一种移动副驱动的四支链空间六自由度并联机构

本发明涉及精密定位领域，尤其涉及一种移动副驱动的四支链空间六自由度并联机构。

背景技术：

1、随着机械科学、电子信息科学与光学科学等领域的高速发展与交叉融合，集成光、机、电等技术的微型机电产品在航空航天、尖端武器装备、微电子、生物医学等领域的应用需求激增。在这类产品的生产中，如何将具有不同三维几何结构和不同材料制造的跨尺度微小零件进行精密无损装配以形成空间复杂微机电系统是其制造中的关键环节。相较于传统显微镜辅助下的人工装配，采用高精度、多自由度定位平台(机器人)进行自动微装配具有一致性好、可靠性高等众多优点。

2、然而，当前的空间多自由度定位平台存在空间姿态不灵活、运动精度低等问题，在运动范围方面，也存在着精度高运动范围小或运动范围大而精度低的综合能力差等问题。除了微型装配技术领域，在基于视觉的微小零件三维形貌静动态测量等应用中，也亟需高精度的空间多自由度定位平台。

3、高健等在中国发明公开专利cn108638043a中公开了“一种共面驱动的六自由度宏微并联机器人平台”，包括：四个呈十字形对称分布的单自由度驱动装置，各所述单自由度驱动装置均包括可滑动的核心运动平台，各所述核心运动平台上均设有与其同步运动的移动部件，各所述移动部件上均设有相对其上下滑动的滑块，各所述滑块上均设有相对其滑动的转动部件，所述转动部件的运动轨迹垂直于与其对应的所述核心运动平台的运动轨迹，四个所述转动部件之间用于放置动平台。在该方案中渠驱动结构的选型不够灵活，且绕xyz三个轴的旋转工作空间较小，且整体结构的尺寸较大，且整个机构的精度较低。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种移动副驱动的四支链空间六自由度并联机构，该机构可以在保证大范围宏观运动的前提下有效解决目前微装配领域辅助机构调整精度低、不够灵活、工作空间小的问题，为后续精密微装配机器人研究和应用提供了新的思路，除此之外，还可以解决微小零件形貌三维动静态扫描时零件无法进行姿态调整的问题，具有运动空间大、精度高、灵活性好、负载能力强、结构紧凑等优点。

2、本发明至少通过如下技术方案之一实现。

3、本发明提供的一种移动副驱动的四支链空间六自由度并联机构(精密定位平台构型)，可用于辅助sem、afm、微装配等应用中实现空间中复杂姿态的高精密定位，包括底座、ppps驱动支链和载物台，

4、ppps驱动支链设置在底座和载物台之间，且设置有4组ppps驱动支链构成4-ppps的并联精密定位平台；

5、每个ppps驱动支链包括三平移运动副串联关节和球铰链关节，三平移运动副串联关节包括设置在底座上的第三移动关节、第二移动关节和第一移动关节，第二移动关节正交设置在第三移动关节上，第一移动关节倾斜设置在第二移动关节上且与底座平面呈夹角设置，球铰链关节设置在第一移动关节上，所述载物台设置在球铰链关节上，通过ppps驱动支链驱动载物台实现载物台沿x轴、y轴和z轴三个方向的平移和旋转运动。

6、具体的，第一移动关节与第二移动关节正交放置，第三移动关节与底座平面有一定夹角，可以满足在空间坐标系中三个方向的运动，球铰链关节与三平移运动副串联关节串联组成并联精密定位平台的一条ppps驱动支链，在载物台与底座之间共有四组通过装配关系可以组成结构为4-ppps的并联精密定位平台。

7、具体的，第一移动关节与底座平面之间的夹角为0到90°。

8、具体的，每个ppps驱动支链还包括载物台连接件，载物台连接件与球铰链伸出的连接杆配合连接以传递动力，载物台与载物台连接件固定连接。载物台连接件主要用于球铰链关节与载物台之间的固定，载物台连接件上设计有内螺纹孔，可以与球铰链关节中的球铰链伸出的连接杆配合实现固定以及运动的传递。

9、所述载物台连接件、球铰链关节、三平移运动副串联关节依次连接，串联装配成ppps驱动支链，三平移运动副串联关节可以提供三个平移自由度至载物台连接件，球铰链关节可以提供三个旋转自由度至载物台连接件，因此在球铰链关节和三平移运动副串联关节的配合下可以实现载物台连接件三个自由度的灵活运动。

