CN109323090A - 一种柔顺恒力支撑台 - Google Patents

一种柔顺恒力支撑台 Download PDF

Info

Publication number
CN109323090A
CN109323090A CN201811235707.5A CN201811235707A CN109323090A CN 109323090 A CN109323090 A CN 109323090A CN 201811235707 A CN201811235707 A CN 201811235707A CN 109323090 A CN109323090 A CN 109323090A
Authority
CN
China
Prior art keywords
supporting table
constant force
sliding block
hinged
type sliding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201811235707.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109323090B (zh
Inventor
李保坤
张凯
韩迎鸽
王开松
陈清华
姜阔胜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Anhui University of Science and Technology
Original Assignee
Anhui University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Anhui University of Science and Technology filed Critical Anhui University of Science and Technology
Priority to CN201811235707.5A priority Critical patent/CN109323090B/zh
Publication of CN109323090A publication Critical patent/CN109323090A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109323090B publication Critical patent/CN109323090B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16M—FRAMES, CASINGS OR BEDS OF ENGINES, MACHINES OR APPARATUS, NOT SPECIFIC TO ENGINES, MACHINES OR APPARATUS PROVIDED FOR ELSEWHERE; STANDS; SUPPORTS
    • F16M11/00—Stands or trestles as supports for apparatus or articles placed thereon Stands for scientific apparatus such as gravitational force meters
    • F16M11/02—Heads
    • F16M11/04—Means for attachment of apparatus; Means allowing adjustment of the apparatus relatively to the stand
    • F16M11/043—Allowing translations
    • F16M11/046—Allowing translations adapted to upward-downward translation movement

Abstract

本发明属于柔顺机构领域，尤其涉及一种柔顺恒力支撑台，它将柔性片段、刚性梁、导向滑块，底板和支撑台连接，柔性片段包括交叉片簧、铰接‑铰接柔性片段。支撑台与恒力输出体固连，刚性梁、交叉片簧和“Z”型滑块三者组合形成伪交错轴柔铰，“Z”型滑块、弧形柔性梁和固定块形成铰接‑铰接柔性片段，伪交错轴柔铰和铰接‑铰接柔性片段的组合运动可以实现输出恒力。当支撑台向底板运动时，交叉片簧的弯曲变形，“Z”型滑块的在导轨内的平移运动，弧形柔性梁的弯曲变形产生的储能和放能的过程，实现位移段内对物体的恒定支撑。该柔顺恒力支撑机构具有零件数目少、结构简单、装配方便等特点，可用于脆性材料的打磨支撑机构。

