CN102494022A - 一种具有梯形结构的直线导引机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有梯形结构的一维柔性直线导引机构，该导引机构由八个运动单元和八个刚性连接块组成，采用刚性连接块的两端分别与两个运动单元的对角连接；整个柔性直线导引机构是在一平板上采用线切割技术切割制得，能够实现高精度、大行程的一维移动。各运动单元包括两根簧片和两根中间梁，为斜置的梯形结构，并相互构成轴对称关系。同时，利用运动单元虚拟转动中心的共点布置，使得整个导引机构结构紧凑，体积小。本发明导引机构的运动单元虚拟转动中心均位于结构体之外，减小了簧片的内应力，提高了柔性机构的寿命。

Description

一种具有梯形结构的直线导引机构

技术领域

本发明涉及一种柔性铰链，更特别地说，是指一种具有大变形、高精度的柔性梯形结构组合的一维直线导引机构。

背景技术

柔性铰链是指在外部载荷的作用下，利用材料的弹性变形在相邻刚体间传递力和能量，从而产生相对平移或转动的一种结构形式。相比于传统的刚性铰链，柔性铰链在成本和性能两方面都具有得天独厚的优势：(1)无需润滑，避免了污染，降低了维护成本；(2)无间隙，无摩擦提高了重复精度；(3)紧凑性减小了结构重量；(4)可以在真空、低温等恶劣的环境下工作。可应用于微动工作台、光学自动聚焦系统等精密、超精密传动和定位等场合。

直线导引机构作为一种特殊的机构，有着较大的应用需求。为了实现高精度(误差小于1μm)，大多采用了柔性铰链来满足性能要求。然而现有的柔性直线导引机构行程较小(小于5mm)，运动精度不高，极大限制了这类机构的应用范围。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有梯形结构的直线导引机构，该导引机构在同一平板上，运用线切割技术切割制得。运动单元采用侧边簧片相交于虚拟中心点的布置，在实现大行程的同时达到了很高的运动精度，并且可以承受较大的有效载荷。

本发明是一种具有梯形结构的直线导引机构，该导引机构包括有八个运动单元和八个刚性连接块，每个刚性连接块的两端分别与两个运动单元的对角连接；八个运动单元与八个刚性连接块之间的连接关系为：

第一刚性连接块31的一端与第二运动单元12的C对角43连接，第一刚性连接块31的另一端与第三运动单元13的E对角45连接。所述第一刚性连接块31实现了第二运动单元12与第三运动单元13的梯形下底串联。

第二刚性连接块32的一端与第三运动单元13的D对角44连接，第二刚性连接块32的另一端与第八运动单元24的N对角58连接。所述第二刚性连接块32实现了第三运动单元13与第八运动单元24的梯形上底串联。

第三刚性连接块33的一端与第五运动单元21的H对角52连接，第三刚性连接块33的另一端与第六运动单元22的J对角54连接。所述第三刚性连接块33实现了第五运动单元21与第六运动单元22的梯形下底串联。

第四刚性连接块34的一端与第二运动单元12的B对角42连接，第四刚性连接块34的另一端与第五运动单元21的G对角51连接。所述第四刚性连接块34实现了第二运动单元12与第五运动单元21的梯形上底串联。

第五刚性连接块35的一端与第一运动单元11的A对角41连接，第五刚性连接块35的另一端与第六运动单元22的I对角53连接。所述第五刚性连接块35实现了第一运动单元11与第六运动单元22的梯形上底串联。

第六刚性连接块36的一端与第四运动单元14的F对角46连接，第六刚性连接块36的另一端与第七运动单元23的M对角57连接。所述第六刚性连接块36实现了第四运动单元14与第七运动单元23的梯形上底串联。

第七刚性连接块37的一端与第六运动单元22的J对角54连接，第七刚性连接块37的另一端与第七运动单元23的K对角55连接。所述第七刚性连接块37实现了第六运动单元22与第七运动单元23的梯形下底串联。

第八刚性连接块38的一端与第七运动单元23的K对角55连接，第八刚性连接块38的另一端与第八运动单元24的L对角56连接。所述第八刚性连接块38实现了第七运动单元23与第八运动单元24的梯形下底串联。

