本發(fā)明涉及一種三自由度運(yùn)動(dòng)平臺結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。

背景技術(shù)：

三自由度運(yùn)動(dòng)平臺由于只有三個(gè)驅(qū)動(dòng)源，因此最多只能實(shí)現(xiàn)三個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)。三自由度運(yùn)動(dòng)平臺的常規(guī)運(yùn)動(dòng)原理如圖1所示為：三個(gè)電缸或直線電機(jī)8可以提供直線驅(qū)動(dòng)力，如圖1所示，當(dāng)三個(gè)電缸/直線電機(jī)8出現(xiàn)如下幾種工作狀態(tài)時(shí)，動(dòng)平臺9會(huì)實(shí)現(xiàn)繞X/Y軸的轉(zhuǎn)動(dòng)：第一種狀態(tài)：1個(gè)電缸/直線電機(jī)8獨(dú)立運(yùn)行；第二種狀態(tài)：2個(gè)電缸/直線電機(jī)8同向運(yùn)行；第三種狀態(tài)：2個(gè)電缸/直線電機(jī)8相向運(yùn)行；第四種狀態(tài)：3個(gè)電缸/直線電機(jī)8運(yùn)行，其中1個(gè)與另外2個(gè)運(yùn)行方向相反。當(dāng)三個(gè)電缸同向運(yùn)行時(shí)，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺9沿Z軸的移動(dòng)。

目前的三自由度運(yùn)動(dòng)平臺存在以下缺點(diǎn)：傳統(tǒng)的三自由度運(yùn)動(dòng)平臺在動(dòng)平臺繞X/Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，旋轉(zhuǎn)軸非定軸，因此要實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，需要3個(gè)驅(qū)動(dòng)源配合運(yùn)動(dòng)，在一定程度上增加了控制算法的復(fù)雜程度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種新型三自由度運(yùn)動(dòng)平臺，解決現(xiàn)有技術(shù)中的三自由度運(yùn)動(dòng)平臺結(jié)構(gòu)存在的控制算法復(fù)雜的問題。

為達(dá)到解決上述技術(shù)問題的目的，本發(fā)明采用所提出的三自由度運(yùn)動(dòng)平臺采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種三自由動(dòng)運(yùn)動(dòng)平臺，包括動(dòng)平臺、靜平臺，所述動(dòng)平臺與所述靜平臺相對設(shè)置，包括：磁驅(qū)動(dòng)組件，相對設(shè)置在動(dòng)平臺和靜平臺之間，在通電后相互作用用以產(chǎn)生磁驅(qū)動(dòng)力；導(dǎo)向件，用于限制動(dòng)平臺使其做上下運(yùn)動(dòng)，所述導(dǎo)向件與所述動(dòng)平臺間具有間距；支撐件，設(shè)置在靜平臺上方，用于起支撐作用；旋轉(zhuǎn)件，設(shè)置在所述動(dòng)平臺與靜平臺間，用于限定動(dòng)平臺沿設(shè)定軸向轉(zhuǎn)動(dòng)；所述旋轉(zhuǎn)件一端與所述動(dòng)平臺固定，另一端和所述支撐件固定。

本發(fā)明還存在以下附件技術(shù)特征：

進(jìn)一步的，磁驅(qū)動(dòng)組件包括第一磁性件和第二磁性件，所述動(dòng)平臺沿其周向至少均勻設(shè)置有3個(gè)所述第一磁性件，所述第二磁性件設(shè)置在所述靜平臺上且與所述第一磁性件對應(yīng)設(shè)置。

進(jìn)一步的，所述導(dǎo)向件與所述支撐件固定連接且可抽拉的插裝在所述靜平臺內(nèi)，所述靜平臺上設(shè)置有用于插裝導(dǎo)向件的插裝孔。

