CN200986818Y - 二自由度超磁致精密定位器 - Google Patents

Abstract

本实用新型专利涉及二自由度超磁致精密定位器，在弹性体(1)上部从上至下切有一矩形开口，并在其右内角处切有一圆弧形凹槽，形成上柔性铰链(102)，上柔性铰链(102)以上部份是输出端(101)；在弹性体(1)下部从右至左切有一矩形开口，并在其下内角处切有一圆弧形凹槽，形成下柔性铰链(105)，下柔性铰链(105)以右部份是固定端(103)；上柔性铰链(102)以左、下柔性铰链(105)以上的部份是支架(104)；在固定端(103)和支架(104)之间纵向地安装有一个超磁致直线驱动器(3)；在支架(104)和输出端(101)之间横向地安装有一个超磁致直线驱动器(3)。本实用新型可实现平面内较大范围的精确定位。

Description

二自由度超磁致精密定位器

所属技术领域

本实用新型专利涉及一种平面二自由度精密定位器，特别是采用超磁致伸缩材料和柔性铰链的精密定位器。

背景技术

在先进制造领域，精密定位技术是一项关键的基础技术，精密定位器在微细加工、机器人、激光微过孔、半导体加工、航空航天等领域都有着广阔的应用前景。

目前，二自由度精密定位器根据驱动方式主要有机械式、液压式、电磁式、压电式四种。机械式和液压式因为多环节传动，不可避免地存在定位精度低的问题，另外，液压式还存在响应频率低，动态性较差的问题；电磁式定位范围比较大，但是定位精度不高，且体积大、安装复杂、噪声大；压电式位移分辨率高，定位精度高，但是其工作电压要求很高，易击穿，工作可靠性较差，而且压电式可定位范围非常有限。

超磁致伸缩材料是一种新型的功能材料，具有输出力大、位移分辨率高、变形大、带载能力强等特点，在超精密定位、超精密加工、智能结构、振动主动控制系统中有着广阔的应用前景。目前，已有研究人员采用超磁致伸缩材料构造了直线微动执行器，取了理想的效果，但是仅局限于单自由度直线式结构。

发明内容

为了解决当前二自度精密定位器存在定位精度与定位范围之间的矛盾，本实用新型提供一种平面二自由度精密定位器，采用超磁致伸缩材料为驱动源，可实现平面内较大范围的精确定位。

为了达到上述目的，本实用新型采取的技术方案是：

一种二自由度超磁致精密定位器，包括弹性体、预紧弹簧、利用超磁致伸缩材料在外部电磁场变化时发生伸缩形变而制作的超磁致直线驱动器；在弹性体上部从上至下切有一矩形开口，在该矩形开口的右内角处切有一圆弧形凹槽，形成上柔性铰链，上柔性铰链以上的部份是弹性体的输出端；在弹性体下部从右至左切有一矩形开口，在该矩形开口的下内角处切有一圆弧形凹槽，形成下柔性铰链，下柔性铰链以右的部份是弹性体的固定端；上柔性铰链以左、下柔性铰链以上的部份是弹性体的支架；在固定端和支架之间纵向地安装有一个超磁致直线驱动器；在支架和输出端之间横向地安装有一个超磁致直线驱动器。

