專利名稱：基于對(duì)稱變截面柔順機(jī)構(gòu)的3-prr微動(dòng)平臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于先進(jìn)制造中的微操作技術(shù)領(lǐng)域。特別涉及一種基于對(duì)稱變截面柔順機(jī)構(gòu)的3-PRR微動(dòng)平臺(tái)。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，航天技術(shù)、光學(xué)與光電子工程、生物醫(yī)學(xué)工程、納米科學(xué)與技術(shù)等領(lǐng)域迫切需要微動(dòng)定位技術(shù)。目前常采用以壓電元件作為驅(qū)動(dòng)，以柔性鉸鏈作為傳動(dòng)的組合方案，基于此研制出了各種各樣的精密微動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)亞微米甚至納米級(jí)的平面定位。例如，中國專利文獻(xiàn)公開了一種二維微動(dòng)平臺(tái)(201010175965. 6)，一種平面三自由度柔順精密定位平臺(tái)(201010175965.6)，二自由度微動(dòng)平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)平面內(nèi)X、Y方向的微動(dòng)，但不能實(shí)現(xiàn)平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)，給部分微操作帶來了不便?，F(xiàn)有平面三自由度微動(dòng)平臺(tái)在運(yùn)動(dòng)輸入端，微位移驅(qū)動(dòng)裝置直接通過柔性鉸鏈與剛性杠桿機(jī)構(gòu)連接，由于微位移驅(qū)動(dòng)裝置產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)，表現(xiàn)出P副特性，與柔性鉸鏈的R副特性不相匹配，所以壓電元件會(huì)因杠桿放大機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)出現(xiàn)接觸不完全的情況，勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生較大的輸入耦合誤差，影響傳動(dòng)精度；另一方面，現(xiàn)有的柔性移動(dòng)副輸入輸出過程中，能量被過多的儲(chǔ)存，引入了較大的彈性阻力，降低了運(yùn)動(dòng)行程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種便于整體式加工、低輸入耦合的基于對(duì)稱變截面柔順機(jī)構(gòu)的3-PRR微動(dòng)平臺(tái)。其技術(shù)方案為
本發(fā)明的基于對(duì)稱變截面柔順機(jī)構(gòu)的3-PRR微動(dòng)平臺(tái)包括固定平臺(tái)、三個(gè)微位移驅(qū)動(dòng)裝置、三個(gè)對(duì)稱梯形柔順機(jī)構(gòu)、三個(gè)杠桿放大機(jī)構(gòu)、三個(gè)對(duì)稱折疊簧片式柔順機(jī)構(gòu)、三個(gè)剛性連桿、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)與固定平臺(tái)之間為柔順連接，且沿運(yùn)動(dòng)平臺(tái)中心向外呈120°角分布。每個(gè)微位移驅(qū)動(dòng)裝置的前端緊貼于對(duì)稱梯形柔順機(jī)構(gòu)，后端通過一個(gè)機(jī)械定位裝置與固定平臺(tái)相連，通過調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置的調(diào)節(jié)螺栓可以調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)裝置和柔順機(jī)構(gòu)之間的間隙和作用力。每個(gè)杠桿放大機(jī)構(gòu)通過柔性鉸鏈與固定平臺(tái)連接，并以此為支點(diǎn)。每個(gè)對(duì)稱梯形柔順機(jī)構(gòu)通過柔性鉸鏈與杠桿放大機(jī)構(gòu)連接，實(shí)現(xiàn)杠桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)輸入，杠桿放大機(jī)構(gòu)再與具有低阻力特點(diǎn)的對(duì)稱折疊簧片式柔順機(jī)構(gòu)連接，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)放大，對(duì)稱折疊簧片式柔順機(jī)構(gòu)另一端通過柔性鉸鏈與剛性連桿連接，剛性連桿再通過柔性鉸鏈連接運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。