本发明具有梯形结构的直线导引机构的优点在于：

(1)运动单元的虚拟转动中心均位于结构体之外，使得每个运动单元在运动时对直线运动的贡献率较高，从而降低了簧片的内应力，提高了柔性机构的寿命。

(2)所有梯形运动单元结构相同，并以斜置方式轴对称布置，对加工误差可以相互补偿；同时，利用运动单元虚拟转动中心的共点布置，使得整个导引机构结构紧凑，体积小。

(3)本发明设计的柔性机构可在线切割机床上实现一体化加工，避免了由于装配引入的误差。

(4)本发明设计的柔性机构在水平中心线方向上运动，能够实现高精度、大行程的一维移动，适用于大行程的柔性精密定位系统。

附图说明

图1是本发明的等轴结构图。

图2是本发明的正视图。

图3是本发明的刚性连接块与运动单元的对角的连接关系图。

图4是本发明的簧片位置排布图。

11.第一运动单元   11A.第一中间梁    11B.第二中间梁    11C.A簧片

11D.B簧片         101.中性轴延长线  102.中性轴延长线  103.第一辅助垂线

12.第二运动单元   12A.第三中间梁    12B.第四中间梁    12C.C簧片

12D.D簧片         13.第三运动单元   13A.第五中间梁    13B.第六中间梁

11C.E簧片         11D.F簧片         14.第四运动单元   14A.第七中间梁

14B.第八中间梁    11C.G簧片         11D.H簧片         21.第五运动单元

21A.第九中间梁    21B.第十中间梁    11C.I簧片         11D.J簧片

22.第六运动单元   22A.第十一中间梁  22B.第十二中间梁  11C.K簧片

11D.L簧片         23.第七运动单元   23A.第十三中间梁  23B.第十四中间梁

11C.M簧片         11D.N簧片         24.第八运动单元   24A.第十五中间梁

24B.第十六中间梁  11C.O簧片         11D.P簧片         31.第一刚性连接块

32.第二刚性连接块 33.第三刚性连接块 34.第四刚性连接块 35.第五刚性连接块

36.第六刚性连接块 37.第七刚性连接块 38.第八刚性连接块

41.A对角          42.B对角          43.C对角          44.D对角

45.E对角          46.F对角          51.G对角          52.H对角

53.I对角          54.J对角          55.K对角          56.L对角

57.M对角        58.N对角

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。

参见图1、图2、图3所示，本发明是一种具有梯形结构的直线导引机构，该导引机构包括有八个运动单元和八个刚性连接块。

其中，八个运动单元是指第一运动单元11、第二运动单元12、第三运动单元13、第四运动单元14、第五运动单元21、第六运动单元22、第七运动单元23和第八运动单元24。所述八个运动单元的结构是相同的，且为梯形结构。

其中，八个刚性连接块是指第一刚性连接块31、第二刚性连接块32、第三刚性连接块33、第四刚性连接块34、第五刚性连接块35、第六刚性连接块36、第七刚性连接块37和第八刚性连接块38。

在本发明中，每个刚性连接块的两端分别与两个运动单元的对角连接。八个运动单元与八个刚性连接块之间的连接关系为：

第一刚性连接块31的一端与第二运动单元12的C对角43连接，第一刚性连接块31的另一端与第三运动单元13的E对角45连接。所述第一刚性连接块31实现了第二运动单元12与第三运动单元13的梯形下底串联。

第二刚性连接块32的一端与第三运动单元13的D对角44连接，第二刚性连接块32的另一端与第八运动单元24的N对角58连接。所述第二刚性连接块32实现了第三运动单元13与第八运动单元24的梯形上底串联。

第三刚性连接块33的一端与第五运动单元21的H对角52连接，第三刚性连接块33的另一端与第六运动单元22的J对角54连接。所述第三刚性连接块33实现了第五运动单元21与第六运动单元22的梯形下底串联。

第四刚性连接块34的一端与第二运动单元12的B对角42连接，第四刚性连接块34的另一端与第五运动单元21的G对角51连接。所述第四刚性连接块34实现了第二运动单元12与第五运动单元21的梯形上底串联。

第五刚性连接块35的一端与第一运动单元11的A对角41连接，第五刚性连接块35的另一端与第六运动单元22的I对角53连接。所述第五刚性连接块35实现了第一运动单元11与第六运动单元22的梯形上底串联。

