專利名稱：六自由度宏動(dòng)精密并聯(lián)定位平臺(tái)及用于該平臺(tái)的錐軸虎克鉸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于精密作業(yè)的六自由度并聯(lián)定位平臺(tái)。本發(fā)明還涉及用于該定位平臺(tái)的虎克鉸。
背景技術(shù)：
目前，精密作業(yè)日益向著納米尺度發(fā)展，因而對(duì)精密定位機(jī)構(gòu)提出了更高的要求，急切需求一種操作的行程空間大，同時(shí)定位精度還要高的定位平臺(tái)，在我國(guó)，幾十毫米運(yùn)動(dòng)行程的并聯(lián)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的定位精度只能達(dá)到微米級(jí)(幾十微米到幾微米)，歸其原因，首先作為并聯(lián)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)聯(lián)接機(jī)構(gòu)的虎克鉸(或球鉸)間隙及其與連接桿之間的安裝間隙影響了精度的提高，其次虎克鉸安裝角度不當(dāng)限制了定位平臺(tái)的行程。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的并聯(lián)定位平臺(tái)的定位精度低的缺陷，提供一種定位精度高的并聯(lián)定位平臺(tái)。本發(fā)明是通過(guò)下述方案予以實(shí)現(xiàn)的，一種六自由度宏動(dòng)精密并聯(lián)定位平臺(tái)及用于該平臺(tái)的錐軸虎克鉸，它包括動(dòng)平臺(tái)1、底座2、絲杠5、定平臺(tái)6和六根構(gòu)件桿19，構(gòu)件桿19由位于兩端的虎克鉸4和位于中間的連接桿3組成，它還包括拉簧7，拉簧7對(duì)稱設(shè)置在構(gòu)件桿19的兩側(cè)，拉簧7的一端連接在位于上方的虎克鉸4的動(dòng)鉸鏈體13的側(cè)表面上，拉簧7的另一端連接在底座2的上表面上位于下方的虎克鉸4的兩側(cè)處。因?yàn)槊總€(gè)構(gòu)件桿19與底座2之間都連接有拉簧7，通過(guò)拉簧7的予緊力既消除了虎克鉸4內(nèi)部向下的竄動(dòng)間隙和虎克鉸4與連接桿3相連接部位向下的竄動(dòng)間隙，也消除了構(gòu)件桿19在工作中向上竄動(dòng)的可能，使得構(gòu)件桿19始終在單面無(wú)間隙的條件下工作，使并聯(lián)定位平臺(tái)的精度得到很大提高。
本發(fā)明還提供一種用于該定位平臺(tái)的錐軸虎克鉸。它是通過(guò)如下方案予以實(shí)現(xiàn)的，它包括十字頂尖軸10、無(wú)內(nèi)套的滾珠軸承9、密封端蓋11、靜鉸鏈體12和動(dòng)鉸鏈體13，十字頂尖軸10為二根兩端是圓錐的，軸中部連接在一起所形成的十字形體，靜鉸鏈體12上開(kāi)有孔12-1，動(dòng)鉸鏈體13上開(kāi)有孔13-1，孔12-1和孔13-1的外端部?jī)?nèi)孔表面上開(kāi)有內(nèi)螺紋14，密封端蓋11的外圓表面上開(kāi)有外螺紋，滾珠軸承9鑲在孔12-1或孔13-1的內(nèi)端部圓柱內(nèi)孔表面上，十字頂尖軸10的四個(gè)圓錐端部插在滾珠軸承9的內(nèi)孔中，密封端蓋11旋合在孔12-1或孔13-1的內(nèi)螺紋14中。通過(guò)旋緊密封端蓋11，可以減小十字頂尖軸10與滾珠軸承9的配合間隙，提高結(jié)構(gòu)的剛度，從而提高本發(fā)明錐軸虎克鉸的旋轉(zhuǎn)精度。旋松卸下密封端蓋11，就可以很方便地卸下滾珠軸承9進(jìn)而卸掉十字頂尖軸10。運(yùn)用了本發(fā)明錐軸虎克鉸的并聯(lián)定位平臺(tái)的定位精度因虎克鉸的精度提高而得到大大提高，同時(shí)本發(fā)明錐軸虎克鉸在定位平臺(tái)上安裝和拆卸都很方便，使檢修、維護(hù)本發(fā)明的并聯(lián)定位平臺(tái)較容易。
本發(fā)明的并聯(lián)定位平臺(tái)的位移重復(fù)精度可以達(dá)到0.5μm，具有高精度、高剛度和結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，可以廣泛地用在微機(jī)械裝配、光學(xué)微調(diào)整、生物微操作、顯微醫(yī)療和超精密加工等精密作業(yè)領(lǐng)域。


