[发明专利]三自由度解耦超精密大行程定位及激振装置

说明书

本发明公开了一种三自由度解耦超精密大行程定位及激振装置，其特征在于，包括上负载盘及下安装盘，上负载盘与下安装盘之间通过中间的磁悬浮负载部件及周围的三个相同的作动元件连接；所述作动元件包括带环形隔断的驱动器外壳，驱动器外壳内设有包裹有励磁线圈的超磁致伸缩棒。本发明将三自由度精密定位指向与激振功能同时考虑，通过一套系统可以实现多种功能，方案结构紧凑，定位指向功能解耦，可单独实现所需平动自由度上的微纳尺度运动；由于采用了嵌入式柔顺放大机构，定位指向行程得以放大。同时，通过磁悬浮卸载装置设计，在激振时能够对较大负荷进行卸载处理，从而能够实现振动干扰的准确加载。

技术领域

本发明涉及一种三自由度解耦超精密大行程定位及激振装置，属于超精密定位指向与振动激励装置技术领域。

背景技术

超精密定位装置能够使目标载荷按照期望轨迹进行精密作动，被广泛应用于基因工程、光学工程、精密制造及机加工、航空航天等领域。激振装置则应用于振动测试领域，用来为机械零部件的振动响应测试提供振动干扰。传统的伺服驱动三自由度定位平台不仅结构尺寸庞大，同时存在耦合，且受制于驱动机理，运动精度有限，难以满足超精密应用；同样，面向微振动测试需求，传统电磁激振器不仅难以实现低频、超低频的微纳级别的振动干扰输出，而且难以承载具有较大负荷的目标，因而限制了其进一步的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有伺服驱动三自由度定位平台尺寸庞大，运动精度有限，难以实现低频、超低频的微纳级别的振动干扰输出等问题。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种三自由度解耦超精密大行程定位及激振装置，其特征在于，包括上负载盘及下安装盘，上负载盘与下安装盘之间通过中间的磁悬浮负载部件及周围的三个相同的作动元件连接；所述磁悬浮负载部件包括下卸载套筒，下卸载套筒内设有相互排斥的上永磁体及下永磁体，上永磁体与其上方的上滑动槽连接，上滑动槽通过超精密直线轴承固定于下卸载套筒内，上滑动槽的顶部与外螺纹万向球相配合；所述作动元件包括带环形隔断的驱动器外壳，驱动器外壳内设有包裹有励磁线圈的超磁致伸缩棒，超磁致伸缩棒的两端通过磁轭端盖与驱动器外壳连接固定，超磁致伸缩棒的一端连接驱动器输入杆，另一端连接驱动器输出杆，驱动器输出杆与两级柔顺杠杆放大机构的输入端连接；两级柔顺杠杆放大机构的第二级输出梁中部和驱动器外壳底部各设有一个柔顺圆柱球铰，两个柔顺圆柱球铰的外侧设有连接螺栓。

优选地，所述相邻作动元件之间呈90°直角。

优选地，所述上滑动槽的材质为铜。

优选地，所述上负载盘上设有用于与外螺纹万向球连接的螺纹孔、用于与连接螺柱连接的连接孔及用于与其它设备连接的设备固定孔。

优选地，所述作动元件通过固定底盘与下安装盘连接；固定底盘上设有用于与连接螺栓连接的螺纹连接孔；固定底盘底部设有用于与下安装盘固定的定位凸台。

更优选地，所述固定底盘的螺纹连接孔的一侧连通有微动间隙，微动间隙的两侧设有止动螺钉孔。

优选地，所述超磁致伸缩棒上端的磁轭端盖设有外螺纹预紧端盖。

优选地，所述柔顺圆柱球铰的材质为铍青铜。

优选地，所述两级柔顺杠杆放大机构的下部设有用于支撑的安全拱架。

优选地，所述两级柔顺杠杆放大机构的输入端与驱动器输出杆通过销连接。

本发明将三自由度精密定位指向与激振功能同时考虑，通过一套系统可以实现多种功能，方案结构紧凑，定位指向功能解耦，可单独实现所需平动自由度上的微纳尺度运动；由于采用了嵌入式柔顺放大机构，定位指向行程得以放大。同时，通过磁悬浮卸载装置设计，在激振时能够对较大负荷进行卸载处理，从而能够实现振动干扰的准确加载。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：