[发明专利]一种平面三自由度精密定位平台、其使用方法与控制方法

说明书

本发明提供了一种平面三自由度精密定位平台、其使用方法与控制方法。该定位平台包括基座以及位于基座上的动平台、传动机构以及四个音圈电机；传动机构包含四条柔性支链，每条柔性支链包含三个柔性P单元与一个柔性R单元，通过柔性P单元的结构设计、各柔性P单元的连接设计、柔性R单元的结构设计以及与柔性P单元的连接设计实现了沿X轴与Y轴的平动以及绕Z轴的转动。与现有技术相比，本发明解决了传动机构的运动范围与运动刚度和运动精度之间的矛盾，定位平台具有大运动范围、高输出刚度和高运动精度；同时可有效弥补音圈电机推力不足的问题，冗余驱动支链的加入减小了音圈电机的驱动力峰值要求。

技术领域

本发明涉及精密定位技术领域，特别涉及一种平面三自由度精密定位平台、其使用方法与控制方法。

背景技术

传动机构一直是机械装备实现功能的基础，而精密传动机构更是现代精密工程领域需要迫切发展的关键技术之一。

传统刚性机构依靠运动副进行力和位移的传递，由于构件间不可避免地存在着间隙、摩擦和磨损，很难达到微米或者微米以下的运动精度。柔顺并联机构通过结构的弹性变形传递力和位移，彻底消除了运动副传动过程中的空程和机械摩擦，因而可以获得极高的位移分辨率和重复定位精度。

目前平面三自由度精密定位平台大多采用压电陶瓷驱动，尽管具有较高的运动精度，但是由于压电陶瓷的变形特点仅能提供微米级的运动范围，严重限制了精密运动平台的应用范围。

为了解决这一问题，中国专利CN109848932A中公开了一种采用音圈电机驱动和柔性簧片传动的精密运动平台，该定位平台具有毫米级甚至厘米级的运动范围，但是由于音圈电机的输出力有限，导致此类精密定位平台的输出刚度都比较低，平台运动时的响应速度和抗干扰能力较差，同时机构在高速运动场合极易产生振动，影响了机构的运动精度和效率。

中国专利CN202448118U公开了一种二平动长行程并联精密定位平台，包括两层柔顺机构板，每层柔顺机构板包括两个平行设置的分体，每个分体由三个复合板簧式柔性铰链组成。该定位平台具有较高的输出刚度，为了达到厘米级的位移需要选用驱动力较大的音圈电机，不仅增加了机构的体积，长时间工作时也会导致机构发热严重。同时该机构只有两个平动自由度，无法对末端平台的转动进行调节。

发明内容

针对上述技术现状，本发明提供一种精密定位平台，可实现平面二自由度的平移以及沿平面的转动，并且具有大运动范围、高输出刚度和高运动精度。

本发明的技术方案为：一种平面三自由度精密定位平台，包括基座以及位于基座上的动平台、传动机构以及四个音圈电机；

所述传动机构包含四条完全相同的柔性支链，所述柔性支链以动平台为中心呈中心对称分布；每条支链对应连接一个音圈电机；

每条柔性支链由三个结构完全相同的柔性P单元与一个柔性R单元组成；

如图1所示，所述柔性P单元包含U型支架(即由底板与两个互相平行的侧板组成)、第一连接板、第二连接板以及四个弹簧片组成；四个弹簧片分别记作第一弹簧片、第二弹簧片、第三弹簧片与第四弹簧片，其中第一弹簧片与第二弹簧片完全相同，第三弹簧片与第四弹簧片完全相同；

所述第一连接板的两端分别连接第一弹簧片与第二弹簧片的一端，第一弹簧片与第二弹簧片的另一端分别连接U型支架开口端的两侧，形成近似“凹”型结构；

所述第二连接板的两端分别连接第三弹簧片与第四弹簧片一端，使第三弹簧片与第四弹簧片平行，形成U型结构，所述U型结构的开口端固定在第一连接板的两端之间；

如图2所示，所述柔性R单元由两块弯曲相同的弹簧片组成，两块弹簧片互相垂直形成三角形结构，与动平台的四周相连；