CN213081447U - 一种具有二自由度的微位移机构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种具有二自由度的微位移机构，包括基框和传动组件，该基框上具有变形部；传动组件包括第一主动臂、第二主动臂和第一传动臂，第一主动臂通过第一柔性铰链连接在基框内，并连接第一传动臂，第一传动臂通过第二柔性铰链连接在基框内，第二主动臂通过第三柔性铰链以杠杆形式连接在第一传动臂上，且其一端连接基框的变形部，第一主动臂可被沿第一方向驱动，以驱使变形部沿第一方向输出位移，第二主动臂可被沿第二方向的反方向驱动，以驱使变形部沿第二方向输出位移；所述第一方向与第二方向垂直。本实用新型结构简单，且结构紧凑，整体体积较小，成本低。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种微位移机构，特别是涉及一种具有二自由度的微位移机构。
背景技术
在微型机械、半导体光刻、精密测量、超精密加工、微型装配、生物细胞操纵和纳米技术等领域，需要高性能的超精密定位工作台作为技术支持。柔性铰链具有无间隙，尺寸小，容易控制，无机械摩擦、运行稳定有较高的位移分辨率等优点。近年来以柔性铰链原理设计的微位移机构被人们广泛关注，然而，现有技术能够实现二自由度的微位移机构普遍存在结构较为复杂、体积较大、成本高等不足。
实用新型内容
本实用新型针对现有技术存在的技术问题，提供了一种具有二自由度的微位移机构，其结构简单、体积小、成本低。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种具有二自由度的微位移机构，包括基框和传动组件，该基框上具有变形部；传动组件包括第一主动臂、第二主动臂和第一传动臂，第一主动臂通过第一柔性铰链连接在基框内，并连接第一传动臂，第一传动臂通过第二柔性铰链连接在基框内，第二主动臂通过第三柔性铰链以杠杆形式连接在第一传动臂上，且其一端连接基框的变形部，第一主动臂可被沿第一方向驱动，以驱使变形部沿第一方向输出位移，第二主动臂可被沿第二方向的反方向驱动，以驱使变形部沿第二方向输出位移；所述第一方向与第二方向垂直。
进一步的，所述基框包括第一基臂、第二基臂、第三基臂和第四基臂，第一基臂、第二基臂、第三基臂和第四基臂首尾相连，且第一基臂与第三基臂相对，并分别位于所述第二方向上，第二基臂与第四基臂相对，并分别位于所述第一方向上；所述变形部位于第二基臂；所述第一主动臂通过所述第一柔性铰链与第一基臂连接，所述第一传动臂一端通过第二柔性铰链与第四基臂连接，所述第二主动臂通过所述第三柔性铰链以杠杆形式连接在第一传动臂的另一端，所述第二主动臂的一端通过第四柔性铰链连接所述变形部。
进一步的，所述传动组件还包括第二传动臂、第三传动臂，所述第一主动臂通过第二传动臂和第三传动臂连接所述第一传动臂，且第二传动臂的两端分别通过第五柔性铰链连接所述第二基臂和第四基臂，第三传动臂的两端分别通过第六柔性铰链连接所述第二传动臂和第一传动臂。
进一步的，所述第三传动臂的数量为两根，该两根第三传动臂并列设置，所述传动组件还包括至少一支撑臂，该至少一支撑臂的两端分别通过第七柔性铰链连接该两第三传动臂。
进一步的，所述第一主动臂与第二传动臂之间通过两斜臂固定连接，该两斜臂的倾斜方向相反。
进一步的，所述第二基臂靠近所述第三基臂的一端通过第八柔性铰链与所述第三基臂连接，且该端构成所述变形部。
进一步的，所述第一主动臂的中部背对所述第一传动臂的一侧设有第一凸部，所述第二主动臂另一端背离所述第一传动臂的一侧设有第二凸部。
进一步的，所述变形部为折弯结构。
进一步的，所述变形部呈L字形，所述变形部的一边位于第一方向上，且该一边朝外的一面构成第二方向位移的输出面；所述变形部的另一边位于第二方向上，且该另一边朝外的一面构成第一方向位移的输出面；所述第二主动臂与所述变形部的一边相连。
进一步的，所述基框上设有若干定位孔。
进一步的，所述基框与传动组件一体成型，且均为钢材质。
相较于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：
1、本实用新型的包括基框和传动组件，该基框上具有变形部；传动组件包括所述第一主动臂、第二主动臂和第一传动臂，第一主动臂可被沿第一方向驱动，以驱使变形部沿第一方向输出位移，第二主动臂可被沿第二方向的反方向驱动，以驱使变形部沿第二方向输出位移，使得本实用新型结构简单，且结构紧凑，整体体积较小，成本低。
2、所述基框包括所述第一基臂、第二基臂、第三基臂和第四基臂，所述第二主动臂的一端通过第四柔性铰链连接所述变形部，进一步简化了本实用新型的结构。
