CN110323965B - 一种全柔性铰链微位移放大机构 - Google Patents
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Abstract
一种全柔性微位移放大机构，属于柔性微纳领域。本发明支撑架的右基座中部固定压电陶瓷，其与放大机构的第一杠杆中部连接，第一杠杆顶端与右基座连接，第一杠杆下方与第二杠杆下方连接，第二杠杆的底端与支撑架的底座连接，第二杠杆的上方与第三杠杆下方连接，第三杠杆的底端与支撑架的中间基座连接，第三杠杆的顶端与右位移传导杆的底端连接，右位移传导杆顶端与输出平台的底部连接，该发明为对称结构，左侧结构与右侧结构完全相同，杠杆间连接为圆弧形柔性铰链连接。本发明能够为整个机构提供足够大的驱动力，结构更紧凑，整体刚性更大，运动平稳、无需润滑、零迟滞、高精度、无装配误差，并基本消除耦合误差，更加适应工程需求。
Description
技术领域
本发明属于柔性微纳领域，具体涉及一种全柔性铰链微位移放大机构。
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。如同时提高行程和整体刚性，容易产生难以消除的耦合误差，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，基于三级杠杆放大原理设计一种放大倍数大且整体刚性高、结构紧凑的柔性机械位移放大器。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
针对上述问题，本发明提供了一种全柔性铰链微位移放大机构。
为实现上述目的，一种全柔性铰链微位移放大机构，其结构包括支撑架、放大机构、输出平台1、压电陶瓷，所述支撑架的右基座4中部固定右侧压电陶瓷6，右侧压电陶瓷6的驱动端与放大机构的右侧第一杠杆5中部通过铰链连接，右侧第一杠杆5顶端与右基座4通过铰链连接，右侧第一杠杆5下方与右侧第二杠杆7下方通过铰链连接，右侧第二杠杆7的底端与支撑架的底座8通过铰链连接，右侧第二杠杆7的上方与右侧第三杠杆3下方通过铰链连接，右侧第三杠杆3为L型结构，右侧第三杠杆3的底端与支撑架的中间基座9通过铰链连接，右侧第三杠杆3的顶端与右位移传导杆2的底端通过铰链连接，右位移传导杆2顶端与所述输出平台1的右侧底部通过铰链连接，该发明为对称结构，左侧结构与右侧结构完全相同，所述铰链连接为圆弧形柔性铰链连接。
所述支撑架为“山”字形结构。
所述放大机构的杠杆间铰接的位置可调，所述压电陶瓷的信号可调。
所述放大机构的杠杆的数量可调。
本发明的有益效果在于：
本发明提供的一种全柔性铰链微位移放大机构，放大机构设置支撑架，支撑架设计成“山”字形结构，可使放大机构的杠杆在工作时能够有左侧、右侧、底座、中间作为支撑点，从而能够给放大机构提供足够的支撑刚度；设置了两个对称的输入端，在放大压电陶瓷的位移量同时，能够为整个机构提供足够大的驱动力；本发明采用对称式放大机构，其结构更紧凑，整体刚性更大；柔性铰链支撑机构具有常规运动副无可比拟的运动平稳、无需润滑、零迟滞、高精度、无装配误差等优点，并基本消除耦合误差，更加适应工程需求。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的详细结构示意图。
图3为本发明的立体图。
图4为本发明的原理示意框图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做进一步的描述：
实施例1
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，采用三级杠杆对称式放大，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，满足高速高精密运动的目的。