Description

一种柔顺恒力支撑台
技术领域
本发明属于柔顺机构领域，尤其涉及一种柔顺恒力支撑台。
背景技术
微机电系统(MEMS)具有带来巨大经济利益的潜在优势，可以在很宽的范围里集成为系统。由于MEMS的加工平面特性和尺寸限制(这使得零件很难安装)给在微型水平上构造机械装置带来一系列的挑战，柔顺机构则给出了许多解决这些问题的答案。柔顺机构的优势在于:能在平面内制作；不需要安装；所需空间小而简单；很少使用润滑；可减少摩擦和磨损；可减小由于铰链产生的间隙，从而导致高精度；可把储能元件(弹簧)和其他元件集合成到一起。利用柔顺机构的这些特性，设计了一种柔顺恒力机构。恒力机构在一定的运动位移范围内其输入端产生的反力基本不变。恒力机构对设备的安全性和可靠性有重要影响，其在诸多领域和场合得到广泛应用，如物体加持、管道清洗、热力发电、机器人末端机构等。目前大多数的恒力机构属于刚性部分和弹簧的组合体，这种结构形式的装配相对复杂，不适用于小型结构，大大降低了其实用范围。
发明内容
本发明的目的在于克服现有恒力机构存在的不足，提供一种结构简单、造价低廉、稳定性好的柔顺恒力支撑台，该机构可以在一定的位移范围内实现恒定力输出来支撑其他物体。
本发明所采用的技术方案是：一种柔顺恒力支撑台，其特征是：它将柔性片段、刚性梁、导向滑块，底板和支撑台连接，所述的柔性片段包括交叉片簧、铰接-铰接柔性片段。
作为本发明的优选技术方案，所述支撑台与恒力输出体通过螺纹连接，支撑台受到外力作用沿着中轴线竖直方向上下运动，为提高支撑台的稳定性，也可以采用固结的方法连接二者。作为本发明的优选技术方案，所述恒力输出体与刚性梁通过销轴连接，恒力输出体沿着中轴线竖直方向上下运动，和刚性梁之间形成旋转运动。
作为本发明的优选技术方案，所述刚性梁与底板之间的夹角适合选择在10°到15°之间，所述刚性梁尾部和交叉片簧固结，交叉片簧交叉点处的长端与短端的长度之比是2:1，交叉片簧定位在与刚性梁的端面呈锐角，建议选择39.23°，交叉片簧作为柔性铰链只发生弯曲变形，起到储能和放能的作用。所述交叉片簧和一“Z”型滑块固结。所述刚性梁、交叉片簧和“Z”型滑块三者组合形成伪交错轴柔铰。三者可以是一体结构，即可以通过一次性成型技术完成制造，适合采用柔而强的材料制造。
作为本发明的优选技术方案，所述“Z”型滑块和弧形柔性梁通过销轴连接，所述弧形柔性梁和固定块通过销轴连接，所述“Z”型滑块、弧形柔性梁和固定块形成铰接-铰接柔性片段。在支撑台受到外力作用时，“Z”型滑块沿着导轨往复平移，弧形柔性梁发生弯曲变形，该片段往复运动可以实现能量的存储和释放，与伪交错轴柔铰通过力的叠加实现恒力输出。
作为本发明的优选技术方案，所述固定块与底板通过螺纹固定在滑槽的末端。
作为本发明的优选技术方案，本柔顺恒力支撑台是由四组组合体装配完成，沿中轴线呈圆周阵列的形式。
本发明的有益效果是；成功实现了柔顺恒力支撑，其运动特征是：在支撑台受到外力作用会向底板方向竖直运动，此时会通过伪交错轴柔铰和铰接-铰接柔性片段带动“Z”型滑块沿着滑槽往远离中轴线的方向运动，弧形柔性梁发生弯曲变形，当支撑台运动到一定的位移后会带动“Z”型滑块沿着滑槽往接近中轴线的方向运动，在“Z”型滑块接近中轴线这个过程中有力的叠加效果产生，从而实现恒力输出。改变伪交错轴柔铰和铰接-铰接柔性片段各自的长度、截面或者材料时，可改变支撑力的大小以适应各种需求。
这种柔顺恒力支撑机构结构简单、装配方便，可以在需要恒力输出的场合得到应用，比如作为切割玻璃的支撑平台，还可以在经过相关的结构改进后用于恒定夹持力的实现、检测或测量恒定接触力等。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案做进一步说明。
图1为一种柔顺恒力支撑台的等轴测图
图2为一种柔顺恒力支撑台的俯视图
图3为一种柔顺恒力支撑台的前视图
图4为伪交错轴柔铰的等轴测图
图5为一种柔顺恒力支撑台的原理图
图中：1、支撑台；2、恒力输出体；3、伪交错轴柔铰(3-1、“Z”型滑块；3-2、交叉片簧；3-3、刚性梁)；4、弧形柔性梁；5、底板；6、螺栓孔；7、固定块；8、销轴；9中轴线，10、压簧；11、扭簧；12、连杆；13、滑块。
具体实施方式
为了使本发明的目的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明并不限定本发明。
请参阅图1、图2、图3、图4、图5。
如图1、2、3所示，本发明提供了一种实施例的结构形式，本实施例中一种柔顺恒力支撑台由支撑台、伪交错轴柔铰和铰接-铰接柔性片段组成。