3、所述传动组件还包括所述第二传动臂、第三传动臂，使第二主动臂被驱动时，其位移不会直接通过第一传动臂传动到第一主动臂，而是经过第三传动臂、第二传动臂分解和消耗，从而最大程度地降低第二主动臂被驱动时对第一主动臂造成的影响。
4、所述第一主动臂与第二传动臂之间通过两斜臂固定连接，该两斜臂的倾斜方向相反，不仅能降低位移传递过程中的能量损耗，还可以使第一主动臂与第二传动臂之间形成类似三角连接关系，结构稳固。
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细说明；但本实用新型的一种具有二自由度的微位移机构不局限于实施例。
附图说明
图1是本实用新型的俯视图；
图2是本实用新型在第一方向输入、输出位移的关系示意图；
图3是本实用新型在第二方向输入、输出位移的关系示意图。
具体实施方式
实施例，请参见图1所示，本实用新型的一种具有二自由度的微位移机构，包括基框1和传动组件，该基框1上具有变形部22；传动组件包括第一主动臂3、第二主动臂8和第一传动臂7，第一主动臂3通过第一柔性铰链4连接在基框1内，并连接第一传动臂7，第一传动臂7通过第二柔性铰链23连接在基框1内，第二主动臂8通过第三柔性铰链24以杠杆形式连接在第一传动臂7上，且其一端连接基框1的变形部22，第一主动臂3可被沿第一方向驱动，以驱使变形部22沿第一方向输出位移，第二主动臂8可被沿第二方向的反方向驱动，以驱使变形部22沿第二方向输出位移；所述第一方向与第二方向垂直，具体，第一方向为X轴的正方形，第二方向为Y轴的正方向。
本实施例中，所述基框1包括第一基臂2、第二基臂19、第三基臂20和第四基臂21，第一基臂2、第二基臂19、第三基臂20和第四基臂21首尾相连，且第一基臂2与第三基臂20相对，并分别位于所述第二方向上，第二基臂19与第四基臂21相对，并分别位于所述第一方向上；所述变形部22位于第二基臂19；所述第一主动臂3通过所述第一柔性铰链4与第一基臂2连接，所述第一传动臂7一端通过第二柔性铰链23与第四基臂21连接，所述第二主动臂8通过所述第三柔性铰链24以杠杆形式连接在第一传动臂7的另一端，所述第二主动臂8的一端通过第四柔性铰链12连接所述变形部22。
本实施例中，所述传动组件还包括第二传动臂6、第三传动臂16，所述第一主动臂3通过第二传动臂6和第三传动臂16连接所述第一传动臂7，且第二传动臂6的两端分别通过第五柔性铰链连接所述第二基臂19和第四基臂21，第三传动臂16的两端分别通过第六柔性铰链连接所述第二传动臂6和第一传动臂7。
本实施例中，所述第三传动臂16的数量为两根，该两根第三传动臂16并列设置，所述传动组件还包括至少一支撑臂，该至少一支撑臂的两端分别通过第七柔性铰链26连接该两第三传动臂16。所述支撑臂的数量具体为两根，但不局限于此，两根支撑臂14、15并列设置。
本实施例中，所述第一主动臂3与第二传动臂6之间通过两斜臂28固定连接，该两斜臂28的倾斜方向相反。
本实施例中，所述第二基臂19靠近所述第三基臂20的一端通过第八柔性铰链28与所述第三基臂20连接，且该端构成所述变形部22。
本实施例中，所述第一主动臂3的中部背对所述第一传动臂7的一侧设有柱状的第一凸部16，所述第二主动臂8另一端背离所述第一传动臂7的一侧设有柱状的第二凸部17，所述第一凸部16、第二凸部17分别用于接受位移输入。
本实施例中，所述变形部22为折弯结构，具体，该变形部22呈L字形，且其一边位于第一方向上，且变形部22的一边朝外的一面构成第二方向位移的输出面11；变形部22的另一边位于第二方向上，且该另一边朝外的一面构成第一方向位移的输出面10，当第一主动臂3被驱动(即输入位移)时，变形部22的另一边朝外的一面构成输出面10。所述第二主动臂8即通过所述第四柔性铰链12与变形边的一边相连。所述第二基臂19上还具有另一折弯结构9，该另一折弯结构9也为L字形，且其一边位于第二方向的反方向上，其另一边位于第一方向上，并与变形部22的另一边相连。
本实施例中，所述基框1上设有若干定位孔18，具体，定位孔18的数量为4个，其中三个定位孔分别位于基框1的三个拐角处，剩下的一个定位孔位于第三基臂20上，并靠近变形部22。所述基框1正是通过其定位孔18配合螺丝或螺柱及螺母与工作台连接。
本实施例中，所述基框1与传动组件一体成型，且均为钢材质，具体为45号钢。
本实施例中，所述第一柔性铰链4、第四柔性铰链12和第八柔性铰链28均为直角柔性铰链，其余柔性铰链均为圆角柔性铰链。
本实用新型的一种具有二自由度的微位移机构，其第一主动臂3与第一主动臂3、第二主动臂8构成平面四杆结构。