第六刚性连接块36的一端与第四运动单元14的F对角46连接，第六刚性连接块36的另一端与第七运动单元23的M对角57连接。所述第六刚性连接块36实现了第四运动单元14与第七运动单元23的梯形上底串联。

第七刚性连接块37的一端与第六运动单元22的J对角54连接，第七刚性连接块37的另一端与第七运动单元23的K对角55连接。所述第七刚性连接块37实现了第六运动单元22与第七运动单元23的梯形下底串联。

第八刚性连接块38的一端与第七运动单元23的K对角55连接，第八刚性连接块38的另一端与第八运动单元24的L对角56连接。所述第八刚性连接块38实现了第七运动单元23与第八运动单元24的梯形下底串联。

所述B对角42与所述C对角43是第二运动单元12上的两个对角。

所述D对角44与所述E对角45是第三运动单元13上的两个对角。

所述I对角53与所述J对角54是第六运动单元22上的两个对角。

所述K对角55与所述M对角57是第七运动单元23上的两个对角。

下面将对各个运动单元的结构进行详细说明：

(一)第一运动单元11

参见图2所示，第一运动单元11包括有第一中间梁11A、第二中间梁11B、A簧片11C和B簧片11D；第一中间梁11A、第二中间梁11B、A簧片11C和B簧片11D按梯形结构布置，即第一中间梁11A作为梯形的上底，第二中间梁11B作为梯形的下底，A簧片11C和B簧片11D作为梯形的两腰。

参见图2、图4所示，为了使结构相同的八个运动单元的虚拟转动中心均位于直线导引机构的结构体之外，使得每个运动单元在运动时对直线运动的贡献率较高，在运动单元的梯形构形上设计有角度约束关系和运动单元的几何约束关系。为了便于理解本发明以第一运动单元11为例进行说明。

第一运动单元11的虚拟转动中心O₁位于直线导引机构的结构体之外，A簧片11C的中性轴延长线101与B簧片11D的中性轴延长线102交于第一纵向中心线上的O₁点(即第一虚拟中心点)。A簧片11C的中性轴延长线101与第一辅助垂线103的夹角记为β₁₁；第一辅助垂线103与B簧片11D的夹角记为β₁₂；B簧片11D与第一纵向中心线的夹角记为β₁₃；所述角度约束关系为β₁₃＝β₁₁-β₁₂。O₁点到第一中间梁11A的垂直距离记为d₁₁，第一中间梁11A与第二中间梁11B的垂直距离记为d₁₀。所述第一运动单元11的几何约束关系为4d₁₀ ²+{36d₁₁-15cosβ₁₁×cosβ₁₂[1+2d₁₁cos(β₁₁-β₁₂)]}d₁₀+36d₁₁ ²＝0。

在本发明中，第一运动单元11的第二中间梁11B用于与基座通过螺钉实现固定安装。

(二)第二运动单元12

参见图2所示，第二运动单元12包括有第三中间梁12A、第四中间梁12B、C簧片12C和D簧片12D；第三中间梁12A、第四中间梁12B、C簧片12C和D簧片12D按梯形结构布置，即第三中间梁12A作为梯形的上底，第四中间梁12B作为梯形的下底，C簧片12C和D簧片12D作为梯形的两腰。

参见图2、图4所示，以第一纵向中心线对称设置，则有第二运动单元12的C簧片12C与第一运动单元11的B簧片11D的位置关于第一纵向中心线对称；第二运动单元12的D簧片12D与第一运动单元11的A簧片11C的位置关于第一纵向中心线对称。

(三)第三运动单元13

参见图2所示，第三运动单元13包括有第五中间梁13A、第六中间梁13B、E簧片13C和F簧片13D；第五中间梁13A、第六中间梁13B、E簧片13C和F簧片13D按梯形结构布置，即第五中间梁13A作为梯形的上底，第六中间梁13B作为梯形的下底，E簧片13C和F簧片13D作为梯形的两腰。

参见图2、图4所示，以第二纵向中心线对称设置，则有第三运动单元13的E簧片13C与第二运动单元12的D簧片12D的位置关于第二纵向中心线对称；第三运动单元13的F簧片13D与第二运动单元12的C簧片12C的位置关于第二纵向中心线对称。

