CN107131404A - 单驱双摆式纯转动微定位平台 - Google Patents

单驱双摆式纯转动微定位平台 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种单驱双摆式纯转动微定位平台，包括主动驱动机构和被动顺从机构；主动驱动机构包括基座Ⅰ和导向机构，在导向机构的下方设有一个压电陶瓷，导向机构的两端各与一垂直换向放大机构连接，垂直换向放大机构与杠杆放大机构Ⅰ连接，在杠杆放大机构Ⅰ的输出端设有运动连接块Ⅰ；被动顺从机构包括连接在基座Ⅰ上方的基座Ⅱ、运动平台Ⅰ和运动平台Ⅱ，运动平台Ⅰ和运动平台Ⅱ各通过一个连接板簧Ⅰ和连接板簧Ⅱ与基座Ⅱ连接，运动平台Ⅰ和运动平台Ⅱ分别与一个运动传递柔性杆连接，运动传递柔性杆与杠杆放大机构Ⅱ连接，在杠杆放大机构Ⅱ的输入端设有与运动连接块Ⅰ连接的运动连接块Ⅱ。本发明控制简便，且具有较高的转动精度。

Description

单驱双摆式纯转动微定位平台
技术领域
本发明涉及一种单驱双摆式纯转动微定位平台，能够实现大转动角度，且具有高转动精度。
背景技术
随着微纳技术的发展，由压电陶瓷驱动的多自由度微定位平台已经被广泛地应用于微纳领域。为了满足日益复杂的运动需求，这些微定位平台通常包括平动和转动两种运动方式，但是转动一般需要由两个以上的压电陶瓷同时进行驱动，这就对压电陶瓷的安装和控制提出了挑战。不同的安装预紧力会导致压电陶瓷不同的输出特性，不利于转动方向的精度控制，并且多个压电陶瓷的同时驱动也会增加运动控制的复杂性。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种单驱双摆式纯转动微定位平台，该平台控制简便，且具有较高的转动精度。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种单驱双摆式纯转动微定位平台，包括主动驱动机构和被动顺从机构；所述主动驱动机构采用左右对称结构，包括基座Ⅰ和形成在其内部的导向机构，所述导向机构的左右两端各设有一输出端，在所述导向机构的下方设有一个压电陶瓷，所述导向机构的两个输出端各与一垂直换向放大机构的输入端连接，所述垂直换向放大机构输出方向与输入方向垂直，所述垂直换向放大机构的输出端通过柔性连接块与杠杆放大机构Ⅰ的输入端连接，在所述杠杆放大机构Ⅰ的输出端设有运动连接块Ⅰ，所述杠杆放大机构Ⅰ与所述基座Ⅰ柔性连接；所述被动顺从机构采用中心对称结构，包括连接在所述基座Ⅰ上方的基座Ⅱ、设置在所述基座Ⅱ右上方的运动平台Ⅰ和设置在所述基座Ⅱ左下方的运动平台Ⅱ，所述运动平台Ⅰ和所述运动平台Ⅱ各通过一个连接板簧Ⅰ和连接板簧Ⅱ与所述基座Ⅱ连接，所述连接板簧Ⅰ沿所述基座Ⅱ的纵向中心线设置，所述连接板簧Ⅱ沿所述基座Ⅱ的横向中心线设置，在所述运动平台Ⅰ的上端设有一输入端，在所述运动平台Ⅱ的下端设有一输入端，所述运动平台Ⅰ和所述运动平台Ⅱ输入端各与一个运动传递柔性杆的输出端连接，每个所述运动传递柔性杆的输入端与一个所述杠杆放大机构Ⅱ的输出端连接，在所述杠杆放大机构Ⅱ的输入端设有运动连接块Ⅱ，所述杠杆放大机构Ⅱ与所述基座Ⅱ柔性连接；两个所述运动连接块Ⅱ与两个所述运动连接块Ⅰ一一对应地采用运动连接螺栓连接。
所述垂直换向放大机构采用SR放大机构。
所述导向机构采用双平行板导向机构。
所述基座Ⅰ和所述基座Ⅱ采用基座连接螺栓连接，在所述基座Ⅰ和所述基座Ⅱ的连接处以及所述运动连接块Ⅱ与所述运动连接块Ⅰ的连接处均设有垫片。