所述柔顺恒力支撑台由支撑台(1)、伪交错轴柔铰(3)、弧形柔性梁(4)和固定块(7)依次连接组成。
所述支撑台(1)为圆柱形与恒力输出体(2)固结，在运动过程中为防止支撑台(1)与伪交错轴柔铰(3)发生干涉，支撑台(1)需要结合具体的尺寸参数进行优化设计。支撑台(1)受到外力沿着中轴线竖直方向向接近底板的方向运动。
所述恒力输出体(2)一周有四对带有销轴孔的耳板，与伪交错轴柔铰(3)通过销轴连接，恒力输出体(2)相对伪交错轴柔铰(3)形成旋转运动。
所述伪交错轴柔铰(3)由刚性梁(3-3)、交叉片簧(3-2)和“Z”型滑块(3-1)组成，交叉片簧(3-2)的安装位置是与刚性梁(3-3)的端面呈锐角，本实施例选择39.23°，交叉片簧(3-2)交叉点处的长端与短端的长度之比是2:1，所述刚性梁(3-3)不发生变形，其与底板(5)之间点的夹角不宜过大，适合选择在10°到15°之间，所述“Z”型滑块(3-1)在底板(5)的滑槽内只做平移运动，刚性梁(3-3)和“Z”型滑块(3-1)的相对端面互相平行。“Z”型滑块(3-1)、交叉片簧(3-2)和刚性梁(3-3)可以是一体结构，即可以通过一次性成型技术完成制造，适合采用柔而强的材料制造。
所述弧形柔性梁(4)为柔性片段，材料性能要足够强且耐疲劳，其横截面积和圆弧半径不同，会调节出不同的输出恒力，弧形柔性梁(4)与“Z”型滑块(3-1)通过销轴连接，“Z”型滑块(3-1)在底板(5)的滑槽内做平移运动时，弧形柔性梁(4)只发生弯曲变形，所述固定块(7)底部有螺纹孔，通过螺纹固定在底板(5)的滑槽末端，弧形柔性梁(4)、“Z”型滑块(3-1)和固定块(7)形成铰接-铰接柔性片段。
本发明的恒力输出特性是：在支撑台(1)受到外力后会向接近底板(5)的方向运动，会带动伪交错轴柔铰(3)绕交叉片簧(3-2)旋转，同时“Z”型滑块(3-1)在底板(5)的滑槽内做远离中轴线(9)的平移运动，弧形柔性梁(4)发生弯曲变形，随着支撑台(1)运动位移的增加，会带动“Z”型滑块(3-1)往接近中轴线(9)的方向运动，这个阶段会有力的叠加效果即输出恒力，此时的支撑台(1)的位置既是恒力输出位置。
本发明涉及的一种柔顺恒力支撑平台是由四组相同的组合体装配完成，沿中轴线呈圆周阵列的形式。图5所示为设计本柔顺恒力支撑台的原理图。对于压簧(10)用弧形柔性梁(4)代替，扭簧(11)用交叉片簧(3-20)代替，这种方法便于装配，可以减少机构的摩擦和噪声，简化结构，对于选用不同的截面尺寸和材料可以实现输出恒力的调节，提高了柔顺恒力支撑台的应用领域。
最后应当说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种柔顺恒力支撑台，其特征是：把支撑台、伪交错轴柔铰和铰接-铰接柔性片段组合在一起，所述支撑台作为恒力输出的载体与恒力输出体固连，支撑台在沿着中轴线向下运动的过程中为防止和伪交错轴柔铰发生干涉，支撑台和恒力输出体之间有一定的距离，所述伪交错轴柔铰由刚性梁、交叉片簧和“Z”型滑块组成，所述刚性梁与底板之间的夹角适合选择在10°到15°之间，所述刚性梁尾部和交叉片簧固结，交叉片簧作为柔性铰链只发生弯曲变形，叉片簧交叉点处的长端与短端的长度之比是2:1，交叉片簧定位在与刚性梁的端面呈锐角，建议选择39.23°，“Z”型滑块不发生变形在导轨内平移运动。伪交错轴柔铰可利用柔而强的材料通过一次成型技术加工完成。所述铰接-铰接柔性片段由“Z”型滑块、弧形柔性梁和固定块组成，弧形柔性梁分别和“Z”型滑块、固定块通过销轴连接，二者间形成旋转运动，弧形柔性梁只发生弯曲变形。对于不同的刚性梁、交叉片簧、弧形柔性梁的横截面积以及材料性能，可以实现对不同输出恒力的设计。
2.根据权利要求1所述的一种柔顺恒力支撑机构，其特征是：在支撑台受到外力作用会发生位移沿中轴线向下运动，伪交错轴柔铰会推动“Z”型滑块向远离中轴线的方向运动，在支撑台运动到一定的位移后，“Z”型滑块向接近中轴线的方向运动，“Z”型滑块两种运动方向会实现弧形柔性梁的储能和放能会有恒力输出，产生恒定的支撑反力作用在支撑台上。
CN201811235707.5A 2018-10-23 2018-10-23 一种柔顺恒力支撑台 Active CN109323090B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811235707.5A CN109323090B (zh) 2018-10-23 2018-10-23 一种柔顺恒力支撑台