(四)第四运动单元14

参见图2所示，第四运动单元14包括有第七中间梁14A、第八中间梁14B、G簧片14C和H簧片14D；第七中间梁14A、第八中间梁14B、G簧片14C和H簧片14D按梯形结构布置，即第七中间梁14A作为梯形的上底，第八中间梁14B作为梯形的下底，G簧片14C和H簧片14D作为梯形的两腰。

参见图2、图4所示，以第三纵向中心线对称设置，则有第四运动单元14的G簧片14C与第三运动单元13的F簧片13D的位置关于第三纵向中心线对称；第四运动单元14的D簧片14D与第三运动单元13的E簧片13C的位置关于第三纵向中心线对称。

在本发明中，第四运动单元14的第八中间梁14B用于与基座通过螺钉实现固定安装。

(五)第五运动单元21

参见图2所示，第五运动单元21包括有第九中间梁21A、第十中间梁21B、I簧片21C和J簧片21D；第九中间梁21A、第十中间梁21B、I簧片21C和J簧片21D按梯形结构布置，即第九中间梁21A作为梯形的上底，第十中间梁21B作为梯形的下底，I簧片21C和J簧片21D作为梯形的两腰。

参见图2、图4所示，以横向中心线对称设置，则有第五运动单元21的I簧片21C与第一运动单元11的A簧片11C的位置关于横向中心线对称；第五运动单元21的J簧片21D与第一运动单元11的B簧片11D的位置关于横向中心线对称。

(六)第六运动单元22

参见图2所示，第六运动单元22包括有第十一中间梁22A、第十二中间梁22B、K簧片22C和L簧片22D；第十一中间梁22A、第十二中间梁22B、K簧片22C和L簧片22D按梯形结构布置，即第十一中间梁22A作为梯形的上底，第十二中间梁22B作为梯形的下底，K簧片22C和L簧片22D作为梯形的两腰。

参见图2、图4所示，以横向中心线对称设置，则有第六运动单元22的K簧片22C与第二运动单元12的C簧片12C的位置关于横向中心线对称；第六运动单元22的L簧片22D与第二运动单元12的D簧片12D的位置关于横向中心线对称。

以第一纵向中心线对称设置，则有第六运动单元22的K簧片22C与第五运动单元21的J簧片21D的位置关于第一纵向中心线对称；第六运动单元22的L簧片22D与第五运动单元21的I簧片21C的位置关于第一纵向中心线对称。

(七)第七运动单元23

参见图2所示，第七运动单元23包括有第十三中间梁23A、第十四中间梁23B、M簧片23C和N簧片23D；第十三中间梁23A、第十四中间梁23B、M簧片23C和N簧片23D按梯形结构布置，即第十三中间梁23A作为梯形的上底，第十四中间梁23B作为梯形的下底，M簧片23C和N簧片23D作为梯形的两腰。

参见图2、图4所示，以横向中心线对称设置，则有第七运动单元23的M簧片23C与第三运动单元13的E簧片13C的位置关于横向中心线对称；第七运动单元23的N簧片23D与第三运动单元13的F簧片13D的位置关于横向中心线对称。

(八)第八运动单元24

参见图2所示，第八运动单元24包括有第十五中间梁24A、第十六中间梁24B、O簧片24C和P簧片24D；第十五中间梁24A、第十六中间梁24B、O簧片24C和P簧片24D按梯形结构布置，即第十五中间梁24A作为梯形的上底，第十六中间梁24B作为梯形的下底，O簧片24C和P簧片24D作为梯形的两腰。

参见图2、图4所示，以横向中心线对称设置，则有第八运动单元24的O簧片24C与第四运动单元14的G簧片14C的位置关于横向中心线对称；第八运动单元24的P簧片24D与第四运动单元14的H簧片14D的位置关于横向中心线对称。

以第三纵向中心线对称设置，则有第八运动单元24的O簧片24C与第七运动单元23的N簧片23D的位置关于第三纵向中心线对称；第八运动单元24的P簧片24D与第七运动单元23的M簧片23C的位置关于第三纵向中心线对称。

