CN205376486U - 一种实现高精度旋转运动的微位移放大装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种实现高精度旋转运动的微位移放大装置，包括压电陶瓷驱动器和柔性放大机构，压电陶瓷驱动器的输入端通过柔性铰链与柔性放大机构一端连接，柔性放大机构另一端设有输出端，柔性放大机构包括多个杆件，多个杆件形成杠杆结构，将压电陶瓷驱动器输入的直线位移通过柔性放大机构内的杠杆结构放大并转化为转角输出，实现高精度的旋转运动。

Description

一种实现高精度旋转运动的微位移放大装置

技术领域

本实用新型涉及精密微位移技术领域，具体涉及一种实现高精度旋转运动的微位移放大装置。

背景技术

近年来，随着微电子技术、微纳米技术、宇航工程、精密工程、生物工程等学科的迅速发展，众多科技领域如光学、仪器仪表、精密机械制造、材料科学等都急切需要定位精度和分辨率高的精密微位移技术。精密微位移技术的迅速发展，使微型精密仪器及系统开始由实验室成功地走向市场，并且已形成了一种新的产业，而这些产业的快速发展也不断地向精密微位移技术和设备提出了更新、更高的要求，比如要求更快的定位速度、更高的分辨率、更好的稳定性等。基于压电驱动的柔性放大机构具有运动平滑、无需润滑、零迟滞、精度高等性能优点。目前，国内外已有许多学者设计出各种形式的柔性放大机构，如差动式柔性放大机构、单级对称式柔性放大机构、两级对称式柔性放大机构、桥式柔性放大机构等，这些柔性放大机构主要是将输入的直线位移进行放大并以直线位移的形式输出。在微型精密仪器中，柔性放大机构可将微位移驱动器的输出位移放大到数百微米，极大地拓展了微位移驱动器的应用范围和领域；在众多的精密机械中需要高精度、高分辨率的旋转运动，一般的柔性放大机构无法满足旋转运动的要求。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种实现高精度旋转运动的微位移放大装置，将压电陶瓷驱动器输入的直线位移通过柔性放大机构放大并转化为转角输出，实现高精度的旋转运动。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种实现高精度旋转运动的微位移放大装置，包括压电陶瓷驱动器和柔性放大机构，压电陶瓷驱动器的输入端通过柔性铰链与柔性放大机构一端连接，柔性放大机构另一端设有输出端，柔性放大机构包括多个杆件，多个杆件形成杠杆结构，将压电陶瓷驱动器输入的直线位移通过柔性放大机构内的杠杆结构放大并转化为转角输出，实现高精度的旋转运动。

接上述技术方案，所述压电陶瓷驱动器和柔性放大机构的个数均为2个，每一个压电陶瓷驱动器和一个柔性放大机构形成一个柔性放大输出组件，两个柔性放大输出组件以输出端为中心对称布置。

接上述技术方案，所述压电陶瓷驱动器设置于柔性放大机构内，与柔性放大机构紧贴，压电陶瓷驱动器末端通过紧定螺钉与柔性放大机构固定连接。

接上述技术方案，所述柔性放大机构包括支撑座、支杆、连杆和传动杆，所述支杆一端底部通过第一柔性铰链与支撑座连接，支杆一侧通过第二柔性铰链与压电陶瓷驱动器的输入端连接，支杆另一端通过第三柔性铰链与连杆一端连接，连杆另一端通过第四柔性铰链与传动杆一端连接，传动杆另一端与输出端连接。

接上述技术方案，所述支杆为L形。

接上述技术方案，所述柔性铰链为半圆形，宽度B为：8～12mm，最厚度不小于：1mm，柔性铰链半径为：0.8～1.2mm。

本实用新型具有以下有益效果：

1.将压电陶瓷驱动器输入的直线位移通过柔性放大机构内的杠杆结构放大并转化为转角输出，实现高精度的旋转运动。

2.两组柔性放大输出组件以输出端中心对称布置，结构紧凑，采用两个压电陶瓷驱动器进行驱动，使输出力矩更大，更加稳定。

附图说明

图1是本实用新型实施例中实现高精度旋转运动的微位移放大装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例中柔性铰链的主视图；

图3是图2的左视图；

图中，1-压电陶瓷驱动器，2-紧定螺钉，3-支撑座，4-第一柔性铰链，5-第二柔性铰链，6-输入端，7-支杆，8-第三柔性铰链，9-连杆，10-第四柔性铰链，11-传动杆，12-输出端。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。

参照图1所示，本实用新型提供的一种实施例中实现高精度旋转运动的微位移放大装置，包括压电陶瓷驱动器1和柔性放大机构，压电陶瓷驱动器1的输入端6通过柔性铰链与柔性放大机构一端连接，柔性放大机构另一端设有输出端12，柔性放大机构包括多个杆件，多个杆件形成杠杆结构，将压电陶瓷驱动器1输入的直线位移通过柔性放大机构内的杠杆结构放大并转化为转角输出，实现高精度的旋转运动。