参见图1，为达到此目的，本发明采用以下技术方案，一种全柔性微位移放大机构，包括支撑架A、放大机构B、输出端C和压电陶瓷D。放大机构位于支撑架A上，输出端C安装于放大机构的输出部位，压电陶瓷D分别安装于支撑架A的左右两端，压电陶瓷D的驱动端对准放大机构B的输入端。支撑架A包括底座、左基座、右基座、中间基座，整体呈“山”字形结构。放大机构B包括一级放大机构、二级放大机构和三级放大机构，所述放大机构为对称式放大机构。一级放大机构包括左边第一杠杆和右边第一杠杆，所述放大机构的连接铰链均为圆弧形柔性铰链。左侧第一杠杆上方通过铰链连接左基座的上方，右侧第一杠杆上方通过铰链连接右基座的上方。二级放大机构包括左侧第二杠杆和右侧第二杠杆。左侧第二杠杆的下端通过铰链与左侧第一杠杆的下端相连，左侧第二杠杆的底端通过铰链与底座连接。右侧第二杠杆的下端通过铰链与右侧第一杠杆的下端相连，右侧第二杠杆的底端通过铰链与底座连接。三级放大机构包括左边第三杠杆和右侧第三杠杆，左右两侧第三杠杆均为L形，左侧第三杠杆的下端通过铰链与左边第二杠杆的上端相连，左侧第三杠杆的底部通过铰链与中间基座顶端相连。右侧第三杠杆的下端通过铰链与右边第二杠杆的上端相连，右侧第三杠杆的底部通过铰链与中间基座顶端相连。输出端C包括左位移传导杆、右位移传导杆和输出平台。左位移传导杆的底部通过铰链与左边三级杠杆的顶端连接，左位移传导杆的顶端通过铰链与输出平台的左侧底部连接，右位移传导杆的底部通过铰链与右侧三级杠杆的顶端连接，右位移传导杆的顶端通过铰链与输出平台的右侧底部相连接。
实施例2
结合图1、图2和图3说明本发明的具体实施方式。本实施方式所述的一种全柔性铰链微位移放大机构包括结构输出平台1、右位移传导杆2、右侧第三杠杆3、右基座4、右侧第一杠杆5、右侧压电陶瓷6、右侧第二杠杆7、底座8、中间基座9、左侧第二杠杆10、左侧压电陶瓷11、左侧第一杆杆12、左基座13、左侧第三杠杆14、左位移传导杆15、支撑架A、放大机构B、输出端C、压电陶瓷D。压电陶瓷D包括左侧压电陶瓷11和右侧压电陶瓷6。放大机构B固定在支撑架A上，输出端C固定在放大机构B的输出部位，左侧压电陶瓷11、右侧压电陶瓷6分别固定在支撑架的左基座13、右基座4两端，左侧压电陶瓷11、右侧压电陶瓷6的驱动端对准于放大机构B的左右输入端。支撑架A包括底座8、左基座13、右基座4、中间基座9，左基座13和右基座4分别固定在底座8的左右两端，中间基座9位于底座8中间。放大机构B包括一级放大机构、二级放大机构和三级放大机构，所述放大机构为对称式放大机构。一级放大机构包括左侧第一杠杆12和右侧第一杠杆5。所述放大机构B中的杠杆间均通过圆弧形柔性铰链连接，左侧第一杠杆12上方通过铰链连接于左基座13的上方，左侧第一杠杆12的左侧通过铰链连接左输入端。右侧第一杠杆5上方通过铰链连接于右基座4的上方，右侧第一杠杆5的右侧通过铰链连接右输入端。二级放大机构包括左侧第二杠杆10和右边第二杠杆7，左侧第二杠杆10的下端通过铰链与左侧第一杠杆12的下端相连，左侧第二杠杆10的底端通过铰链与底座8连接。右侧第二杠杆7的下端通过铰链与右侧第一杠杆5的下端相连，右侧第二杠杆7的底端通过铰链与底座8连接。三级放大机构包括左边第三杠杆14和右侧第三杠杆3，左右两侧第三杠杆均为L形，左边第三杠杆14的下端通过铰链与左边第二杠杆10的上端相连，左边第三杠杆14的底端通过铰链与中间基座9顶端相连。右边第三杠杆3的下端通过铰链与右边第二杠杆7的上端相连，右边第三杠杆3的底端通过铰链与中间基座顶端相连。输出端C包括左位移传导杆15、右位移传导杆2和输出平台1。左位移传导杆15的底端通过铰链与左边三级杠杆14的顶端连接，左位移传导杆15的顶端通过铰链与输出平台1的左侧底部相连接，右位移传导杆2的底端通过铰链与右边三级杠杆3的顶端连接，右位移传导杆2的顶端通过铰链与输出平台1的右侧底部相连接。其中，所述铰链为圆弧形柔性铰链。