本发明设计的一种具有梯形结构的直线导引机构是在一平板上采用线切割技术对称切割制得，平板的横向中心线与第二纵向中心线交于中心点O，第一运动虚拟中心点记为O₁(根据柔性铰链设计原理，第一运动单元11和第二运动单元12为构形相同的梯形，故第一运动单元11和第二运动单元12的虚拟中心点汇聚在同一点上)、第二运动虚拟中心点记为O₂(同理，根据柔性铰链设计原理，第三运动单元13和第四运动单元14为构形相同的梯形，故第三运动单元13和第四运动单元14的虚拟中心点汇聚在同一点上)、第三运动虚拟中心点记为O₃(同理，根据柔性铰链设计原理，第五运动单元21和第六运动单元22为构形相同的梯形，故第五运动单元21和第六运动单元22的虚拟中心点汇聚在同一点上)、第四运动虚拟中心点记为O₄(同理，根据柔性铰链设计原理，第七运动单元23和第八运动单元24为构形相同的梯形，故第七运动单元23和第八运动单元24的虚拟中心点汇聚在同一点上)；连接第一运动虚拟中心点O₁与第三运动虚拟中心点O₃形成第一纵向中心线；连接第二运动虚拟中心点O₂与第四运动虚拟中心点O₄形成第三纵向中心线；因此结构相同的八个运动单元以平板上的横向中心线、第一纵向中心线、第二纵向中心线和第三纵向中心线的对称设置关系为：

以横向中心线对称设置：第一运动单元11和第二运动单元12与第五运动单元21和第六运动单元22对称设置；第三运动单元13和第四运动单元14与第七运动单元23和第八运动单元24对称设置。

以第一纵向中心线对称设置：第一运动单元11与第二运动单元12对称设置；第五运动单元21与第六运动单元22对称设置。

以第二纵向中心线对称设置：第一运动单元11和第二运动单元12与第三运动单元13和第四运动单元14对称设置；第五运动单元21和第六运动单元22与第七运动单元23和第八运动单元24对称设置。

以第三纵向中心线对称设置：第三运动单元13与第四运动单元14对称设置；第七运动单元23与第八运动单元24对称设置。

在本发明中，当八个运动单元分别以第一纵向中心线和第三纵向中心线的对称设置时，八个运动单元中的簧片也对称设置。

在本发明中，八个运动单元的载荷传递关系为：当向第一刚性连接块31施加载荷时，载荷通过第四中间梁12B、第六中间梁13B传递到第二运动单元12和第三运动单元13。

在第二运动单元12中载荷通过C簧片12C、D簧片12D传递到第三中间梁12A，再经由第四刚性连接块34传递给第五运动单元21的第十中间梁21B；在第五运动单元21中载荷通过I簧片21C、J簧片21D传递到第九中间梁21A，再经由第三刚性连接块33传递给第六运动单元22的第十一中间梁22A和第七刚性连接块37；在第六运动单元22中载荷通过K簧片22C、L簧片22D传递到第十二中间梁22B，再经由第五刚性连接块35传递给第一运动单元11的第一中间梁11A；在第一运动单元11中载荷通过A簧片11C、B簧片11D传递到第二中间梁11B，第二中间梁11B与基座固定，从而完成一条载荷传递路线。

在第三运动单元13中载荷通过E簧片13C、F簧片13D传递到第五中间梁13A，再经由第二刚性连接块32传递给第八运动单元24的第十六中间梁24B；在第八运动单元24中载荷通过O簧片24C、P簧片24D传递到第十五中间梁24A，再经由第八刚性连接块38传递给第七运动单元23的第十三中间梁23A和第七刚性连接块37；在第七运动单元23中载荷通过M簧片23C、N簧片23D传递到第十四中间梁23B，再经由第六刚性连接块36传递给第四运动单元14的第七中间梁14A；在第四运动单元14中载荷通过G簧片14C、H簧片14D传递到第八中间梁14B，第八中间梁14B与基座固定，完成另一条载荷传递路线。

经由两条传动路线传递到第七刚性连接块37上的载荷达到平衡，起到联系两条载荷传递路线，减小非功能方向上的运动的作用。

第一运动单元11产生的运动对第六运动单元22的运动进行补偿，第二运动单元12产生的运动对第五运动单元21的运动进行补偿，第三运动单元13产生的运动对第八运动单元24的运动进行补偿，第四运动单元14产生的运动对第七运动单元23的运动进行补偿，从而实现高精度运动。