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811235707.5A CN109323090B (zh) 2018-10-23 2018-10-23 一种柔顺恒力支撑台

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109323090A true CN109323090A (zh) 2019-02-12
CN109323090B CN109323090B (zh) 2021-03-26

Family

ID=65262803

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811235707.5A Active CN109323090B (zh) 2018-10-23 2018-10-23 一种柔顺恒力支撑台

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109323090B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110125941A (zh) * 2019-06-12 2019-08-16 北京航空航天大学 一种变尺度驱动仿生干黏附机构
WO2020173096A1 (zh) * 2019-02-26 2020-09-03 华南理工大学 一种平面复合结构空间大行程的柔顺铰链
CN113606288A (zh) * 2021-08-09 2021-11-05 中南大学 一种张拉支承装置
CN115070712A (zh) * 2022-05-13 2022-09-20 安徽理工大学 一种单自由度末端恒力机构
CN116013402A (zh) * 2022-12-26 2023-04-25 齐鲁工业大学 一种二维微定位平台
CN117549285A (zh) * 2024-01-10 2024-02-13 北京中智蓝瑞机械设备有限公司 一种机械维修零件转移机械手

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2470922Y (zh) * 2001-02-23 2002-01-09 北京远泰通达科技开发有限责任公司 三自由度超精密定位及微细操作平台
CN101272887A (zh) * 2006-01-04 2008-09-24 布拉格捷克科技大学机械工程系 用于测量和/或校准空间物体位置的方法和设备
US20110193281A1 (en) * 2008-10-06 2011-08-11 Gloria Jean Wiens Active fixturing for micro/mesoscale, machine tool systems,
CN104325458A (zh) * 2014-11-19 2015-02-04 哈尔滨工业大学 一种柔性并联平台装置
CN105953039A (zh) * 2016-07-14 2016-09-21 佛山科学技术学院 一种新型大行程柔顺并联微定位平台
CN107963187A (zh) * 2017-12-19 2018-04-27 浙江工业大学 一种柔性自适应动态平衡装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2470922Y (zh) * 2001-02-23 2002-01-09 北京远泰通达科技开发有限责任公司 三自由度超精密定位及微细操作平台
CN101272887A (zh) * 2006-01-04 2008-09-24 布拉格捷克科技大学机械工程系 用于测量和/或校准空间物体位置的方法和设备
US20110193281A1 (en) * 2008-10-06 2011-08-11 Gloria Jean Wiens Active fixturing for micro/mesoscale, machine tool systems,
CN104325458A (zh) * 2014-11-19 2015-02-04 哈尔滨工业大学 一种柔性并联平台装置
CN105953039A (zh) * 2016-07-14 2016-09-21 佛山科学技术学院 一种新型大行程柔顺并联微定位平台
CN107963187A (zh) * 2017-12-19 2018-04-27 浙江工业大学 一种柔性自适应动态平衡装置

