[发明专利]一种基于宏微运动方式的三自由度高精度运动机构

权利要求书

1.一种基于宏微运动方式的三自由度高精度运动机构，其特征在于：包括静平台(1)、3条两两对应可伸缩的支链(2)、动平台(3)，其中，

静平台(1)和动平台(3)之间通过3条两两对应可伸缩的支链(2)连接，可伸缩的支链(2)包括柔性球副以及柔性虎克铰，并通过柔性球运动副解决了三运动支链平台静不定问题；

可伸缩的支链(2)利用具有位移感知功能的直线式惯性压电作动器驱动，作动器包括比例式线性霍尔传感器(2-1-1)、作动体(2-1-2)、运动单元(2-1-3)、圆柱形外壳(2-1-4)、永磁体(2-1-5)、底座(2-1-6)；圆柱形外壳(2-1-4)与运动支链为一体(及运动支链为内空的形式)，圆柱形外壳(2-1-4)内部从上到下顺序依次为：与内部轨道贴合的运动单元(2-1-3)包括调节螺钉(2-1-3-1)，楔块(2-1-3-2)，运动块(2-1-3-3)，运动块(2-1-3-3)左右两端设有S形弹性体，中心为菱形空腔，调节螺钉(2-1-3-1)穿过楔块(2-1-3-2)的中心的光孔，旋转进入运动块下方的作动体(2-1-2)；与运动单元连接的作动体(2-1-2)包括压电堆(2-1-2-1)以及相连的惯性质量块(2-1-2-2)；粘结在质量块(2-1-2-2)下边的永磁体(2-1-5)与底部相连的比例式线性霍尔传感器(2-1-1)；通过依靠压电堆(2-1-2-1)的变化来带动运动单元(2-1-3)的运动，并实时通过比例式线性霍尔传感器(2-1-1)感知位移。

所述的三可伸缩的支链，所采用的驱动形式为压电驱动，其工作模式分为以下两种：

宏运动(即连续伸长或缩短)：第一步，对压电堆(2-1-2-1)缓慢充电，其轴向伸长，带动质量块(2-1-2-2)远离运动单元(2-1-3)，此时运动单元(2-1-3)所受静摩擦力大于作动体(2-1-2)中质量块(2-1-2-2)施加的惯性力，运动单元保持静止；第二步，对压电堆(2-1-2-1)快速放电，压电堆轴向迅速伸缩，带动惯性质量块(2-1-2-2)朝向运动单元，此时运动单元(2-1-3)所受静摩擦力远小于质量块(2-1-2-2)施加的惯性力，运动单元(2-1-3)迅速沿轨道下滑，产生步距；重复一、二动作，就能使运动单元(2-1-3)带动三维运动平台运动支链连续缩短，反之，带动运动支链连续伸长，实现平台的宏调控；

微运动(即单步伸长或缩短)：第一步，对压电堆(2-1-2-1)缓慢充电，其轴向伸长，带动质量块(2-1-2-2)远离运动单元(2-1-3)，此时运动单元3所受静摩擦力大于作动体(2-1-2)中质量块(2-1-2-2)施加的惯性力，运动单元保持静止；第二步，对压电堆(2-1-2-1)快速放电，压电堆轴向迅速伸缩，带动惯性质量块(2-1-2-2)朝向运动单元，此时运动单元(2-1-3)所受静摩擦力远小于质量块(2-1-2-2)施加的惯性力，运动单元(2-1-3)迅速沿轨道下滑，产生步距；至此平台支链实现微小位移；

可伸缩的支链采用其压电作动器，实现了三维运动平台宏调控(即连续步进)—以及微调控(即单步范围内扫描)，被赋予了大行程、高精度的宏微运动能力。

2.根据权利要求1所述的基于宏微运动方式的三自由度高精度运动机构，其特征在于：其是基于宏微运动方式的三自由度高精度运动机构，其工作模式主要具有如下三种：

工作模式一(即沿X移动)：作动器(2-1)伸长，作动器(2-2)伸长，作动器(2-3)缩短；

工作模式二(即沿Y移动)：作动器(2-1)缩短，作动器(2-2)伸长，作动器(2-3)伸长；

工作模式三(即沿Z移动)：作动器(2-1)伸长,作动器(2-2)伸长，作动器(2-3)伸长；

可伸缩的支链间通过一定的函数关系伸长缩短，即可达到指定方向运动的目的，可将其应用于满足自由度需求的应用场合中。

3.根据权利要求1所述的基于宏微运动方式的三自由度高精度运动机构，其特征在于：该结构采用柔性铰链的形式，相比于传统的铰链，易于实现装备的小型化，提高重复定位精度，具有灵敏度高、无润滑需求的特点；更为重要的是，该结构本身采用三支链驱动形式，该形式的运动平台虽然极大减少了运动支链数量，可以使机构构成形式及质量相比六自由度机构大大简化，但也使结构组成形式变为静不定，从而不具备静平衡特性；该机构使用柔性铰链代替传统运动副，从而使原来的非静平衡机构转化为静平衡机构，解决了机构静不定的问题。