将本发明的一种具有梯形结构的一维柔性直线导引机构中的第二中间梁11B、第六中间梁13B同时安装在一个基座上，第一刚性连接块31上施加载荷时，第一刚性连接块31将沿着水平方向作高精度，大行程的平移运动。高精度是指寄生运动小于1μm，大行程是指运动范围大于1cm，从而可以应用于大行程的柔性精密定位系统。施加的载荷可以是弯矩、水平力，也可以是弯矩和水平力，也可以是弯矩和垂直力，也可以是水平力和垂直力。

本发明设计的一种具有梯形结构的直线导引机构中的第二中间梁11B和第四中间梁13B安装在一个基座上，在第一刚性连接块31上施加载荷时，B刚性连接块112和E刚性连接块212将沿着水平中心线作高精度，大行程的平移运动。高精度是指寄生运动小于1μm，大行程是指运动范围大于1cm，从而可以应用于大行程的柔性精密定位系统。施加的载荷可以是弯矩、水平力，也可以是弯矩和水平力，也可以是弯矩和垂直力，也可以是水平力和垂直力。

Claims (8)

1.一种具有梯形结构的直线导引机构，其特征在于：该导引机构包括有八个运动单元和八个刚性连接块，每个刚性连接块的两端分别与两个运动单元的对角连接；八个运动单元与八个刚性连接块之间的连接关系为：

第一刚性连接块(31)的一端与第二运动单元(12)的C对角(43)连接，第一刚性连接块(31)的另一端与第三运动单元(13)的E对角(45)连接。所述第一刚性连接块(31)实现了第二运动单元(12)与第三运动单元(13)的梯形下底串联。

第二刚性连接块(32)的一端与第三运动单元(13)的D对角(44)连接，第二刚性连接块(3)2的另一端与第八运动单元(24)的N对角(58)连接。所述第二刚性连接块(32)实现了第三运动单元(13)与第八运动单元(24)的梯形上底串联。

第三刚性连接块(33)的一端与第五运动单元(21)的H对角(52)连接，第三刚性连接块(33)的另一端与第六运动单元(22)的J对角(54)连接。所述第三刚性连接块(33)实现了第五运动单元(21)与第六运动单元(22)的梯形下底串联。

第四刚性连接块(34)的一端与第二运动单元(12)的B对角(42)连接，第四刚性连接块(34)的另一端与第五运动单元(21)的G对角(51)连接。所述第四刚性连接块(34)实现了第二运动单元(12)与第五运动单元(21)的梯形上底串联。

第五刚性连接块(35)的一端与第一运动单元(11)的A对角(41)连接，第五刚性连接块(35)的另一端与第六运动单元(22)的I对角(53)连接。所述第五刚性连接块(35)实现了第一运动单元(11)与第六运动单元(22)的梯形上底串联。

第六刚性连接块(36)的一端与第四运动单元(14)的F对角(46)连接，第六刚性连接块(36)的另一端与第七运动单元(23)的M对角(57)连接。所述第六刚性连接块(36)实现了第四运动单元(14)与第七运动单元(23)的梯形上底串联。

第七刚性连接块(37)的一端与第六运动单元(22)的J对角(54)连接，第七刚性连接块(37)的另一端与第七运动单元(23)的K对角(55)连接。所述第七刚性连接块(37)实现了第六运动单元(22)与第七运动单元(23)的梯形下底串联。

第八刚性连接块(38)的一端与第七运动单元(23)的K对角(55)连接，第八刚性连接块(38)的另一端与第八运动单元(24)的L对角(56)连接。所述第八刚性连接块(38)实现了第七运动单元(23)与第八运动单元(24)的梯形下底串联。

2.根据权利要求1所述的具有梯形结构的直线导引机构，其特征在于：第一运动单元(11)包括有第一中间梁(11A)、第二中间梁(11B)、A簧片(11C)和B簧片(11D)；第一中间梁(11A)、第二中间梁(11B)、A簧片(11C)和B簧片(11D)按梯形结构布置，即第一中间梁(11A)作为梯形的上底，第二中间梁(11B)作为梯形的下底，A簧片(11C)和B簧片(11D)作为梯形的两腰。

