4、圓柱銷e5和螺釘e6。兩個(gè)角接觸球軸承e3采用面對(duì)面方式安裝。角接觸球軸承e3的內(nèi)圈安裝在推桿d2軸端，用圓螺母e4固定；角接觸球軸承e3的外圈安裝在回轉(zhuǎn)軸承座el內(nèi)，用回轉(zhuǎn)軸承蓋e2與螺釘e6進(jìn)行固定。液壓油缸dl活塞桿通過(guò)圓柱銷e5與回轉(zhuǎn)軸承蓋e2固定連接。
[0023]解耦機(jī)構(gòu)e中的兩個(gè)角接觸球軸承e3面對(duì)面方式安裝設(shè)置，是為了承受平移往復(fù)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的沿Z軸正負(fù)兩個(gè)方向的力，提升平臺(tái)的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)平臺(tái)的使用壽命。
[0024]解耦機(jī)構(gòu)e中角接觸球軸承e3內(nèi)圈安裝在推桿d2軸端，外圈安裝在回轉(zhuǎn)軸承座el內(nèi)。推桿d2旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，角接觸球軸承e3內(nèi)圈隨推桿d2旋轉(zhuǎn)，安裝在回轉(zhuǎn)軸承座el內(nèi)的外圈相對(duì)于軸承座仍然靜止，其不干涉與回轉(zhuǎn)軸承蓋e2固定的液壓油缸dl活塞桿的平移運(yùn)動(dòng)。液壓油缸dl活塞桿平動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)解耦機(jī)構(gòu)e整體運(yùn)動(dòng)，解耦機(jī)構(gòu)e推動(dòng)推桿d2平移運(yùn)動(dòng)，由于角接觸球軸承e3，不干涉推桿d2旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，Z軸平動(dòng)、繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)自由度耦合解除。
[0025]下面結(jié)合附圖1和2，說(shuō)明本發(fā)明實(shí)現(xiàn)Z軸平動(dòng)、繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方案。Z軸沿豎直方向，如圖2所示。
[0026](I)Z 軸平動(dòng)
液壓油缸dl的活塞桿沿Z軸往復(fù)直線驅(qū)動(dòng)，推動(dòng)解耦機(jī)構(gòu)e帶動(dòng)推桿d2以及定位平臺(tái)b沿Z軸平動(dòng)。
[0027](2)繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)
外部旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器(如電磁電機(jī)，液壓馬達(dá)等)輸出轉(zhuǎn)矩，帶動(dòng)小齒輪軸c21旋轉(zhuǎn)，小齒輪軸c21上的小齒輪c22，將轉(zhuǎn)矩傳遞給大齒輪cl2及大齒輪軸cll，大齒輪軸Cl I通過(guò)花鍵副(花鍵與花鍵孔I配合)將轉(zhuǎn)矩傳遞給推桿d2，推桿d2帶動(dòng)定位平臺(tái)b繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0028]對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無(wú)論從哪一點(diǎn)來(lái)看，均應(yīng)將本說(shuō)明書看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說(shuō)明限定。對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有運(yùn)動(dòng)解耦機(jī)構(gòu)的二自由度定位平臺(tái)，其特征在于:包括定位平臺(tái)、平動(dòng)機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)解親機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)； 所述平動(dòng)機(jī)構(gòu)包括第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和推桿，第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與推桿之間連接運(yùn)動(dòng)解耦機(jī)構(gòu)，推桿的一端貫穿旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)后與定位平臺(tái)固連； 所述第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可驅(qū)動(dòng)推桿相對(duì)于旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行軸向移動(dòng)，所述推桿與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)同步轉(zhuǎn)動(dòng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有運(yùn)動(dòng)解耦機(jī)構(gòu)的二自由度定位平臺(tái)，其特征在于:所述運(yùn)動(dòng)解耦機(jī)構(gòu)包括回轉(zhuǎn)軸承座、回轉(zhuǎn)軸承蓋和兩個(gè)角接觸球軸承，所述兩個(gè)角接觸球軸承的內(nèi)圈固定安裝在推桿上，外圈安裝在回轉(zhuǎn)軸承座內(nèi)并通過(guò)回轉(zhuǎn)軸承蓋固定。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有運(yùn)動(dòng)解耦機(jī)構(gòu)的二自由度定位平臺(tái)，其特征在于:所述兩個(gè)角接觸球軸承采用面對(duì)面安裝。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的具有運(yùn)動(dòng)解耦機(jī)構(gòu)的二自由度定位平臺(tái)，其特征在于:所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括第一齒輪軸系和第二齒輪軸系，所述第一齒輪軸系和第二齒輪軸系之間聯(lián)動(dòng)，所述第二齒輪軸系連接第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu);所述推桿的一端貫穿第一齒輪軸系并連接定位平臺(tái)，相對(duì)第一齒輪軸系軸向移動(dòng)，推桿與第一齒輪軸系同步轉(zhuǎn)動(dòng)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有運(yùn)動(dòng)解耦機(jī)構(gòu)的二自由度定位平臺(tái)，其特征在于:所述第一齒輪軸系包括大齒輪軸和大齒輪，所述大齒輪軸的內(nèi)部軸向貫通并設(shè)有花鍵孔;所述大齒輪固定安裝在大齒輪軸上，大齒輪軸的兩端安裝角接觸球軸承;所述推桿上設(shè)有與花鍵孔相配合的花鍵。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有運(yùn)動(dòng)解耦機(jī)構(gòu)的二自由度定位平臺(tái)，其特征在于:所述第二齒輪軸系包括小齒輪軸和小齒輪，所述小齒輪固定安裝在小齒輪軸上，小齒輪軸的兩端安裝角接觸球軸承;所述小齒輪與大齒輪嚙合。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有運(yùn)動(dòng)解耦機(jī)構(gòu)的二自由度定位平臺(tái)，其特征在于:所述第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為液壓油缸。
【文檔編號(hào)】B23Q1/64GK105834584SQ201610293191
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年5月6日
【發(fā)明人】陶杰, 黃衛(wèi)清, 孫夢(mèng)馨, 盧倩
【申請(qǐng)人】南京航空航天大學(xué)