在三個(gè)微位移驅(qū)動(dòng)裝置發(fā)生直線微位移的同時(shí)，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)平面三自由度微動(dòng)。本發(fā)明將與微位移驅(qū)動(dòng)裝置直接接觸的剛性連桿設(shè)計(jì)成對(duì)稱梯形柔順機(jī)構(gòu)，避免了因杠桿放大機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)出現(xiàn)接觸不完全的情況，進(jìn)而有效減小運(yùn)動(dòng)誤差。本發(fā)明的對(duì)稱折疊簧片式柔順機(jī)構(gòu)具有較好的低阻力特性，可有效增大位移輸出。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明設(shè)計(jì)的對(duì)稱梯形柔順機(jī)構(gòu)作為運(yùn)動(dòng)輸入端，避免了因杠桿放大機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)出現(xiàn)微位移驅(qū)動(dòng)裝置與直接接觸的剛性連桿接觸不完全的情況，提高了傳動(dòng)精度。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的對(duì)稱折疊簧片式柔順機(jī)構(gòu)具有較好的低阻力特性，可有效增大位移輸出。本發(fā)明設(shè)計(jì)的微動(dòng)平臺(tái)采用3-PRR的整體結(jié)構(gòu)布置，P副的引入，與杠桿放大機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)輸出多為直線運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)相吻合，與3-RRR結(jié)構(gòu)相比，降低了運(yùn)動(dòng)輸入耦合誤差。


圖1是本發(fā)明的基于對(duì)稱變截面柔順機(jī)構(gòu)的3-PRR微動(dòng)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的基于對(duì)稱變截面柔順機(jī)構(gòu)的3-PRR微動(dòng)平臺(tái)中對(duì)稱梯形柔順機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)放大示意圖。圖3是本發(fā)明的基于對(duì)稱變截面柔順機(jī)構(gòu)的3-PRR微動(dòng)平臺(tái)中對(duì)稱折疊簧片式柔順機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)放大示意圖。
圖中1-固定平臺(tái)2-微位移驅(qū)動(dòng)裝置3-對(duì)稱梯形柔順機(jī)構(gòu)4、5、7、10、12_柔性鉸鏈 6-杠桿放大機(jī)構(gòu)8-對(duì)稱折疊簧片式柔順機(jī)構(gòu) 9-壓緊螺釘 11-剛性連桿13-微動(dòng)平臺(tái)14-定位孔。
具體實(shí)施例方式為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地描述。如圖1所示，基于對(duì)稱變截面柔順機(jī)構(gòu)的3-PRR微動(dòng)平臺(tái)是一種并聯(lián)機(jī)構(gòu)，它具有三個(gè)自由度，即平面兩平動(dòng)一轉(zhuǎn)動(dòng)，是由三個(gè)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器通過桿系同時(shí)作用于運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的一種運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。三個(gè)微位移驅(qū)動(dòng)裝置2均安裝在固定平臺(tái)I上，連接于微動(dòng)平臺(tái)13與固定平臺(tái)I之間有三條支鏈，三條支鏈呈12Cf均勻布置在微動(dòng)平臺(tái)13外圍，每個(gè)支鏈均包含一個(gè)對(duì)稱折疊簧片式柔順機(jī)構(gòu)8和一個(gè)剛性連桿11，剛性連桿一端通過柔性鉸鏈12與微動(dòng)平臺(tái)13相連，另一端通過柔性鉸鏈10與對(duì)稱梯形柔順機(jī)構(gòu)3連接，對(duì)稱梯形柔順機(jī)構(gòu)3兩端分別連接固定平臺(tái)5和杠桿放大機(jī)構(gòu)6。