3.根据权利要求2所述的具有梯形结构的直线导引机构，其特征在于：第一运动单元(11)的角度约束关系为β₁₃＝β₁₁-β₁₂，β₁₁表示第一运动单元(11)的A簧片(11C)的中性轴延长线(101)与第一辅助垂线(103)的夹角，β₁₂表示第一辅助垂线(103)与第一运动单元(11)的B簧片(11D)的夹角，β₁₃表示B簧片(11D)与第一纵向中心线的夹角。

4.根据权利要求2所述的具有梯形结构的直线导引机构，其特征在于：第一运动单元(11)的几何约束关系为4d₁₀ ²+{36d₁₁-15cosβ₁₁×cosβ₁₂[1+2d₁₁cos(β₁₁-β₁₂)]}d₁₀+36d₁₁ ²＝0，d₁₁表示第一虚拟中心点O₁到第一运动单元(11)的第一中间梁(11A)的垂直距离，d₁₀表示第一运动单元(11)的第一中间梁(11A)与第一运动单元(11)的第二中间梁(11B)的垂直距离。

5.根据权利要求1、2所述的具有梯形结构的直线导引机构，其特征在于：第一运动单元(11)的第二中间梁(11B)和第四运动单元(14)的第八中间梁(14B)用于与基座通过螺钉实现固定安装。

6.根据权利要求1、2所述的具有梯形结构的直线导引机构，其特征在于：八个运动单元以平板上的横向中心线、第一纵向中心线、第二纵向中心线和第三纵向中心线的对称设置。

7.根据权利要求1、2所述的具有梯形结构的直线导引机构，其特征在于八个运动单元的载荷传递关系为：

当向第一刚性连接块(31)施加载荷时，载荷通过第四中间梁(12B)、第六中间梁(13B)传递到第二运动单元(12)和第三运动单元(13)。

在第二运动单元(12)中载荷通过C簧片(12C)、D簧片(12D)传递到第三中间梁(12A)，再经由第四刚性连接块(34)传递给第五运动单元(21)的第十中间梁(21B)；在第五运动单元(21)中载荷通过I簧片(21C)、J簧片(21D)传递到第九中间梁(21A)，再经由第三刚性连接块(33)传递给第六运动单元(22)的第十一中间梁(22A)和第七刚性连接块(37)；在第六运动单元(22)中载荷通过K簧片(22C)、L簧片(22D)传递到第十二中间梁(22B)，再经由第五刚性连接块(35)传递给第一运动单元(11)的第一中间梁(11A)；在第一运动单元(11)中载荷通过A簧片(11C)、B簧片(11D)传递到第二中间梁(11B)，第二中间梁(11B)与基座固定，从而完成一条载荷传递路线。

在第三运动单元(13)中载荷通过E簧片(13C)、F簧片(13D)传递到第五中间梁(13A)，再经由第二刚性连接块(32)传递给第八运动单元(24)的第十六中间梁(24B)；在第八运动单元(24)中载荷通过O簧片(24C)、P簧片(24D)传递到第十五中间梁(24A)，再经由第八刚性连接块(38)传递给第七运动单元(23)的第十三中间梁(23A)和第七刚性连接块(37)；在第七运动单元(23)中载荷通过M簧片(23C)、N簧片(23D)传递到第十四中间梁(23B)，再经由第六刚性连接块(36)传递给第四运动单元(14)的第七中间梁(14A)；在第四运动单元(14)中载荷通过G簧片(14C)、H簧片(14D)传递到第八中间梁(14B)，第八中间梁(14B)与基座固定，完成另一条载荷传递路线。

8.根据权利要求1、2所述的具有梯形结构的直线导引机构，其特征在于：第一运动单元(11)产生的运动对第六运动单元(22)的运动进行补偿，第二运动单元(12)产生的运动对第五运动单元(21)的运动进行补偿，第三运动单元(13)产生的运动对第八运动单元(24)的运动进行补偿，第四运动单元(14)产生的运动对第七运动单元(23)的运动进行补偿，从而实现高精度运动小于1μm，大行程运动大于1cm。

Images