本发明具有的优点和积极效果是：通过采用一个压电陶瓷进行驱动，使该平台控制简便，且具有较高的转动精度；通过采用垂直换向放大机构、杠杆放大机构Ⅰ和杠杆放大机构Ⅱ三级放大，扩大了压电陶瓷的输出位移，实现了大转动角度；通过对称设置的两个垂直换向放大机构将压电陶瓷的单输出位移转换为大小相等、方向相反的两路输出位移；通过杠杆放大机构Ⅱ将同一直线上的两路输出位移转换为两路相互平行的输出位移，实现了两个运动平台各自的摆动，从而实现了单压电陶瓷驱动的转动运动。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的主动驱动机构结构示意图；
图3为本发明的被动顺从机构结构示意图。
图中：1、主动驱动机构：11、基座Ⅰ，12、运动连接块Ⅰ，13、导向机构，14、垂直换向放大机构，15杠杆放大机构Ⅰ，16、柔性连接块，17、压电陶瓷，18、预紧螺栓，2、被动顺从机构：21、基座Ⅱ，22、连接板簧Ⅰ，23、运动传递柔性杆，24、运动平台Ⅰ，25、连接板簧Ⅱ，26、运动连接块Ⅱ，27、杠杆放大机构Ⅱ，28、运动平台Ⅱ，3、运动连接螺栓，4、基座连接螺栓，5、垫片。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1～图3，一种单驱双摆式纯转动微定位平台，包括主动驱动机构1和被动顺从机构2。
所述主动驱动机构采用左右对称结构，包括基座Ⅰ11和形成在其内部的导向机构13，所述导向机构13的左右两端各设有一输出端，在所述导向机构13的下方设有一个压电陶瓷17，在压电陶瓷17的下方设有预紧螺栓18，所述导向机构13的两个输出端各与一垂直换向放大机构14的输入端连接，所述垂直换向放大机构14输出方向与输入方向垂直，所述垂直换向放大机构14的输出端通过柔性连接块16与杠杆放大机构Ⅰ15的输入端连接，在所述杠杆放大机构Ⅰ15的输出端设有运动连接块Ⅰ12，所述杠杆放大机构Ⅰ15与所述基座Ⅰ11柔性连接。
所述被动顺从机构2采用中心对称结构，包括连接在所述基座Ⅰ11上方的基座Ⅱ21、设置在所述基座Ⅱ21右上方的运动平台Ⅰ24和设置在所述基座Ⅱ左下方的运动平台Ⅱ28，所述运动平台Ⅰ24和所述运动平台Ⅱ28各通过一个连接板簧Ⅰ22和连接板簧Ⅱ25与所述基座Ⅱ21连接，所述连接板簧Ⅰ22沿所述基座Ⅱ21的纵向中心线设置，所述连接板簧Ⅱ25沿所述基座Ⅱ21的横向中心线设置，在所述运动平台Ⅰ24的上端设有一输入端，在所述运动平台Ⅱ28的下端设有一输入端，所述运动平台Ⅰ24和所述运动平台Ⅱ28输入端各与一个运动传递柔性杆23的输出端连接，每个所述运动传递柔性杆23的输入端与一个所述杠杆放大机构Ⅱ27的输出端连接，在所述杠杆放大机构Ⅱ27的输入端设有运动连接块Ⅱ26，所述杠杆放大机构Ⅱ27与所述基座Ⅱ21柔性连接。
两个所述运动连接块Ⅱ26与两个所述运动连接块Ⅰ12一一对应地采用运动连接螺栓3连接。
在本实施例中，所述垂直换向放大机构14采用SR放大机构,保证了垂直换向放大机构14输出端的直线位移，且结构紧凑。所述导向机构13采用双平行板导向机构，用以保证压电陶瓷17输出直线位移，且可避免压电陶瓷17承受弯矩。所述基座Ⅰ11和所述基座Ⅱ21采用基座连接螺栓4连接，在所述基座Ⅰ11和所述基座Ⅱ21的连接处以及所述运动连接块Ⅱ26与所述运动连接块Ⅰ12的连接处均设有垫片5，用以将主动驱动机构1和被动顺从机构2的柔性机构部分分离。
本发明的工作原理：
