一种全柔顺微位移放大机构制造技术

本发明专利技术涉及一种全柔性微位移放大机构，其特征是：至少包括位移放大机构（1）、平行导向机构（2），位移放大机构（1）和平行导向机构（2）为左右对称结构，位移放大机构（1）对称的左右两端各包括三个刚性杆，左右两端三个刚性杆通过柔性铰链连接，左右两端上刚性杆分别与上导向块（11）左右柔性铰链连接，左右两端下刚性杆分别与下导向块(21)左右柔性铰链连接，位移放大机构（1）形成闭封的框体结构。它是一种结构简单、造价低廉、高精度、大行程的全柔性微位移放大机构，以便实现将微米级输入位移放大到毫米级输出位移，工作时整个机构全部受拉的状态避免了柔性铰链失稳，提高了整体结构侧向刚度和固有频率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于柔性机构领域，涉及一种全柔性微位移放大机构。
技术介绍
柔性铰链具有结构紧凑、无间隙无摩擦、易于控制、运动精度高等优点，受到了精微操控领域研究人员的广泛关注。现有的微位移放大机构主要有以下几种:(I)采取粗精平台相结合(macro-micro)的方法,采用分段式交互系统控制,精度高，可满足较大范围的运动，但结构臃肿复杂且成本较高。(2)采用移动式驱动系统，但目前产品尚未市场化，需自己开发，成本昂贵，且控制系统复杂。(3)用运动放大机构实现，如杠杆式机构、桥式机构等，常采用压电类驱动器与运动放大装置结合实现，此类机构结构较简单，成本较低。第三类位移放大装置目前运用较广，特别是全柔性的运动放大机构，但因柔性铰链的选型及其参数的设定尚未有科学的依据，设计者对柔性铰链的选型及其参数的设计往往存在很大的盲目性，以致设计的机构出现较大的误差，精度较低。为了提高机构的精度，减少机构的误差，设计者则可运用柔性铰链的通用模型将铰链的选型及其参数的设定统一到整个机构的设计和优化过程中，在对整个机构的设计优化中选定铰链及设定铰链的参数。由于应用和设计方法的不同，全柔性的运动放大机构工作时，机构中的各个铰链往往处于不同的受力状态，或受压，或受拉，这也会影响到整个机构的误差和精度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种结构简单、造价低廉、高精度、大行程的全柔性微位移放大机构，以便实现将微米级输入位移放大到毫米级输出位移，工作时整个机构全部受拉的状态避免了柔性铰链失稳，提高了整体结构侧向刚度和固有频率。本专利技术所采用的技术方案是:全柔性微位移放大机构，其特征是:至少包括位移放大机构、平行导向机构，位移放大机构和平行导向机构为左右对称结构，位移放大机构对称的左右两端各包括三个刚性杆，左右两端三个刚性杆通过柔性铰链连接，左右两端上刚性杆分别与上导向块左右柔性铰链连接，左右两端下刚性杆分别与下导向块左右柔性铰链连接，位移放大机构形成闭封的框体结构。所述的位移放大机构构成左右对称的框体结构，平行导向机构在框体结构内。所述的位移放大机构构成左右对称的框体结构，平行导向机构在框体结构下端。所述的平行导向机构包括两组对称的柔性杆体和下导向块，两组对称的柔性杆体一左一右分布在下导向块两侧，与下导向块左右对称。右柔性杆体包括第三柔性杆、第四柔性杆、第五柔性杆、第六柔性杆和右刚性杆，第三柔性杆、第四柔性杆、第五柔性杆、第六柔性杆从下到上并行与右刚性杆固结为一体，第三柔性杆、第四柔性杆、第五柔性杆、第六柔性杆等长等宽，第四柔性杆、第五柔性杆另一端与基础固定，第三柔性杆和第六柔性杆连接在下导向块的上下右侧位置。左柔性杆体包括第七柔性杆、第八柔性杆第九柔性杆、第十柔性杆左刚性杆第七柔性杆、第八柔性杆、第九柔性杆、第十柔性杆从下到上并行与左刚性杆固结为一体，第七柔性杆、第八柔性杆、第九柔性杆、第十柔性杆等长等宽，第八柔性杆、第九柔性杆另一端与基础固定，第七柔性杆和第十柔性杆连接在下导向块的上下左侧位置。所述的下导向块为工字型，工字型下端一体式固结有四方体刚性块，刚性块下端一左一右一体式固结有第六柔性铰链和第十二柔性铰链，第六柔性铰链和第十二柔性铰链另一端分别连接第四刚性杆和第八刚性杆，第四刚性杆和第八刚性杆下端又分别连接第五柔性铰链、第十一柔性铰链，通过第五柔性铰链、第十一柔性铰链的另一端与第三刚性杆和第七刚性杆的端头固结为一体。所述的上导向块为刚性块，第一柔性杆和第二柔性杆分别固结在刚性块下端左右位置，第一柔性杆和第二柔性杆另一端分别与第一刚性杆、第五刚性杆上端头连接，基础固定块分别通过第一柔性铰链、第七柔性铰链与第一刚性杆、第五刚性杆连接。本专利技术的有益效果是:成功地实现了一种全柔性微位移放大机构。其特征是:当有输入位移时，输入端导向块即上导向块按其导向方向运动，而与之相连接的刚性杆、柔性杆、柔性铰链也会随之运动，杠杆式位移放大机构将输入位移放大，平行导向机构提供了输出端的侧向输出刚度，放大后的位移在输出端导向块即下导向块处输出。在整个运动过程中，整个机构各处均处于受拉状态，避免了柔性铰链失稳，提高了整体结构侧向刚度和固有频率。整个机构的放大倍数可根据位移放大机构中刚性杆尺寸或机构中柔性铰链的位置进行调整，实现不同的放大倍数的需求。平行导向机构中调节柔性杆的长度以及柔性杆间的间距可以改变输出端的侧向刚度，柔性杆长度增加，侧向刚度减小。