圖1是本發(fā)明并聯(lián)定位平臺(tái)的立體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明并聯(lián)定位平臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是本發(fā)明錐軸虎克鉸的結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是傳統(tǒng)虎克鉸的結(jié)構(gòu)示意圖，圖5是現(xiàn)有技術(shù)虎克鉸與動(dòng)平臺(tái)1的連接結(jié)構(gòu)示意圖，圖6是本發(fā)明實(shí)施方式三中虎克鉸4與動(dòng)平臺(tái)1的連接結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
一下面結(jié)合圖2具體說(shuō)明本實(shí)施方式。它由動(dòng)平臺(tái)1、底座2、絲杠5、定平臺(tái)6、拉簧7、由位于兩端的虎克鉸4和位于中間的連接桿3組成的六個(gè)相同的構(gòu)件桿19、絲杠螺母16、聯(lián)軸器17、電機(jī)18和立柱20組成，底座2與位于其下方的定平臺(tái)6互相平行，并且通過(guò)立柱20連接成一個(gè)框架式的整體，電機(jī)18、聯(lián)軸器17、絲杠5和絲杠螺母16組成一個(gè)傳動(dòng)鏈，絲杠螺母16與構(gòu)件桿19的位于下方的虎克鉸4的靜鉸鏈體12固定連接，動(dòng)平臺(tái)1位于底座2的上方，動(dòng)平臺(tái)1通過(guò)構(gòu)件桿19與絲杠5相連接，拉簧7對(duì)稱設(shè)置在構(gòu)件桿19的兩側(cè)，拉簧7的一端連接在位于上方的虎克鉸4的動(dòng)鉸鏈體13的側(cè)表面上，拉簧7的另一端連接在底座2的上表面上位于下方的虎克鉸4的兩側(cè)處。
具體實(shí)施方式
二下面結(jié)合圖3、圖4具體說(shuō)明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同點(diǎn)是原使用的虎克鉸4改為用錐軸虎克鉸，所述錐軸虎克鉸由十字頂尖軸10、無(wú)內(nèi)套的滾珠軸承9、密封端蓋11、靜鉸鏈件12和動(dòng)鉸鏈體13組成，十字頂尖軸10為二根兩端是圓錐的，軸中部連接在一起所形成的十字形體，靜鉸鏈體12上開(kāi)有孔12-1，動(dòng)鉸鏈體13上開(kāi)有孔13-1，孔12-1和孔13-1的外端部?jī)?nèi)孔表面上開(kāi)有內(nèi)螺紋14，密封端蓋的外圓表面上開(kāi)有外螺紋，滾珠軸承9鑲在孔12-1或孔13-1的內(nèi)端部圓柱內(nèi)孔表面上，十字頂尖軸10的四個(gè)圓錐端部插在滾珠軸承9的內(nèi)孔中，密封端蓋11旋合在孔12-1或孔13-1的內(nèi)螺紋14中。
具體實(shí)施方式
三下面結(jié)合圖2、圖5和圖6具體說(shuō)明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同點(diǎn)是虎克鉸4的靜鉸鏈體12的根部12-2被彎折，彎折的根部12-2與動(dòng)平臺(tái)1的下表面垂直，靜鉸鏈體12的梢部12-3與處于未工作的靜態(tài)位置時(shí)的連接桿3同心。靜鉸鏈體12彎折后擴(kuò)大了動(dòng)鉸鏈體13的轉(zhuǎn)動(dòng)空間，從而擴(kuò)大了動(dòng)平臺(tái)的工作行程空間，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，在并聯(lián)定位平臺(tái)的整體尺寸都是300毫米×300毫米×300毫米(長(zhǎng)×寬×高)的條件下，現(xiàn)有技術(shù)的并聯(lián)定位平臺(tái)沿X、Y、Z三軸的直線行程在±8毫米左右，繞三軸的轉(zhuǎn)動(dòng)行程在±5°左右，而本發(fā)明的并聯(lián)定位平臺(tái)能達(dá)到沿X、Y、Z三軸的直線行程在+20毫米左右，繞三軸的轉(zhuǎn)動(dòng)行程在±8°至±10°之間。
具體實(shí)施方式
四下面結(jié)合圖3具體說(shuō)明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式與實(shí)施方式二的不同點(diǎn)是十字頂尖軸10的尖端部角α在55°至75°之間。其它組成和連接關(guān)系與實(shí)施方式三相同。
具體實(shí)施方式