左侧压电陶瓷11和右侧压电陶瓷6的位移通过输入端传递给左侧第一杠杆12和右侧第一杠杆5，左侧第一杠杆12和右侧第一杠杆5直接放大了左侧压电陶瓷11和右侧压电陶瓷6的位移量；随后左侧第一杠杆12和右侧第一杠杆5带动左侧第二杠杆10和右侧第二杠杆7将位移再次放大；最后左侧第二杠杆10和右侧第二杠杆7带动左侧第三杠杆14和右侧第三杠杆3。左侧第三杠杆14和右侧第三杠杆3有两个作用，其一是将位移进行最后的放大，其二是将得到放大的水平方向位移转换为竖直方向位移。然后所述的左侧第三杠杆14和右侧第三杠杆3通过左位移传导杆15和右位移传导杆2将放大位移传递到输出平台1。
本发明采用对称式放大机构，其结构更紧凑，整体刚性更大。柔性铰链支撑机构具有常规运动副无可比拟的运动平稳、无需润滑、零迟滞、高精度、无装配误差等优点，并基本消除耦合误差，更加适应现实中的需求。
Claims (1)
1.一种全柔性铰链微位移放大机构，包括结构输出平台(1)、右位移传导杆(2)、右侧第三杠杆(3)、右基座(4)、右侧第一杠杆(5)、右侧压电陶瓷(6)、右侧第二杠杆(7)、底座(8)、中间基座(9)、左侧第二杠杆(10)、左侧压电陶瓷(11)、左侧第一杠杆(12)、左基座(13)、左侧第三杠杆(14)、左位移传导杆(15)、支撑架A、放大机构B、输出端C、压电陶瓷D；压电陶瓷D包括左侧压电陶瓷(11)和右侧压电陶瓷(6)，放大机构B固定在支撑架A上，输出端C固定在放大机构B的输出部位，左侧压电陶瓷(11)、右侧压电陶瓷(6)分别固定在支撑架的左基座(13)、右基座(4)两端，左侧压电陶瓷(11)、右侧压电陶瓷(6)的驱动端对准于放大机构B的左右输入端；支撑架A包括底座(8)、左基座(13)、右基座(4)、中间基座(9)，左基座(13)和右基座(4)分别固定在底座(8)的左右两端，中间基座(9)位于底座(8)中间；放大机构B包括一级放大机构、二级放大机构和三级放大机构，所述放大机构为对称式放大机构，一级放大机构包括左侧第一杠杆(12)和右侧第一杠杆(5)，所述放大机构B中的杠杆间均通过圆弧形柔性铰链连接，左侧第一杠杆(12)上方通过铰链连接于左基座(13)的上方，左侧第一杠杆(12)的左侧通过铰链连接左输入端，右侧第一杠杆(5)上方通过铰链连接于右基座(4)的上方，右侧第一杠杆(5)的右侧通过铰链连接右输入端，二级放大机构包括左侧第二杠杆(10)和右侧第二杠杆(7)，左侧第二杠杆(10)的下端通过铰链与左侧第一杠杆(12)的下端相连，左侧第二杠杆(10)的底端通过铰链与底座(8)连接，右侧第二杠杆(7)的下端通过铰链与右侧第一杠杆(5)的下端相连，右侧第二杠杆(7)的底端通过铰链与底座(8)连接，三级放大机构包括左侧第三杠杆(14)和右侧第三杠杆(3)，左右两侧第三杠杆均为L形，左侧第三杠杆(14)的下端通过铰链与左侧第二杠杆(10)的上端相连，左侧第三杠杆(14)的底端通过铰链与中间基座(9)顶端相连，右侧第三杠杆(3)的下端通过铰链与右侧第二杠杆(7)的上端相连，右侧第三杠杆(3)的底端通过铰链与中间基座顶端相连，输出端C包括左位移传导杆(15)、右位移传导杆(2)和输出平台(1)，左位移传导杆(15)的底端通过铰链与左边三级杠杆14的顶端连接，左位移传导杆(15)的顶端通过铰链与输出平台(1)的左侧底部相连接，右位移传导杆(2)的底端通过铰链与右边三级杠杆3的顶端连接，右位移传导杆(2)的顶端通过铰链与输出平台(1)的右侧底部相连接。
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