進(jìn)一步的，所述導(dǎo)向件與所述靜平臺固定且可抽拉的插裝在所述支撐件內(nèi)。

進(jìn)一步的，所述第一磁性件為永磁鐵，所述第二磁性件為磁性線圈，所述磁性線圈包括感應(yīng)線圈和推力線圈。

進(jìn)一步的，所述支撐件為法蘭支撐盤，所述法蘭支撐盤包括第一法蘭盤、連接柱和第二法蘭盤，所述第一法蘭盤和第二法蘭盤通所述連接柱連接固定，所述第一法蘭盤直徑小于所述第二法蘭盤直徑，所述第一法蘭盤上設(shè)置有螺紋孔，所述第二法蘭盤上設(shè)置有便于導(dǎo)向件穿過的穿孔。

進(jìn)一步的，所述旋轉(zhuǎn)件的上端通過第一緊固件與所述動(dòng)平臺固定，所述旋轉(zhuǎn)件的下端通過第二緊固件與所述第一法蘭盤連接固定，所述第一緊固件和第二緊固件為螺栓或螺釘。

進(jìn)一步的，所述導(dǎo)向件為方形導(dǎo)向桿、圓形導(dǎo)向柱或?qū)蜍壍溃霾逖b孔直徑大于所述導(dǎo)向件的最大輪廓外徑。

進(jìn)一步的，所述旋轉(zhuǎn)件為胡克鉸鏈或球鉸鏈。

本發(fā)明存在以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果：

本發(fā)明提出的三自由度驅(qū)動(dòng)平臺結(jié)構(gòu)，通過磁驅(qū)動(dòng)力作用進(jìn)行平臺的上下運(yùn)動(dòng)和翻轉(zhuǎn)，整體上簡化了平臺結(jié)構(gòu)構(gòu)成，整體設(shè)備僅有2組約束件，與傳統(tǒng)的三自由度運(yùn)動(dòng)平臺相比減少約束的數(shù)目；不再采用電缸/直線電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源，而是采用電磁驅(qū)動(dòng)，減輕了設(shè)備的整體重量，實(shí)現(xiàn)了平臺的輕量化；動(dòng)平臺繞X/Y軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過旋轉(zhuǎn)件實(shí)現(xiàn)了定軸約束，簡單了控制算法；動(dòng)平臺的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度不再受限于平臺尺寸，保證平臺承載能力的前提下實(shí)現(xiàn)了設(shè)備小型化。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)的三自由度運(yùn)動(dòng)平臺結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明三自由度運(yùn)動(dòng)平臺的立體結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明的三自由度運(yùn)動(dòng)平臺的結(jié)構(gòu)分解圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，本發(fā)明提出一種三自由度運(yùn)動(dòng)平臺的實(shí)施例，參照圖2-圖3所示，包括動(dòng)平臺1、靜平臺2，所述動(dòng)平臺1與所述靜平臺2呈相對設(shè)置，動(dòng)平臺1可相對于靜平臺2做上下方向的直線運(yùn)動(dòng)或一定角度的翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其動(dòng)力驅(qū)動(dòng)源為磁驅(qū)動(dòng)組件。具體的，磁驅(qū)動(dòng)組件，相對設(shè)置在動(dòng)平臺1和靜平臺2之間，在通電后可相互作用產(chǎn)生磁驅(qū)動(dòng)力。優(yōu)選的，本實(shí)施例中的磁驅(qū)動(dòng)組件包括第一磁性件3和第二磁性件4，通過第一磁性件3和第二磁性件4的相互作用產(chǎn)生的磁驅(qū)動(dòng)力作用于動(dòng)平臺1上，使其運(yùn)動(dòng)。在設(shè)置時(shí)，可使動(dòng)平臺1沿其周向至少均勻設(shè)置3個(gè)第一磁性件3，沿動(dòng)平臺1的三角位置設(shè)置，實(shí)現(xiàn)對動(dòng)平臺1的平穩(wěn)的力的作用，當(dāng)然，為確保施加給動(dòng)平臺1作用力更加穩(wěn)定，可設(shè)置多個(gè)輔助的第一磁性件3，沿動(dòng)平臺1周向上均勻布置，在此不做具體數(shù)目的限制。對應(yīng)的，在靜平臺2上設(shè)置第二磁性件4，與所述第一磁性件3位置對應(yīng)設(shè)置，用于確保可相互作用產(chǎn)生磁驅(qū)動(dòng)力。優(yōu)選的，所述第一磁性件3為永磁鐵，所述第二磁性件4為磁性線圈，所述磁性線圈包括感應(yīng)線圈和推力線圈。