該微動(dòng)平臺(tái)受到三條相同結(jié)構(gòu)的支鏈約束，能夠?qū)崿F(xiàn)平面內(nèi)1_7兩個(gè)互相垂直方向上的平動(dòng)和繞z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。由于采用了完全相同的運(yùn)動(dòng)鏈，因此具有良好的各向同性度；同時(shí)由于采用了位移放大機(jī)構(gòu)，可以在保證高精度的同時(shí)有效的增大微動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)輸出范圍。如圖2所示，對(duì)稱梯形柔順機(jī)構(gòu)3是由中間連桿與兩個(gè)對(duì)稱的梯形板直接連接組成的柔順?biāo)臈U機(jī)構(gòu)，利用梯形變截面的特點(diǎn)，在保證直線運(yùn)動(dòng)輸出的同時(shí)，一定程度上減小了能量存儲(chǔ)，降低了運(yùn)動(dòng)阻力。如圖3所示，對(duì)稱折疊簧片式柔順機(jī)構(gòu)8是由中間連桿與兩個(gè)對(duì)稱的折疊簧片板直接連接組成的柔順?biāo)臈U機(jī)構(gòu)，利用折疊簧片的低阻力特點(diǎn)，增大了位移輸出。
權(quán)利要求
1.一種基于對(duì)稱變截面柔順機(jī)構(gòu)的3-PRR微動(dòng)平臺(tái)包括固定平臺(tái)(I)、運(yùn)動(dòng)平臺(tái) (13)、三個(gè)微位移驅(qū)動(dòng)裝置(2 )和連接于固定平臺(tái)(I)和微動(dòng)平臺(tái)(13 )之間的三組支鏈，其特征在于三個(gè)微位移驅(qū)動(dòng)裝置(2)均安裝在固定平臺(tái)(I)上，可有調(diào)節(jié)螺釘(9)調(diào)節(jié)；三條支鏈均勻布置在微動(dòng)平臺(tái)(13)外圍，每個(gè)支鏈均包含一個(gè)對(duì)稱折疊簧片式柔順機(jī)構(gòu)(8)、 剛性連桿(11)、杠桿放大機(jī)構(gòu)(6 )以及對(duì)稱梯形柔順機(jī)構(gòu)(3 )，剛性連桿(11) 一端通過柔性鉸鏈(12)與微動(dòng)平臺(tái)(13)相連，另一端通過柔性鉸鏈(10)與杠桿放大機(jī)構(gòu)(6)相連，對(duì)稱梯形柔順機(jī)構(gòu)(3 )兩端通過分別連接固定平臺(tái)(I)和杠桿放大機(jī)構(gòu)(6 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1，所述的對(duì)稱折疊簧片式柔順機(jī)構(gòu)其特征在于，組成該柔順?biāo)臈U機(jī)構(gòu)的對(duì)稱部分為梯形板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1，所述的對(duì)稱梯形柔順機(jī)構(gòu)其特征在于，組成該柔順?biāo)臈U機(jī)構(gòu)的對(duì)稱部分為折疊簧式薄片。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于對(duì)稱變截面柔順機(jī)構(gòu)的3-PRR微動(dòng)平臺(tái)，三個(gè)微位移驅(qū)動(dòng)裝置均安裝在固定平臺(tái)上，連接運(yùn)動(dòng)平臺(tái)與固定平臺(tái)的三條支鏈呈均勻布置，在每個(gè)支鏈中，杠桿放大機(jī)構(gòu)通過柔性鉸鏈與固定平臺(tái)連接，對(duì)稱梯形柔順機(jī)構(gòu)通過柔性鉸鏈與杠桿放大機(jī)構(gòu)連接。對(duì)稱折疊簧片式柔順機(jī)構(gòu)的一端通過柔性鉸鏈與杠桿放大機(jī)構(gòu)連接，另一端通過柔性鉸鏈與剛性連桿連接，剛性連桿通過柔性鉸鏈連接運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)平面三自由度微動(dòng)，本發(fā)明的對(duì)稱梯形柔順機(jī)構(gòu)可在彈性阻力盡量小的情況下避免驅(qū)動(dòng)裝置接觸不完全，提高運(yùn)動(dòng)精度，本發(fā)明的杠桿放大機(jī)構(gòu)的放大功能和對(duì)稱折疊簧片式柔順機(jī)構(gòu)的低阻力特性，能夠?qū)崿F(xiàn)微動(dòng)平臺(tái)的大行程輸出。
文檔編號(hào)B81C99/00GK103030103SQ201210523610
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月10日
發(fā)明者賀磊, 呂傳毅, 黃朋濤 申請(qǐng)人:山東理工大學(xué)