五下面結(jié)合圖3具體說(shuō)明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式與實(shí)施方式二的不同點(diǎn)是十字頂尖軸10的尖端部角α為60°。其它組成和連接關(guān)系與實(shí)施方式三相同。
權(quán)利要求
1.一種六自由度宏動(dòng)精密并聯(lián)定位平臺(tái)，它包括動(dòng)平臺(tái)(1)、底座(2)、絲杠(5)、定平臺(tái)(6)和六根構(gòu)件桿(19)，構(gòu)件桿(19)由位于兩端的虎克鉸(4)和位于中間的連接桿(3)組成，其特征在于它還包括拉簧(7)，拉簧(7)對(duì)稱設(shè)置在構(gòu)件桿(19)的兩側(cè)，拉簧(7)的一端連接在位于上方的虎克鉸(4)的動(dòng)鉸鏈體(13)的側(cè)表面上，拉簧(7)的另一端連接在底座(2)的上表面上位于下方的虎克鉸(4)的兩側(cè)處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六自由度宏動(dòng)精密并聯(lián)定位平臺(tái)，其特征是虎克鉸(4)的靜鉸鏈體(12)的根部(12-2)被彎折，彎折的根部(12-2)與動(dòng)平臺(tái)(1)的下表面垂直，靜鉸鏈體(12)的梢部(12-3)與處于未工作的靜態(tài)位置時(shí)的連接桿(3)同心。
3.一種用于六自由度宏動(dòng)精密并聯(lián)定位平臺(tái)的錐軸虎克鉸，它包括靜鉸鏈體(12)和動(dòng)鉸鏈體(13)，其特征是它還包括十字頂尖軸(10)、無(wú)內(nèi)套的滾珠軸承(9)、密封端蓋(11)、靜鉸鏈體(12)和動(dòng)鉸鏈體(13)，十字頂尖軸(10)為二根兩端是圓錐的，軸中部連接在一起所形成的十字形體，靜鉸鏈體(12)上開(kāi)有孔(12-1)，動(dòng)鉸鏈體(13)上開(kāi)有孔(13-1)，孔(12-1)和孔(13-1)的外端部?jī)?nèi)孔表面上開(kāi)有內(nèi)螺紋(14)，密封端蓋(11)的外圓表面上開(kāi)有外螺紋，滾珠軸承(9)鑲在孔(12-1)或孔(13-1)的內(nèi)端部圓柱內(nèi)孔表面上，十字頂尖軸(10)的四個(gè)圓錐端部插在滾珠軸承(9)的內(nèi)孔中，密封端蓋(11)旋合在孔(12-1)或孔(13-1)的內(nèi)螺紋(14)中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的錐軸虎克鉸，其特征是十字頂尖軸(10)的尖端部角α在55°至75°，之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的錐軸虎克鉸，其特征是十字頂尖軸(10)的尖端部角α為60°。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種用于精密作業(yè)的六自由度并聯(lián)定位平臺(tái)。本發(fā)明還涉及用于該定位平臺(tái)的虎克鉸。它包括動(dòng)平臺(tái)(1)、底座(2)、絲杠(5)、定平臺(tái)(6)和六根構(gòu)件桿(19)，構(gòu)件桿(19)由位于兩端的虎克鉸(4)和位于中間的連接桿(3)組成，它還包括拉簧(7)，拉簧(7)對(duì)稱設(shè)置在構(gòu)件桿(19)的兩側(cè)，拉簧(7)的一端連接在位于上方的虎克鉸(4)的動(dòng)鉸鏈體(13)的側(cè)表面上，拉簧(7)的另一端連接在底座(2)的上表面上位于下方的虎克鉸(4)的兩側(cè)處。本發(fā)明的并聯(lián)定位平臺(tái)的位移重復(fù)精度可以達(dá)到0.5μm，具有高精度、高剛度和結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，可以廣泛地用在微機(jī)械裝配、光學(xué)微調(diào)整、生物微操作、顯微醫(yī)療和超精密加工等精密作業(yè)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)B25H1/00GK1572437SQ03111439
公開(kāi)日2005年2月2日 申請(qǐng)日期2003年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月10日
發(fā)明者張秀峰, 孫立寧 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué), 哈爾濱工業(yè)大學(xué)博實(shí)精密測(cè)控有限責(zé)任公司