CN106685262B - 一种全柔性微位移放大机构 - Google Patents
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Abstract
一种全柔性微位移放大机构，包括基座台、放大机构、输出端和压电陶瓷；放大机构安装于基座台，输出端安装于放大机构的输出部位，压电陶瓷安装于基座台，压电陶瓷的驱动端对准于放大机构的输入端；基座台包括底板、左立柱和右立柱，左立柱和右立柱分别固定设置于底板上表面的左边和右边。该柔性放大器结构更紧凑，整体刚性和位移放大倍数更大。
Description
技术领域
本发明涉及改成柔性微纳领域，特别是一种全柔性微位移放大机构。
背景技术
柔性机构是一类利用材料的弹性变形传递或转换运动、力或能量的新型机构。在仿生机械及机器人等领域，柔性机构也发挥着越来越重要的作用，该类机构通常又被称为柔性仿生机构。
现有柔性位移放大机构往往结构不够紧凑，行程与整体刚性相互制约，不能满足高精密高速加工装备、柔性机器人等领域的需求；而在行程与整体刚性方面有明显提高的，却容易产生难以消除的耦合误差，使精度下降。
本专利针对放大倍数大，整体刚性高的全柔性微位移放大机构的需求，创新性提出基于二级杠杆放大原理设计一种放大倍数大且整体刚性大、结构紧凑的柔性机械位移放大器。研究成果在超精密加工设备、柔性机器人、仿生机械等领域具有重要的理论与实践意义。
发明内容
针对上述缺陷，本发明针对高精密高速加工、柔性机器人、仿生机械等领域的需要，设计一种全柔性微位移放大机构，采用二级杠杆对称式放大，其结构更紧凑，整体刚性和位移放大倍数更大，并基本消除耦合误差，更加适应现实中的需求。满足实际中高速高精密运动的目的。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种全柔性微位移放大机构，包括基座台、放大机构、输出端和压电陶瓷；
所述放大机构安装于所述基座台，所述输出端安装于所述放大机构的输出部位，所述压电陶瓷安装于所述基座台，所述压电陶瓷的驱动端对准于放大机构的输入端；
所述基座台包括底板、左立柱和右立柱，所述左立柱和右立柱分别固定设置于所述底板上表面的左边和右边。
其中，所述放大机构包括一级放大机构和二级放大机构，所述放大机构为对称式放大机构；
所述一级放大机构包括左边第一杠杆和右边第一杠杆，所述左边第一杠杆和右边第一杠杆之间设有空位；所述左边第一杠杆的右侧底面通过第二铰链铰接于所述底板，所述右边第一杠杆的左侧底面通过第二铰链铰接于所述底板；
所述一级放大机构还包括左侧第一位移传导杆和右侧第一位移传导杆，所述左侧第一位移传导杆下端通过铰链铰接于所述左边第一杠杆的上表面右边，所述右侧第一位移传导杆下端通过铰链铰接于所述右边第一杠杆的上表面左边；
所述一级放大机构还包括输入平台，所述输入平台呈长方体状，所述左侧第一位移传导杆和右侧第一位移传导杆的上端分别通过铰链铰接于所述输入平台底面的左边和右边；
所述底板设有所述压电陶瓷，所述压电陶瓷端部抵紧于所述输入平台下表面。
较佳地，所述二级放大机构包括左侧第二位移传导杆和右侧第二位移传导杆；
所述左侧第二位移传导杆下端通过铰链铰接于所述左边第一杠杆上表面左边，所述右侧第二位移传导杆的下端通过铰链铰接于所述右边第一杠杆上表面右边；
所述二级放大机构还包括左边第二杠杆和右边第二杠杆，所述左边第二杠杆和右边杠杆均呈水平状设置；所述左边第二杠杆的左端面通过第二铰链铰接于所述左立柱，所述左侧第二位移传导杆的上端通过第二铰链铰接于所述左边第二杠杆底面的左边；所述右边第二杠杆的右端面通过铰链铰接于所述右立柱，所述右侧第二位移传导杆的上端通过铰链铰接于所述右边第二杠杆的右边；
所述左边第二杠杆的上表面的右边设有输出端支链，所述右边第二杠杆的上表面左边设有输出端支链，所述输出端的底面左边和右边分别铰接于左边和右边的输出端支链。
较佳地，，所述铰链为圆弧形柔性铰链，所述第二铰链为倒圆角直梁型铰链。
进一步地，所述输入平台下表面中心为梯形凸块。
较佳地，所述左边第二杠杆上面设有加厚层，所述加厚层由所述左边第二杠杆上表面左起向右呈由高到低逐渐过渡；所述右边第二杠杆上面设有加厚层，所述加厚层由所述右边第二杠杆上表面右起向左呈由高到低逐渐过渡。
较佳地，所述输出端支链为呈倾斜状设置，两个所述输出端支链的设置方式呈开口的喇叭状，所述输出端支链为柔性铰链。
放大机构设置于基座台，使结构模块化，而基座台设置成U字形结构，使放大机构有充分的支撑结构，从而能够给放大机构足够的支点，即可使放大机构在设置杠杆时能够有左侧、右侧和底面作为支撑点，能尽可能的设置放大结构；一级放大机构和二级放大机构放大了压电陶瓷的位移量，装置采用了对称式放大结构，其结构更紧凑，整体刚性更大，并基本消除耦合误差，更加适应现实中的需求。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的整体结构示意图；