所述压电陶瓷17在导向机构13的作用下输出单向位移，通过左右对称布置的两个所述垂直换向放大机构14将压电陶瓷17的单向位移转换为同一直线上大小相等、方向相反的两路输出位移，并且进行了第一级位移放大；然后通过柔性连接块16将所述垂直换向放大机构14的输出位移传递给杠杆放大机构Ⅰ15的输入端，所述杠杆放大机构Ⅰ15完成第二级位移放大；运动连接螺栓3、运动连接块Ⅰ12和运动连接块Ⅱ26将杠杆放大机构Ⅰ15的输出位移传递给所述杠杆放大机构Ⅱ27的输入端，所述杠杆放大机构Ⅱ27完成第三级位移放大；所述杠杆放大机构Ⅱ27的输出端与所述运动传递柔性杆23的输入端连接，两个所述杠杆放大机构Ⅱ27和两个所述运动传递柔性杆23关于基座Ⅱ21中心对称，两个所述运动传递柔性杆23的输出端分别与所述运动平台Ⅰ24和所述运动平台Ⅱ28连接，完成了运动的传递。所述运动平台Ⅰ24和所述运动平台Ⅱ28各通过一个连接板簧Ⅰ22和连接板簧Ⅱ25与所述基座Ⅱ21连接，在所述运动传递柔性杆23传递的运动的作用下，实现了所述运动平台Ⅰ24和所述运动平台Ⅱ28绕基座Ⅱ21中心的摆动，将所述运动平台Ⅰ24和所述运动平台Ⅱ28关于基座Ⅱ21中心的摆动组合使用，就可以获得绕基座Ⅱ21中心的转动运动。
所述主动驱动机构1左右为对称式结构，以保证两侧所述杠杆放大机构Ⅰ15产生同一直线上方向相反、大小相等的输出位移量，并通过在运动连接块Ⅰ12和运动连接块Ⅱ26传递给杠杆放大机构Ⅱ27；所述被动顺从机构2关于中心对称，以保证两侧所述杠杆放大机构Ⅱ27产生相互平行且大小相等的输出位移量，促使运动平台Ⅰ24和运动平台Ⅱ28绕基座Ⅱ21中心产生相同的摆动运动，进而获得绕基座Ⅱ21中心的转动运动。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种单驱双摆式纯转动微定位平台，其特征在于，包括主动驱动机构和被动顺从机构；
所述主动驱动机构采用左右对称结构，包括基座Ⅰ和形成在其内部的导向机构，所述导向机构的左右两端各设有一输出端，在所述导向机构的下方设有一个压电陶瓷，所述导向机构的两个输出端各与一垂直换向放大机构的输入端连接，所述垂直换向放大机构输出方向与输入方向垂直，所述垂直换向放大机构的输出端通过柔性连接块与杠杆放大机构Ⅰ的输入端连接，在所述杠杆放大机构Ⅰ的输出端设有运动连接块Ⅰ，所述杠杆放大机构Ⅰ与所述基座Ⅰ柔性连接；
所述被动顺从机构采用中心对称结构，包括连接在所述基座Ⅰ上方的基座Ⅱ、设置在所述基座Ⅱ右上方的运动平台Ⅰ和设置在所述基座Ⅱ左下方的运动平台Ⅱ，所述运动平台Ⅰ和所述运动平台Ⅱ各通过一个连接板簧Ⅰ和连接板簧Ⅱ与所述基座Ⅱ连接，所述连接板簧Ⅰ沿所述基座Ⅱ的纵向中心线设置，所述连接板簧Ⅱ沿所述基座Ⅱ的横向中心线设置，在所述运动平台Ⅰ的上端设有一输入端，在所述运动平台Ⅱ的下端设有一输入端，所述运动平台Ⅰ和所述运动平台Ⅱ输入端各与一个运动传递柔性杆的输出端连接，每个所述运动传递柔性杆的输入端与一个所述杠杆放大机构Ⅱ的输出端连接，在所述杠杆放大机构Ⅱ的输入端设有运动连接块Ⅱ，所述杠杆放大机构Ⅱ与所述基座Ⅱ柔性连接；
两个所述运动连接块Ⅱ与两个所述运动连接块Ⅰ一一对应地采用运动连接螺栓连接。
2.根据权利要求1所述的单驱双摆式纯转动微定位平台，其特征在于，所述垂直换向放大机构采用SR放大机构。
3.根据权利要求1所述的单驱双摆式纯转动微定位平台，其特征在于，所述导向机构采用双平行板导向机构。
4.根据权利要求1所述的单驱双摆式纯转动微定位平台，其特征在于，所述基座Ⅰ和所述基座Ⅱ采用基座连接螺栓连接，在所述基座Ⅰ和所述基座Ⅱ的连接处以及所述运动连接块Ⅱ与所述运动连接块Ⅰ的连接处均设有垫片。
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