[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

说明书

本发明公开了一种基于宏微运动方式的三自由度高精度运动机构，包括静平台、3条可伸缩的运动支链、动平台、以及3个相同的压电惯性驱动器。静平台和动平台之间通过柔性球副以及柔性虎克铰来连接，运动支链采用具有位移感知功能的直线式惯性压电作动器。作动器包括比例式线性霍尔传感器、作动体、运动单元、圆柱形外壳、永磁体、底座。该三维平台采用柔性铰链替代传统运动副，具有易于实现装备的小型化，提高重复定位精度，高运动灵敏度等优点，同时使平台达到静稳定状态，避免运输过程中发生的振动和碰撞问题。宏微复合运动平台是通过宏运动实现平台的大行程进给运动，借助微运动实现精密定位。本发明赋予平台大行程，高精度的宏微运动能力。

技术领域

本发明涉及一种三维并联运动平台，具体涉及一种基于宏微运动方式的三自由度高精度运动机构，其为采用柔性铰链以压电惯性作动器驱动的三维并联运动平台。

背景技术

光学系统在工作过程中会受到重力、温度、气压以及震动等的影响，往往需要通过多自由度运动平台调整次镜位姿，来达到光学成像系统次镜的调整和校正任务，实现光学系统的稳定，以确保光束质量。然而研究国内外现状，调整机构大多采用基于六自由度的stewart并联平台(采用六条可伸缩的支杆的形式)作为调整机构。但是支杆数量越多，系统的质量就会越大，对于一些不需要六自由度运动的光学调节需求，严重限制了其应用范围。

传统运动副中构件数目多，重量大，装配时间要长，存在机构间的摩擦、磨损，以及润滑等问题。柔性铰链本身具有体积小、无机械摩擦、无间隙、运动灵敏度高等特点，用柔性铰链代替传统刚性运动副，可有助于提高机构精度和可靠性；另一方面利用了柔性铰链自身具有一定刚度。

压电陶瓷材料(PZT)作动器根据其原理可在电场作用下实现高精度位移输出，具有响应速度快，空间适应性强等特点，其技术特征与当前空间应用需求相吻合。对比压电驱动类型，惯性压电驱动器是采用非对称的驱动信号、以及非对称的机械夹持结构或非对称的摩擦力为控制方式，通过惯性冲击运动形成驱动，结构简单，行程大，成本低，可在实现大行程的同时兼具纳米级定位精度。基于此，本发明提出了一种基于宏微运动方式的三自由度高精度运动机构。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种采用柔性铰链以压电惯性作动器驱动的三维并联运动平台。该三维平台通过结构设计与控制方式来实现光学系统中次镜的调整任务，具有宏微调控，空间适应性强，无耦合，静平衡稳定等特点。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于宏微运动方式的三自由度高精度运动机构，包括静平台1、3条可伸缩的支链2、动平台3。

参照图1，静平台1和动平台3之间通过柔性球副以及柔性虎克铰来连接，且伸缩支链通过压电惯性驱动器进行位移变化。

参照图3，三维运动平台的伸缩运动支链3利用具有位移感知功能的直线式惯性压电作动器驱动，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：