由于这种微位移放大机构结构简单、制造方便、造价低、使用可靠等特点，可用于微观领域科学研究中，如高精度零件的加工和组装、光纤的对接与定位等，用作高精度、高可靠性的定位、操控装备，可以推广应用到微机电系统、生物工程、微电子技术、光学等诸多学科的微细作业领域中。附图说明下面结合实施例附图对本专利技术做进一步说明: 图1是微位移放大机构的结构示意 图2是图1所示的微位移放大机构工作示意 图3是实施例2所示的微位移放大机构工作示意 图4是当有输入位移Yin作用在上导向块11上时，所述的柔性杆发生弯曲变形，刚性杆发生平移和转动，从而被放大后的位移Yout在下导向块21处输出时的工作示意图。图中:1、位移放大机构；2、平行导向机构；11、上导向块；121、第一刚性杆；122、第二刚性杆；123、第三刚性杆；124、第四刚性杆；125、第五刚性杆；126、第六刚性杆；127、第七刚性杆；128、第八刚性杆；131、第一柔性杆；132、第二柔性杆；141、第一柔性铰链；142、第二柔性铰链；143、第三柔性铰链；144、第四柔性铰链；145、第五柔性铰链；146、第六柔性铰链；147、第七柔性铰链；148、第八柔性铰链；149、第九柔性铰链；150、第十柔性铰链；151、第十一柔性铰链；152、第十二柔性铰链；21、下导向块；221、第九刚性杆；222、第十刚性杆杆；231、第三柔性杆；232、第四柔性杆；233、第五柔性杆；234、第六柔性杆；235、第七柔性杆；236、第八柔性杆；237、第九柔性杆；238、第十柔性杆。具体实施例方式实施例1 如图1所示，全柔性微位移放大机构，至少包括位移放大机构1、平行导向机构2，位移放大机构I和平行导向机构2为左右对称结构，位移放大机构I对称的左右两端各包括三个刚性杆，左端三个刚性杆(第一刚性杆121、第二刚性杆122、第三刚性杆123)和右端三个刚性杆(第五刚性杆125、第六刚性杆126、第七刚性杆127)，具体连接为，上导向块11与第一柔性杆131相接，第一柔性杆131的另一端与第一刚性杆121相接；第一柔性铰链141 一端固定；第一柔性铰链141、第二柔性铰链142跨接在第一刚性杆121的两端；第二柔性铰链142、第三柔性铰链143跨接在第二刚性杆122的两端；第三柔性铰链143、第五柔性铰链145跨接在第三刚性杆123的两端；第四柔性铰链144的一端固定，一端与第三刚性杆123相接；第五柔性铰链145、第六柔性铰链146跨接在第四刚性杆124的两端；第六柔性铰链146的另一端与下导向块21相接。对称的一侧为上导向块11与第二柔性杆132相接，第二柔性杆132的另一端与第五刚性杆125相接；第七柔性铰链147 —端固定；第七柔性铰链147、第八柔性铰链148跨接在第五刚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全柔顺微位移放大机构，其特征是：至少包括位移放大机构（1）、平行导向机构（2），位移放大机构（1）和平行导向机构（2）为左右对称结构，位移放大机构（1）对称的左右两端各包括三个刚性杆，左右两端三个刚性杆通过柔性铰链连接，左右两端上刚性杆分别与上导向块（11）左右柔性铰链连接，左右两端下刚性杆分别与下导向块(21)左右柔性铰链连接，位移放大机构（1）形成闭封的框体结构。

【技术特征摘要】
1.一种全柔顺微位移放大机构，其特征是:至少包括位移放大机构(I)、平行导向机构(2),位移放大机构(I)和平行导向机构(2)为左右对称结构，位移放大机构(I)对称的左右两端各包括三个刚性杆，左右两端三个刚性杆通过柔性铰链连接，左右两端上刚性杆分别与上导向块(11)左右柔性铰链连接，左右两端下刚性杆分别与下导向块(21)左右柔性铰链连接，位移放大机构(I)形成闭封的框体结构。2.根据权利要求1所述的一种全柔顺微位移放大机构，其特征是:所述的位移放大机构(I)构成左右对称的框体结构，平行导向机构(2)在框体结构内。3.根据权利要求1所述的一种全柔顺微位移放大机构，其特征是:所述的位移放大机构(I)构成左右对称的框体结构，平行导向机构(2)在框体结构下端。4.根据权利要求1所述的一种全柔顺微位移放大机构，其特征是:所述的平行导向机构(2 )包括两组对称的柔性杆体和下导向块(21)，两组对称的柔性杆体一左一右分布在下导向块(21)两侧，与下导向块(21)左右对称。5.根据权利要求4所述的一种全柔顺微位移放大机构，其特征是:右柔性杆体包括第三柔性杆(231)、第四柔性杆(232)、第五柔性杆(233)、第六柔性杆(234)和右刚性杆(221)，第三柔性杆(231)、第四柔性杆(232)、第五柔性杆(233)、第六柔性杆(234)从下到上并行与右刚性杆(221)固结为一体，第三柔性杆(231)、第四柔性杆(232)、第五柔性杆(233)、第六柔性杆(234)等长等宽，第四柔性杆(232)、第五柔性杆(233)另一端与基础固定，第三柔性杆(231)和第六柔性杆(234)连接在下导向块(21)的上下右侧位置。6.根据权利要求4所述的一种全...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈贵敏，马亚坤，刘小院，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：