图2是本发明的一个实施例的二级放大结构示意图；
图3是本发明的一个实施例的伪刚体模型图。
其中：基座台100、底板110、左立柱120、右立柱130、放大机构200、一级放大机构210、左边第一杠杆211、右边第一杠杆212、左侧第一位移传导杆213、右侧第一位移传导杆214、输入平台215、二级放大机构220、左侧第二位移传导杆221、右侧第二位移传导杆222、左边第二杠杆223、右边第二杠杆224、输出端300、压电陶瓷400、铰链A、第二铰链B、输出端支链C。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1-3所示，一种全柔性微位移放大机构，包括基座台100、放大机构200、输出端300和压电陶瓷400；
所述放大机构200安装于所述基座台100，所述输出端300安装于所述放大机构200的输出部位，所述压电陶瓷400安装于所述基座台100，所述压电陶瓷400的驱动端对准于放大机构200的输入端；
所述基座台100包括底板110、左立柱120和右立柱130，所述左立柱120和右立柱130分别固定设置于所述底板110上表面的左边和右边。
放大机构200设置于基座台100，使结构模块化，而基座台设置成U字形结构，使放大机构200有充分的支撑结构，从而能够给放大机构足够的支点，即可使放大机构在设置杠杆时能够有左侧、右侧和底面作为支撑点，能尽可能的设置放大结构。
其中，所述放大机构200包括一级放大机构210和二级放大机构220，所述放大机构200为对称式放大机构；
所述一级放大机构210包括左边第一杠杆211和右边第一杠杆212，所述左边第一杠杆211和右边第一杠杆212之间设有空位；所述左边第一杠杆211的右侧底面通过第二铰链B铰接于所述底板，所述右边第一杠杆212的左侧底面通过第二铰链B铰接于所述底板110；
所述一级放大机构210还包括左侧第一位移传导杆213和右侧第一位移传导杆214，所述左侧第一位移传导杆213下端通过铰链A铰接于所述左边第一杠杆211的上表面右边，所述右侧第一位移传导杆214下端通过铰链A铰接于所述右边第一杠杆212的上表面左边；
所述一级放大机构210还包括输入平台215，所述输入平台215呈长方体状，所述左侧第一位移传导杆213和右侧第一位移传导杆214的上端分别通过铰链A铰接于所述输入平台215底面的左边和右边；
所述底板110设有所述压电陶瓷400，所述压电陶瓷400端部抵紧于所述输入平台215下表面。
一级放大机构210直接发放大了压电陶瓷400的位移量，而压电陶瓷400的位移将输入平台215顶起，从而输入平台215带动左侧第一位移传导杆213和右侧第一位移传导杆214，进而左边第一杠杆211和右边第一杠杆212将位移量进行了放大；随后左边第一杠杆211和右边第一杠杆212带动左侧第二位移传导杆221和右侧第二位移传导杆222；装置采用了对称式放大结构，其结构更紧凑，整体刚性更大，并基本消除耦合误差，更加适应现实中的需求。
此外，所述二级放大机构220包括左侧第二位移传导杆221和右侧第二位移传导杆222；
所述左侧第二位移传导杆221下端通过铰链A铰接于所述左边第一杠杆211上表面左边，所述右侧第二位移传导杆222的下端通过铰链A铰接于所述右边第一杠杆212上表面右边；
所述二级放大机构220还包括左边第二杠杆223和右边第二杠杆224，所述左边第二杠杆223和右边杠杆均呈水平状设置；所述左边第二杠杆223的左端面通过第二铰链铰接于所述左立柱120，所述左侧第二位移传导杆的上端通过第二铰链铰接于所述左边第二杠杆223底面的左边；所述右边第二杠杆224的右端面通过铰链A铰接于所述右立柱130，所述右侧第二位移传导杆222的上端通过铰链A铰接于所述右边第二杠杆224的右边；
所述左边第二杠杆223的上表面的右边设有输出端支链C，所述右边第二杠杆224的上表面左边设有输出端支链C，所述输出端300的底面左边和右边分别铰接于左边和右边的输出端支链C。
左侧第二位移传导杆221和右侧第二位移传导杆带动左边第二杠杆223和右边第二杠杆224，左边第二杠杆223和右边第二杠杆224再一次将位移量放大后，传递到输出端；一级放大机构210加上二级放大机构220，构成二级对称放大结构，进一步放大了位移量；此外，对称式放大结构其结构更紧凑，整体刚性更大，并基本消除耦合误差，更加适应现实中的需求。满足实际中高速高精密运动的目的。