10、具体的所述的球铰链关节包括球铰链和球铰链串联转接板，球铰链串联转接板固定在第一移动关节上，球铰链与球铰链串联转接板之间通过螺栓连接。所述的球铰链共有三个旋转自由度，分别为绕x轴、y轴和z轴的旋转。

11、具体的，所述三平移运动副串联关节还包括第一连接板和第二连接板，第一移动关节和第二移动关节之间通过第一连接板连接，第二移动关节和第三移动关节之间通过第二连接板连接。

12、优选的，依次连接的第一移动关节、第一连接板、第二移动关节、第二连接板、第三移动关节之间均是通过螺栓连接配合，可以实现第三移动关节运动带动第一移动关节、第一连接板、第二移动关节、第二连接板做同步运动运动，第二移动关节带动第一移动关节、第一连接板做同步运动，第一移动关节则通过与球铰链关节的配合传递运动，通过串联关系即可将三个移动关节的运动传递至球铰链关节。

13、具体的，其中第一移动关节、第二移动关节和第三移动关节均为仅有一个平移自由度的平移运动副。

14、第二移动关节与第三移动关节的运动方向正交，可以实现连接在三平移运动副串联关节上的球铰链关节沿x轴和y轴两个方向的运动；所述的第一移动关节的安装方向与xoy平面具有一定夹角，能够实现连接在三平移运动副串联关节上的球铰链关节沿z轴和y轴的平移运动，在第一移动关节、第二移动关节与第三移动关节的配合下，球铰链关节可以实现在空间中沿x轴、y轴和z轴三个方向的平移运动。

15、优选的，所述的第一移动关节、第二移动关节和第三移动关节，均包括移动副滑块和移动副导轨，移动副滑块可以沿移动副导轨单自由度运动，可以在外部输入移动副滑块在移动副导轨上的运动量得到确定的运动。

16、具体的，并联精密定位平台的载物台与底座之间共有四组结构相同且沿周向均布的ppps驱动支链固定于底座上，使整个并联精密定位平台装配为4-ppps并联构型。

17、优选的，所述的载物台装配于四条支链的上方，依靠载物台上设计的通孔与四条相同的ppps驱动支链上的载物台连接件连接并固定，同时能将来自四条ppps驱动支链的运动传递至载物台。

18、具体的，所述的移动副滑块在移动副导轨组成的单自由度运动副，所述运动副为直线驱动的驱动器，所述驱动器为超声电机、直线电机、步进电机、伺服电机、直流电机与丝杆和粘滑驱动器中的任一种。

19、具体的，所述的载物台连接件、球铰链关节、三平移运动副串联关节共同组成了并联精密定位平台的一条ppps驱动支链，其中球铰链关节为球副(s副)，三平移运动副串联关节中的第一移动关节、第二移动关节与第三移动关节为三个平移运动副(p副)。

20、具体的，并联精密定位平台的运动，通过选取四条支链中十二个p副中的其中六个接入驱动器如电机作为主动驱动副，剩下六个使用被动滑轨或也接入驱动器做为被动驱动副，在载物台的装配关系的约束下即可将驱动副的运动传递至载物台，实现载物台的灵活运动。

21、与现有技术相比，本发明至少能够实现以下有益效果：

22、(1)本发明利用4-ppps并联机构方案，提高结构的刚度与稳定性，并且可以灵活地将多种线性主动驱动结构应用于该构型上，通过对驱动副的选型，可以选择运动精度高的粘滑驱动作为线性驱动器，利用单自由度线性驱动结构驱动精度高的优点，传递运动至载物台即可实现高精度的运动，而运动范围广则可以使用行程长的粘滑驱动其作为驱动结构；由于采用并联机构的整体构型，因此整个结构可以在保证高精度的前提下实现六自由度的灵活运动。

23、(2)本发明的载物台用于承载微小零件，通过本技术的机构实现灵活运动，可以定点、定量地对微小零件的姿态进行调整，从而利于实现形貌的三位动静态扫描。

24、本技术机构可以根据选用驱动器尺寸的不同灵活地针对各种应用场景调整整体平台的大小，整体结构尺寸较小，且通过球铰链关节与载物台连接，能够有效提高机构的精度。