本實(shí)施例中以第一磁性件3為永磁鐵，第二磁性件4為磁性線圈，且數(shù)目設(shè)置有3個(gè)三個(gè)點(diǎn)中的其中一單點(diǎn)為例介紹動(dòng)平臺的運(yùn)動(dòng)原理：三個(gè)電磁線圈在靜平臺2上按等邊三角形排列，當(dāng)然也可以為非等邊三角形排列，優(yōu)選的為呈等邊三角形排列，當(dāng)給某個(gè)電磁線圈通電時(shí)，電磁線圈會(huì)對永磁鐵產(chǎn)生直線推力，當(dāng)電磁線圈產(chǎn)生的直線推力等于動(dòng)平臺1在該點(diǎn)的重力分量時(shí)，動(dòng)平臺1會(huì)保持平衡；當(dāng)向上的直線推力大于該點(diǎn)的重力分量時(shí)，該點(diǎn)會(huì)具有向上的加速度；當(dāng)向上的直線推力小于該點(diǎn)的重力分量時(shí)，該點(diǎn)會(huì)具有向下的加速度。該點(diǎn)的最終受力大小由對該點(diǎn)的電磁線圈所通的電流大小來決定。當(dāng)該點(diǎn)的合力向上時(shí)，會(huì)實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺1的單點(diǎn)上升；當(dāng)該點(diǎn)的合力向下時(shí)會(huì)實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺1的下降，當(dāng)有一個(gè)或者兩個(gè)電磁線圈被通以合適的電流大小時(shí)，則動(dòng)平臺1則會(huì)實(shí)現(xiàn)X/Y軸方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)三個(gè)電磁線圈都被通以合適的電流大小時(shí)，則動(dòng)平臺1會(huì)實(shí)現(xiàn)Z軸方向的上下移動(dòng)。

支撐件5，設(shè)置在靜平臺2上方，用于起支撐作用；進(jìn)一步的，支撐件5為法蘭支撐盤，法蘭支撐盤包括第一法蘭盤51、連接柱52和第二法蘭盤53，所述第一法蘭盤51和第二法蘭盤53通所述連接柱52連接固定，所述第一法蘭盤51直徑小于所述第二法蘭盤53直徑，所述第一法蘭盤51上設(shè)置有螺紋孔，第二法蘭盤53上設(shè)置有穿孔。

由于電磁線圈和永磁鐵的組合缺少約束連接，因此在動(dòng)平臺1的運(yùn)動(dòng)過程中，通過設(shè)置一旋轉(zhuǎn)件6用于限定動(dòng)平臺的自由度，旋轉(zhuǎn)件6，設(shè)置在所述動(dòng)平臺1與靜平臺2間，用于限定動(dòng)平臺使其沿設(shè)定軸向轉(zhuǎn)動(dòng)；旋轉(zhuǎn)件6一端與動(dòng)平臺1固定，另一端和支撐件5固定。優(yōu)選的，所述旋轉(zhuǎn)件6的上端通過第一緊固件與所述動(dòng)平臺1固定，所述旋轉(zhuǎn)件6的下端通過第二緊固件與所述第一法蘭盤51連接固定，所述第一緊固件和第二緊固件為螺栓或螺釘。旋轉(zhuǎn)件6的上端和下端均通過螺栓或螺釘與動(dòng)平臺1和支撐件5進(jìn)行固定。優(yōu)選的，旋轉(zhuǎn)件6為胡克鉸鏈，其中心內(nèi)部設(shè)置有十字軸，在動(dòng)平臺1進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可限制動(dòng)平臺1沿其只能沿其中心的十字軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了對動(dòng)平臺1自由度的約束,簡化了控制算法；當(dāng)然，本實(shí)施例中的旋轉(zhuǎn)件6也可以選用具有和胡克鉸鏈結(jié)構(gòu)類似的球鉸鏈來實(shí)現(xiàn)，在此不做具體限制。