其中，所述铰链A为圆弧形柔性铰链，所述第二铰链B为倒圆角直梁型铰链。
圆弧型柔性铰链有较大的转动范围，并且不存在机械摩擦，还具有运动灵敏度高和无间隙的优点，适合紧密微动调整，铰链A使用圆弧型柔性铰链更便于传动；直梁型柔性铰链的运动精度较高，但运动行程受到很大的限制，只能实现微小幅度的转动。最普通的形式是绕一个轴弹性弯曲，且这种弹性变形是可逆的，第二铰链B采用直梁型柔性铰链在压电陶瓷400不施加作用力时，放大机构200能够迅速复位。
此外，所述输入平台215下表面中心为梯形凸块。
凸块的设置使压电陶瓷400施加的作用力能够均匀的作用于输入平台215，并且凸块使输入平台215整体的结构强度更大，不易产生变形，避免了位移量的损失，使位移量的传递更精确。
作为对上述技术的补充，所述左边第二杠杆223上面设有加厚层，所述加厚层由所述左边第二杠杆223上表面左起向右呈由高到低逐渐过渡；所述右边第二杠杆224上面设有加厚层，所述加厚层由所述右边第二杠杆224上表面右起向左呈由高到低逐渐过渡。
加厚层的设置同样是增加了输入平台215的结构强度，避免放大机构200在使用中在放大位移量时左边第二杠杆223和右边第二杠杆224在受力后产生形变，保证了放大机构200能够更精确的传递位移量。
此外，所述输出端支链C为呈倾斜状设置，两个所述输出端支链C的设置方式呈开口的喇叭状，所述输出端支链C为柔性铰链。
将输出端支链C设置成倾斜状，使第二放大机构220会产生形变，这个形变会将倾斜状的输出端支链C挤压成垂直状，从而能够进一步增大输出端的位移。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种全柔性微位移放大机构，其特征在于：包括基座台、放大机构、输出端和压电陶瓷；
所述放大机构安装于所述基座台，所述输出端安装于所述放大机构的输出部位，所述压电陶瓷安装于所述基座台，所述压电陶瓷的驱动端对准于放大机构的输入端；
所述基座台包括底板、左立柱和右立柱，所述左立柱和右立柱分别固定设置于所述底板上表面的左边和右边；
所述放大机构包括一级放大机构和二级放大机构，所述放大机构为对称式放大机构；
所述一级放大机构包括左边第一杠杆和右边第一杠杆，所述左边第一杠杆和右边第一杠杆之间设有空位；所述左边第一杠杆的右侧底面通过第二铰链铰接于所述底板，所述右边第一杠杆的左侧底面通过第二铰链铰接于所述底板；
所述一级放大机构还包括左侧第一位移传导杆和右侧第一位移传导杆，所述左侧第一位移传导杆下端通过铰链铰接于所述左边第一杠杆的上表面右边，所述右侧第一位移传导杆下端通过铰链铰接于所述右边第一杠杆的上表面左边；
所述一级放大机构还包括输入平台，所述输入平台呈长方体状，所述左侧第一位移传导杆和右侧第一位移传导杆的上端分别通过铰链铰接于所述输入平台底面的左边和右边；
所述底板设有所述压电陶瓷，所述压电陶瓷端部抵紧于所述输入平台下表面。
2.根据权利要求1所述的全柔性微位移放大机构，其特征在于：所述二级放大机构包括左侧第二位移传导杆和右侧第二位移传导杆；
所述左侧第二位移传导杆下端通过铰链铰接于所述左边第一杠杆上表面左边，所述右侧第二位移传导杆的下端通过铰链铰接于所述右边第一杠杆上表面右边；
所述二级放大机构还包括左边第二杠杆和右边第二杠杆，所述左边第二杠杆和右边杠杆均呈水平状设置；所述左边第二杠杆的左端面通过第二铰链铰接于所述左立柱，所述左侧第二位移传导杆的上端通过第二铰链铰接于所述左边第二杠杆底面的左边；所述右边第二杠杆的右端面通过铰链铰接于所述右立柱，所述右侧第二位移传导杆的上端通过铰链铰接于所述右边第二杠杆的右边；
所述左边第二杠杆的上表面的右边设有输出端支链，所述右边第二杠杆的上表面左边设有输出端支链，所述输出端的底面左边和右边分别铰接于左边和右边的输出端支链。
3.根据权利要求2所述的全柔性微位移放大机构，其特征在于：所述铰链为圆弧形柔性铰链，所述第二铰链为倒圆角直梁型铰链。
4.根据权利要求1所述的全柔性微位移放大机构，其特征在于：所述输入平台下表面中心为梯形凸块。
5.根据权利要求2所述的全柔性微位移放大机构，其特征在于：所述左边第二杠杆上面设有加厚层，所述加厚层由所述左边第二杠杆上表面左起向右呈由高到低逐渐过渡；所述右边第二杠杆上面设有加厚层，所述加厚层由所述右边第二杠杆上表面右起向左呈由高到低逐渐过渡。
6.根据权利要求2所述的全柔性微位移放大机构，其特征在于：所述输出端支链为呈倾斜状设置，两个所述输出端支链的设置方式呈开口的喇叭状，所述输出端支链为柔性铰链。
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