六自由度宏动精密并联定位平台及用于该平台的锥轴虎克铰

摘要

本发明公开一种用于精密作业的六自由度并联定位平台。本发明还涉及用于该定位平台的虎克铰。它包括动平台(1)、底座(2)、丝杠(5)、定平台(6)和六根构件杆(19)，构件杆(19)由位于两端的虎克铰(4)和位于中间的连接杆(3)组成，它还包括拉簧(7)，拉簧(7)对称设置在构件杆(19)的两侧，拉簧(7)的一端连接在位于上方的虎克铰(4)的动铰链体(13)的侧表面上，拉簧(7)的另一端连接在底座(2)的上表面上位于下方的虎克铰(4)的两侧处。本发明的并联定位平台的位移重复精度可以达到0.5μm，具有高精度、高刚度和结构紧凑等优点，可以广泛地用在微机械装配、光学微调整、生物微操作、显微医疗和超精密加工等精密作业领域。

说明书

技术领域：本发明涉及一种用于精密作业的六自由度并联定位平台。本发明还涉及用于该定位平台的虎克铰。

背景技术：目前，精密作业日益向着纳米尺度发展，因而对精密定位机构提出了更高的要求，急切需求一种操作的行程空间大，同时定位精度还要高的定位平台，在我国，几十毫米运动行程的并联运动平台的定位精度只能达到微米级(几十微米到几微米)，归其原因，首先作为并联运动平台联接机构的虎克铰(或球铰)间隙及其与连接杆之间的安装间隙影响了精度的提高，其次虎克铰安装角度不当限制了定位平台的行程。

发明内容：为了克服现有技术的并联定位平台的定位精度低的缺陷，提供一种定位精度高的并联定位平台。本发明是通过下述方案予以实现的，一种六自由度宏动精密并联定位平台及用于该平台的锥轴虎克铰，它包括动平台1、底座2、丝杠5、定平台6和六根构件杆19，构件杆19由位于两端的虎克铰4和位于中间的连接杆3组成，它还包括拉簧7，拉簧7对称设置在构件杆19的两侧，拉簧7的一端连接在位于上方的虎克铰4的动铰链体13的侧表面上，拉簧7的另一端连接在底座2的上表面上位于下方的虎克铰4的两侧处。因为每个构件杆19与底座2之间都连接有拉簧7，通过拉簧7的予紧力既消除了虎克铰4内部向下的窜动间隙和虎克铰4与连接杆3相连接部位向下的窜动间隙，也消除了构件杆19在工作中向上窜动的可能，使得构件杆19始终在单面无间隙的条件下工作，使并联定位平台的精度得到很大提高。

本发明还提供一种用于该定位平台的锥轴虎克铰。它是通过如下方案予以实现的，它包括十字顶尖轴10、无内套的滚珠轴承9、密封端盖11、静铰链体12和动铰链体13，十字顶尖轴10为二根两端是圆锥的，轴中部连接在一起所形成的十字形体，静铰链体12上开有孔12-1，动铰链体13上开有孔13-1，孔12-1和孔13-1的外端部内孔表面上开有内螺纹14，密封端盖11的外圆表面上开有外螺纹，滚珠轴承9镶在孔12-1或孔13-1的内端部圆柱内孔表面上，十字顶尖轴10的四个圆锥端部插在滚珠轴承9的内孔中，密封端盖11旋合在孔12-1或孔13-1的内螺纹14中。通过旋紧密封端盖11，可以减小十字顶尖轴10与滚珠轴承9的配合间隙，提高结构的刚度，从而提高本发明锥轴虎克铰的旋转精度。旋松卸下密封端盖11，就可以很方便地卸下滚珠轴承9进而卸掉十字顶尖轴10。运用了本发明锥轴虎克铰的并联定位平台的定位精度因虎克铰的精度提高而得到大大提高，同时本发明锥轴虎克铰在定位平台上安装和拆卸都很方便，使检修、维护本发明的并联定位平台较容易。

本发明的并联定位平台的位移重复精度可以达到0.5μm，具有高精度、高刚度和结构紧凑等优点，可以广泛地用在微机械装配、光学微调整、生物微操作、显微医疗和超精密加工等精密作业领域。

附图说明：图1是本发明并联定位平台的立体结构示意图，图2是本发明并联定位平台的结构示意图，图3是本发明锥轴虎克铰的结构示意图，图4是传统虎克铰的结构示意图，图5是现有技术虎克铰与动平台1的连接结构示意图，图6是本发明实施方式三中虎克铰4与动平台1的连接结构示意图。

具体实施方式一：下面结合图2具体说明本实施方式。它由动平台1、底座2、丝杠5、定平台6、拉簧7、由位于两端的虎克铰4和位于中间的连接杆3组成的六个相同的构件杆19、丝杠螺母16、联轴器17、电机18和立柱20组成，底座2与位于其下方的定平台6互相平行，并且通过立柱20连接成一个框架式的整体，电机18、联轴器17、丝杠5和丝杠螺母16组成一个传动链，丝杠螺母16与构件杆19的位于下方的虎克铰4的静铰链体12固定连接，动平台1位于底座2的上方，动平台1通过构件杆19与丝杠5相连接，拉簧7对称设置在构件杆19的两侧，拉簧7的一端连接在位于上方的虎克铰4的动铰链体13的侧表面上，拉簧7的另一端连接在底座2的上表面上位于下方的虎克铰4的两侧处。

具体实施方式二：下面结合图3、图4具体说明本实施方式。本实施方式与实施方式一的不同点是：原使用的虎克铰4改为用锥轴虎克铰，所述锥轴虎克铰由十字顶尖轴10、无内套的滚珠轴承9、密封端盖11、静铰链件12和动铰链体13组成，十字顶尖轴10为二根两端是圆锥的，轴中部连接在一起所形成的十字形体，静铰链体12上开有孔12-1，动铰链体13上开有孔13-1，孔12-1和孔13-1的外端部内孔表面上开有内螺纹14，密封端盖的外圆表面上开有外螺纹，滚珠轴承9镶在孔12-1或孔13-1的内端部圆柱内孔表面上，十字顶尖轴10的四个圆锥端部插在滚珠轴承9的内孔中，密封端盖11旋合在孔12-1或孔13-1的内螺纹14中。

具体实施方式三：下面结合图2、图5和图6具体说明本实施方式。本实施方式与实施方式一的不同点是：虎克铰4的静铰链体12的根部12-2被弯折，弯折的根部12-2与动平台1的下表面垂直，静铰链体12的梢部12-3与处于未工作的静态位置时的连接杆3同心。静铰链体12弯折后扩大了动铰链体13的转动空间，从而扩大了动平台的工作行程空间，经实验证明，在并联定位平台的整体尺寸都是300毫米×300毫米×300毫米(长×宽×高)的条件下，现有技术的并联定位平台沿X、Y、Z三轴的直线行程在±8毫米左右，绕三轴的转动行程在±5°左右，而本发明的并联定位平台能达到沿X、Y、Z三轴的直线行程在+20毫米左右，绕三轴的转动行程在±8°至±10°之间。

具体实施方式四：下面结合图3具体说明本实施方式。本实施方式与实施方式二的不同点是：十字顶尖轴10的尖端部角α在55°至75°之间。其它组成和连接关系与实施方式三相同。

具体实施方式五：下面结合图3具体说明本实施方式。本实施方式与实施方式二的不同点是：十字顶尖轴10的尖端部角α为60°。其它组成和连接关系与实施方式三相同。