本實(shí)施例中還設(shè)置一導(dǎo)向件7，用于限制動(dòng)平臺1使其做上下運(yùn)動(dòng)，所述導(dǎo)向件7與所述動(dòng)平臺1間具有間距，導(dǎo)向件7和動(dòng)平臺1之間的間距可用于確保動(dòng)平臺1在上下移動(dòng)或翻轉(zhuǎn)一定的角度時(shí)不會(huì)與導(dǎo)向桿7碰撞進(jìn)而干涉到動(dòng)平臺1的運(yùn)動(dòng)，間距設(shè)置的具體值可根據(jù)不同尺寸大小的動(dòng)平臺1進(jìn)行針對性設(shè)置，在此不做贅述。作為本實(shí)施例中導(dǎo)向件7的一種設(shè)置方式為：導(dǎo)向件7與支撐件5固定連接且可抽拉的插裝在靜平臺2內(nèi)，靜平臺2周向設(shè)置有用于插裝導(dǎo)向件7的插裝孔，插裝孔為導(dǎo)向件7的限位導(dǎo)向孔，使導(dǎo)向件7在插裝孔內(nèi)上下抽拉運(yùn)動(dòng)。在3個(gè)電磁線圈同時(shí)通電，動(dòng)平臺1做繞Z軸方向直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，可通過動(dòng)平臺1帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)件6，旋轉(zhuǎn)件6帶動(dòng)支撐件5和導(dǎo)向件7同步做沿導(dǎo)向件7軸向方向在插裝孔內(nèi)上下滑動(dòng)。

進(jìn)一步的，所述導(dǎo)向件7為方形導(dǎo)向桿、圓形導(dǎo)向柱或?qū)蜍壍溃逖b孔直徑大于所述導(dǎo)向件7的最大輪廓外徑。便于導(dǎo)向桿7在插裝孔內(nèi)部做上下滑動(dòng)。

作為本實(shí)施例中導(dǎo)向件的另外一種實(shí)施方式為：導(dǎo)向件7與靜平臺2固定且可抽拉的插裝在所述支撐件5內(nèi)，導(dǎo)向件7穿過支撐件5上的第二法蘭盤53上的穿孔后與靜平臺2固定連接在一起，在3個(gè)電磁線圈同時(shí)通電，動(dòng)平臺1做繞Z軸方向直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，可通過動(dòng)平臺1帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)件6，旋轉(zhuǎn)件6帶動(dòng)支撐件5沿導(dǎo)向件7軸向方向上下滑動(dòng)。

本實(shí)施例中提出的三自由度運(yùn)動(dòng)平臺與現(xiàn)有的三自由度運(yùn)動(dòng)平臺相比，驅(qū)動(dòng)源簡化為電磁線圈+永磁鐵組合的驅(qū)動(dòng)形式，代替了現(xiàn)有的伺服電機(jī)+絲杠組合/直線電機(jī)的驅(qū)動(dòng)形式，實(shí)現(xiàn)了無實(shí)物軌道驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)平臺1繞X/Y軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和沿Z軸的直線運(yùn)動(dòng)；簡化了平臺結(jié)構(gòu)，整個(gè)平臺的約束件數(shù)目減少到只有一個(gè)旋轉(zhuǎn)件6和導(dǎo)向件7和支撐件5的結(jié)構(gòu)組合，與傳統(tǒng)的三自由度運(yùn)動(dòng)平臺相比減少2個(gè)萬向節(jié)和3個(gè)鉸鏈，減少了約束的數(shù)目，實(shí)現(xiàn)了約束的最優(yōu)化；取消了電缸/直線電機(jī)，減輕了設(shè)備的整體重量；通過旋轉(zhuǎn)件6、導(dǎo)向件7對動(dòng)平臺1自由度進(jìn)行約束，使動(dòng)平臺1只能做繞X/Y軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和繞Z軸方向的上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了定軸約束，簡化了平臺的控制算法；動(dòng)平臺1的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度不再受限于平臺尺寸，在保證平臺承載能力的前提下實(shí)現(xiàn)了設(shè)備小型化。

以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其進(jìn)行限制；盡管參照前述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，依然可以對前述實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明所要求保護(hù)的技術(shù)方案的精神和范圍。