进一步地，所述压电陶瓷驱动器1和柔性放大机构的个数均为2个，一个压电陶瓷驱动器1和一个柔性放大机构形成一个柔性放大输出组件，两个柔性放大输出组件以输出端12为中心对称布置；对称布置结构紧凑，采用双压电陶瓷驱动器1进行驱动，使输出力矩更大，输出更稳定。

进一步地，所述压电陶瓷驱动器1末端通过紧定螺钉2与柔性放大机构固定连接；所述的紧定螺钉2直接旋入加工在柔性放大机构体内的螺孔中，紧定螺钉2的杆端顶住压电陶瓷驱动器1的末端从而起到预紧的作用。

进一步地，压电陶瓷驱动器1设置于柔性放大机构内，与柔性放大机构内壁紧贴。

进一步地，所述柔性放大机构包括支撑座3、支杆7、连杆9和传动杆11，所述支杆7一端底部通过第一柔性铰链4与支撑座3连接，支杆7一侧通过第二柔性铰链5与压电陶瓷驱动器1的输入端6连接，支杆7另一端通过第三柔性铰链8与连杆9一端连接，连杆9另一端通过第四柔性铰链10与传动杆11一端连接，传动杆11另一端与输出端12连接；支杆7以第一柔性铰链4为支点形成一个杠杆结构，将输入端6通过第二柔性铰链5输入的直线位移，通过支杆7另一端转化为转角输出，实现高精度的旋转运动。

进一步地，所述支杆7为L形。

进一步地，所述柔性铰链为半圆形，宽度B为：8～12mm，最厚度不小于：1mm，柔性铰链半径为：0.8～1.2mm。

所述的第一柔性铰链4、第二柔性铰链5、第三柔性铰链8和第四柔性铰链10结构相同，具体结构如图2～3所示，因半圆型柔性铰链具有结构紧凑、运动精度高的特点，故本发明中采用半圆型柔性铰链；为避免在柔性放大机构平面外产生任何的附加位移，柔性铰链要有一定的宽度B，但柔性铰链的宽度B应适宜，不能过大，也不能过小，若宽度B过大，则柔性铰链的转角刚度也随之增大，从而增加了能量损耗；若宽度B过小，则容易在柔性放大机构平面外产生附加位移，影响柔性放大机构的性能；同样地，柔性铰链的最小厚度T、柔性铰链半径R对转角刚度都有一定的影响。通过对柔性铰链转角刚度和柔性放大机构放大系数的分析，半圆型柔性铰链的参数选择为：R＝1mm，T＝1mm，B＝10mm。

本实用新型的一个实施例中，本实用新型的工作原理如下：

所述的压电陶瓷驱动器1由多块压电陶瓷叠堆而成，在压电陶瓷上施加一个与极化方向相同或相反的电场，则会引起逆压电效应和电致伸缩效应，利用逆压电效应和电致伸缩效应可实现精密的位置控制或输出较大的力，利用柔性放大机构将其输入的直线位移进行放大并转化为转角输出，实现了高精度的旋转运动，两个柔性放大机构关于输出端12中心对称布置，其结构紧凑，且采用双压电陶瓷驱动器1进行驱动，使输出力矩更大，输出更稳定。

以上的仅为本实用新型的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等效变化，仍属本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种实现高精度旋转运动的微位移放大装置，其特征在于，包括压电陶瓷驱动器和柔性放大机构，压电陶瓷驱动器的输入端通过柔性铰链与柔性放大机构一端连接，柔性放大机构另一端设有输出端，柔性放大机构包括多个杆件，多个杆件形成杠杆结构，将压电陶瓷驱动器输入的直线位移通过柔性放大机构内的杠杆结构放大并转化为转角输出，实现高精度的旋转运动。

2.根据权利要求1所述的实现高精度旋转运动的微位移放大装置，其特征在于，所述压电陶瓷驱动器和柔性放大机构的个数均为2个，每一个压电陶瓷驱动器和一个柔性放大机构形成一个柔性放大输出组件，两个柔性放大输出组件以输出端为中心对称布置。

3.根据权利要求1所述的实现高精度旋转运动的微位移放大装置，其特征在于，所述压电陶瓷驱动器设置于柔性放大机构内，与柔性放大机构紧贴，压电陶瓷驱动器末端通过紧定螺钉与柔性放大机构固定连接。

4.根据权利要求1所述的实现高精度旋转运动的微位移放大装置，其特征在于，所述柔性放大机构包括支撑座、支杆、连杆和传动杆，所述支杆一端底部通过第一柔性铰链与支撑座连接，支杆一侧通过第二柔性铰链与压电陶瓷驱动器的输入端连接，支杆另一端通过第三柔性铰链与连杆一端连接，连杆另一端通过第四柔性铰链与传动杆一端连接，传动杆另一端与输出端连接。

5.根据权利要求4所述的实现高精度旋转运动的微位移放大装置，其特征在于，所述支杆为L形。

6.根据权利要求1所述的实现高精度旋转运动的微位移放大装置，其特征在于，所述柔性铰链为半圆形，宽度B为：8～12mm，最厚度不小于：1mm，柔性铰链半径为：0.8～1.2mm。