当在第一主动臂3的第一凸部16沿第一方向输入位移(可以采用手动驱动第一主动臂3)时，带动整个平面四杆结构运动，最终在变形部22的输出面10输出位移，第一方向上的输入位移与输出位移的关系如图2所示，经测试得到关系式y＝0.2218x-0.0125，x表示第一方向上的输入位移，y表示第一方向上的输出位移，R2＝0.9928是线性回归方程的决定系数，越接近1表示y与x之间的线型相关程度越高，该值表示该机构的测试数据能很好地符合拟合关系式y＝0.2218x-0.0125。
当在第二主动臂8的第二凸部17沿第二方向的反方向输入位移(可以采用手动驱动第二主动臂8)时，第二主动臂8的另一端沿第二方向运动，并通过第四铰链将位移传动到变形部22，使变形部22的输出面10输出位移，第二方向的输入位移与输出位移的关系如图3所示，经测试得到关系式y＝0.2217x+0.0139，R2＝0.9941，x表示第二方向上的输入位移，y表示第二方向上的输出位移，R2是线性回归方程的决定系数，越接近1表示y与x之间的线型相关程度越高，该值表示该机构的测试数据能很好地符合拟合关系式y＝0.2217x+0.0139。
上述实施例仅用来进一步说明本实用新型的一种具有二自由度的微位移机构，但本实用新型并不局限于实施例，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本实用新型技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.一种具有二自由度的微位移机构，其特征在于：包括基框和传动组件，该基框上具有变形部；传动组件包括第一主动臂、第二主动臂和第一传动臂，第一主动臂通过第一柔性铰链连接在基框内，并连接第一传动臂，第一传动臂通过第二柔性铰链连接在基框内，第二主动臂通过第三柔性铰链以杠杆形式连接在第一传动臂上，且其一端连接基框的变形部，第一主动臂可被沿第一方向驱动，以驱使变形部沿第一方向输出位移，第二主动臂可被沿第二方向的反方向驱动，以驱使变形部沿第二方向输出位移；所述第一方向与第二方向垂直。
2.根据权利要求1所述的具有二自由度的微位移机构，其特征在于：所述基框包括第一基臂、第二基臂、第三基臂和第四基臂，第一基臂、第二基臂、第三基臂和第四基臂首尾相连，且第一基臂与第三基臂相对，并分别位于所述第二方向上，第二基臂与第四基臂相对，并分别位于所述第一方向上；所述变形部位于第二基臂；所述第一主动臂通过所述第一柔性铰链与第一基臂连接，所述第一传动臂一端通过第二柔性铰链与第四基臂连接，所述第二主动臂通过所述第三柔性铰链以杠杆形式连接在第一传动臂的另一端，所述第二主动臂的一端通过第四柔性铰链连接所述变形部。
3.根据权利要求2所述的具有二自由度的微位移机构，其特征在于：所述传动组件还包括第二传动臂、第三传动臂，所述第一主动臂通过第二传动臂和第三传动臂连接所述第一传动臂，且第二传动臂的两端分别通过第五柔性铰链连接所述第二基臂和第四基臂，第三传动臂的两端分别通过第六柔性铰链连接所述第二传动臂和第一传动臂。
4.根据权利要求3所述的具有二自由度的微位移机构，其特征在于：所述第三传动臂的数量为两根，该两根第三传动臂并列设置，所述传动组件还包括至少一支撑臂，该至少一支撑臂的两端分别通过第七柔性铰链连接该两第三传动臂。
5.根据权利要求3所述的具有二自由度的微位移机构，其特征在于：所述第一主动臂与第二传动臂之间通过两斜臂固定连接，该两斜臂的倾斜方向相反。
6.根据权利要求2所述的具有二自由度的微位移机构，其特征在于：所述第二基臂靠近所述第三基臂的一端通过第八柔性铰链与所述第三基臂连接，且该端构成所述变形部。
7.根据权利要求2所述的具有二自由度的微位移机构，其特征在于：所述第一主动臂的中部背对所述第一传动臂的一侧设有第一凸部，所述第二主动臂另一端背离所述第一传动臂的一侧设有第二凸部。
8.根据权利要求1所述的具有二自由度的微位移机构，其特征在于：所述变形部为折弯结构。
9.根据权利要求8所述的具有二自由度的微位移机构，其特征在于：所述变形部呈L字形，所述变形部的一边位于第一方向上，且该一边朝外的一面构成第二方向位移的输出面；所述变形部的另一边位于第二方向上，且该另一边朝外的一面构成第一方向位移的输出面；所述第二主动臂与所述变形部的一边相连。
10.根据权利要求1所述的具有二自由度的微位移机构，其特征在于：所述基框与传动组件一体成型，且均为钢材质；所述基框上设有若干定位孔。
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