上述方案中，在固定端和支架之间还纵向地安装有一个预紧弹簧；在支架和输出端之间还横向地安装有一个预紧弹簧。

本实用新型与现有二自由度精密定位器相比具有的优点是：

1.定位范围较大，在相同情况下是压电式二自由度精密定位器的100倍左右，同时定位精度高，可达到纳米级的定位精度；

2.工作电压低，安全可靠，无噪声；

3.动态性好，响应频率高。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图。

图2为二自由度超磁致精密定位器的二维定位原理图。

图3为二自由度超磁致精密定位器的控制框图。

图1中：1.弹性体，2.预紧弹簧，3.超磁致直线驱动器，101.输出端，102.上柔性铰链，103.固定端，104.支架，105.下柔性铰链

具体实施方式

如图1所示，本实用新型包括弹性体1、预紧弹簧2、超磁致直线驱动器3。

弹性体1采用铍青铜板材并经热处理后，采用线切割的加工方法。在弹性体1上部从上至下切出一矩形开口，在该矩形开口的右内角处切出一圆弧形凹槽，形成上柔性铰链102，上柔性铰链102以上的部份是弹性体1的输出端101；在弹性体1下部从右至左切出一矩形开口，在该矩形开口的下内角处切出一圆弧形凹槽，形成下柔性铰链105，下柔性铰链105以右的部份是弹性体1的固定端103；上柔性铰链102以左、下柔性铰链105以上的部份是弹性体1的支架104；在固定端103和支架104之间纵向地安装一个超磁致直线驱动器3，在固定端103和支架104之间还纵向地安装一个预紧弹簧2，以消除超磁致直线驱动器3与支架104之间的间隙；在支架104和输出端101之间横向地安装有一个超磁致直线驱动器3，在支架104和输出端101之间还横向地安装有一个预紧弹簧2，以消除超磁致直线驱动器3与输出端101之间的间隙。

当超磁致直线驱动器3中通入电流，电流引起超磁致伸缩材料周围的磁场变化，从而导致超磁致直线驱动器3输出力和位移，可分别推动输出端101绕上柔性铰链102顺时针转动、支架104绕下柔性铰链105逆时针转动，控制通入超磁致直线驱动器3中的电流大小，可获得不同的转动量；减小超磁致直线驱动器3中通入的电流，在预紧弹簧2的作用下，可分别使得输出端101绕上柔性铰链102逆时针回转、支架104绕下柔性铰链105顺时针回转。

本实用新型的二维定位原理，可参照附图2所示，上柔性铰链102的中心为A，下柔性铰链105的中心为B，输出端101的上部顶点为C。输出端101在超磁致直线驱动器3的驱动力的作用下，绕上柔性铰链102沿弧S2顺时针运动，运动半径为AC，此时C点可运动的极限位置是点F；支架104在超磁致直线驱动器3的驱动力的作用下，可绕下柔性铰链105沿弧S1逆时针运动，运动半径为BC，此时C点可运动的极限位置是点D；当两个超磁致直线驱动器3同时驱动时，C点的可运动范围为平面CDEF。

精确地控制通入超磁致直线驱动器3中的电流，可使C点精确地定位于平面CDEF内任意一点。

附图3为二自由度超磁致精密定位器的控制系统框图，为提高定位器的定位精度，一般要求采用闭环控制。

本实用新型中，超磁致伸缩材料的变形分辨率可达到纳米级甚至更高，但二自由度超磁致精密定位器的定位精度受限于驱动电源、位置传感器等，若采用高精度的驱动电源、传感器等，二自由度超磁致精密定位器的重复定位精度可达到0.01微米。

本实用新型适用于先进制造领域中各种要求精确定位的场合。

Claims (2)

1.一种二自由度超磁致精密定位器，包括弹性体(1)、预紧弹簧(2)、利用超磁致伸缩材料在外部电磁场变化时发生伸缩形变而制作的超磁致直线驱动器(3)；其特征在于：在弹性体(1)上部从上至下切有一矩形开口，在该矩形开口的右内角处切有一圆弧形凹槽，形成上柔性铰链(102)，上柔性铰链(102)以上的部份是弹性体(1)的输出端(101)；在弹性体(1)下部从右至左切有一矩形开口，在该矩形开口的下内角处切有一圆弧形凹槽，形成下柔性铰链(105)，下柔性铰链(105)以右的部份是弹性体(1)的固定端(103)；上柔性铰链(102)以左、下柔性铰链(105)以上的部份是弹性体(1)的支架(104)；在固定端(103)和支架(104)之间纵向地安装有一个超磁致直线驱动器(3)；在支架(104)和输出端(101)之间横向地安装有一个超磁致直线驱动器(3)。

2.根据权利要求1所述的二自由度超磁致精密定位器，其特征在于：在固定端(103)和支架(104)之间还纵向地安装有一个预紧弹簧(2)；在支架(104)和输出端(101)之间还横向地安装有一个预紧弹簧(2)。

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