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020173096A1 (zh) * 2019-02-26 2020-09-03 华南理工大学 一种平面复合结构空间大行程的柔顺铰链
US11745334B2 (en) 2019-02-26 2023-09-05 South China University Of Technology Spatial large-stroke compliant hinge with hybrid structure
CN110125941A (zh) * 2019-06-12 2019-08-16 北京航空航天大学 一种变尺度驱动仿生干黏附机构
CN110125941B (zh) * 2019-06-12 2020-01-03 北京航空航天大学 一种变尺度驱动仿生干黏附机构
CN113606288A (zh) * 2021-08-09 2021-11-05 中南大学 一种张拉支承装置
CN113606288B (zh) * 2021-08-09 2022-08-02 中南大学 一种张拉支承装置
CN115070712A (zh) * 2022-05-13 2022-09-20 安徽理工大学 一种单自由度末端恒力机构
CN116013402A (zh) * 2022-12-26 2023-04-25 齐鲁工业大学 一种二维微定位平台
CN116013402B (zh) * 2022-12-26 2023-09-26 齐鲁工业大学 一种二维微定位平台
CN117549285A (zh) * 2024-01-10 2024-02-13 北京中智蓝瑞机械设备有限公司 一种机械维修零件转移机械手
CN117549285B (zh) * 2024-01-10 2024-03-12 北京中智蓝瑞机械设备有限公司 一种机械维修零件转移机械手

Also Published As

Publication number Publication date
CN109323090B (zh) 2021-03-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109323090A (zh) 一种柔顺恒力支撑台
CN106920578B (zh) 二维恒力机构及具有该机构的定位平台
CN104595642A (zh) 一种二自由度压电驱动纳米定位平台
CN101642907B (zh) 二自由度平动并联机器人机构
CN110497390B (zh) 绳簧驱动三自由度并联双目调焦仿生眼执行机构
CN105006254A (zh) 一种具有双位移放大的大行程快速响应x-y微动工作台
CN103286777A (zh) 一种新型空间三自由度并联机构
CN109129494B (zh) 一种并联微补偿装置
CN105033963A (zh) 一种非共振式压电电机驱动的三自由度并联精密工作台
CN102626921B (zh) 含两自由度平面子链的无汇交轴对称两转一移并联机构
CN102275320A (zh) 高速压力机
CN106100437B (zh) 钳位力可调节的直线式惯性压电作动器及作动方法
CN102446562B (zh) 一种基于柔顺机构的微位移放大机构
CN106272353A (zh) 一种大行程高精度的平面三自由度柔顺并联机构
CN110410443A (zh) 一种零刚度冲击隔离装置
CN104760037A (zh) 一种(2t)&(1t1r)四自由度解耦混联机构
CN202317689U (zh) 一种带气浮支承和电磁驱动的超精密工作台
CN1847899A (zh) 具凸轮机构的筒件组及镜头组
CN103273328A (zh) 大行程微驱动精密二维工作台
CN202861789U (zh) 基于形状记忆材料粗动驱动器的精密微动平台
CN205630632U (zh) 一种空间三平移冗余驱动并联机构
CN103722547A (zh) 具有两移一转三自由度的解耦空间并联机构
CN109256175B (zh) 高精度大行程空间平动微定位平台
CN107378514A (zh) 挠性机构及含有该挠性机构的龙门装置
CN113090638B (zh) 一种柔性铰链及应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant