精确约束二自由度微动角位移机构设计

为了研制面向精密工程的微动角位移机构,采用旋量代数分析了3-HSE和3-HSVR三螺旋角位移机构的自由度和约束模式。分析表明,基于"不共线三点确定一个平面"设计的角位移机构存在欠约束和欠确定运动问题,由此导致机构的位姿和运动具有不确定性。因此,提出了双螺旋式精确约束二自由度角位移机构。这种机构在自然状态下采用六点约束,具有确定位姿;在输入状态下自由度数等于输入数,具有确定运动。采用矢量运动变换方法证明了机构在不同输入模式下的姿态调整原理并利用机构运动几何关系分析了机构灵敏度,结果表明,该角位移机构灵敏度优于0.83μrad。这种角位移机构仅采用两个螺旋支链,结构简单、位姿和运动确定、稳定性高,可用于两个自由度的姿态调整。

大型精密转台高精度角度微驱动装置的研制

针对用于标定和检测的大型精密转台(要求其定位误差≤±0.5″),研制了高精度角度微驱动装置。介绍了转台的总体结构,给出了角度微驱动装置的驱动原理和构成。该角度微驱动装置主要通过一个角位移转换机构把精密直线位移转化为精密角位移来实现高的角度分辨率,其在驱动转台旋转的过程中几乎不给转台带来轴向力和径向力,因此不影响转台的轴系精度。为了满足定位要求,转台设计采用了粗精结合、二次定位的方法,即先采用力矩电机进行粗定位,然后使用角度微驱动装置来实现精定位。最后,从理论上计算了角度微驱动装置的分辨率并进行了测试和应用验证,证明此角度微驱动装置的分辨率优于0.08″,满足转台定位精度要求。