CN218648740U - 一种基于柔顺机构的双向微驱动器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及精密制造技术领域，尤其涉及一种基于柔顺机构的双向微驱动器。一种基于柔顺机构的双向微驱动器，包括第一驱动支链、第二驱动支链、第三驱动支链、第四驱动支链、第一驱动端和第二驱动端，所述第一驱动支链与所述第二驱动支链沿X轴方向对称设置，所述第三驱动支链与所述第四驱动支链沿X轴方向对称设置。所述基于柔顺机构的双向微驱动器，具有行程大、分辨率高、输出负载大、可双向运动的特点，且结构简单、驱动效率高，可以满足精密定位与微驱动的要求，以辅助实施准确的微操作，解决了现有微驱动机构的输出位移优先，不能满足大行程微驱动要求的技术问题。

Description

一种基于柔顺机构的双向微驱动器

技术领域

本实用新型涉及精密制造技术领域，尤其涉及一种基于柔顺机构的双向微驱动器。

背景技术

随着生物工程技术、微机电系统技术、微/纳技术及光学工程等领域的研究对象朝着微细化的方向发展，微驱动器作为驱动力的输出机构，在微机械零件的加工、装配、生物工程和光学等领域均有较好的应用前景。

在微操作的过程中，传统的微位移驱动器受工作原理和机械结构的限制，造成其传动效率低、输出位移有限、精度不高且结构复杂，已无法满足精密定位与驱动的要求，如中国专利CN114659680A公开了一种用于检测十字型微驱动器驱动力的机构及其使用方法，中国专利CN206283428U公开了一种基于柔顺机构的尺蠖式精密直线微驱动器，它们所采用的放大机构只有二级，这使得微驱动器的输出位移有限，不能够满足大行程微驱动要求。

实用新型内容

针对背景技术提出的问题，本实用新型的目的在于提出一种基于柔顺机构的双向微驱动器，具有行程大、分辨率高、输出负载大、可双向运动的特点，且结构简单、驱动效率高，可以满足精密定位与微驱动的要求，以辅助实施准确的微操作，解决了现有微驱动机构的输出位移优先，不能满足大行程微驱动要求的技术问题。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种基于柔顺机构的双向微驱动器，包括第一驱动支链、第二驱动支链、第三驱动支链、第四驱动支链、第一驱动端和第二驱动端，所述第一驱动支链与所述第二驱动支链沿X轴方向对称设置，所述第三驱动支链与所述第四驱动支链沿X轴方向对称设置；

所述第一驱动支链、所述第二驱动支链、所述第三驱动支链和所述第四驱动支链的结构相同，所述第一驱动支链包括第一直角形柔性铰链、第二直角形柔性铰链、第三直角形柔性铰链、第四直角形柔性铰链、支链驱动输入端、第一固定端、第二固定端和第三固定端；

所述支链驱动输入端连接于所述第一固定端与所述第一直角形柔性铰链之间，所述支链驱动输入端、所述第一固定端和所述第一直角形柔性铰链构成第一级杠杆放大机构；

所述第二直角形柔性铰链连接于所述第二固定端与所述第三直角形柔性铰链之间，且所述第二直角形柔性铰链与所述第一直角形柔性铰链连接，所述第二固定端、所述第二直角形柔性铰链与所述第三直角形柔性铰链构成第二级杠杆放大机构；

所述第四直角形柔性铰链连接于所述第三固定端与所述第一驱动端之间，或者所述第四直角形柔性铰链连接于所述第三固定端与所述第二驱动端之间，且所述第四直角形柔性铰链与所述第三直角形柔性铰链连接，所述第三固定端、所述第四直角形柔性铰链与所述第一驱动端构成第三级杠杆放大机构，或者所述第三固定端、所述第四直角形柔性铰链与所述第二驱动端构成第三级杠杆放大机构。

更进一步说明，所述第一驱动支链与所述第四驱动支链对称设置于X轴方向的两侧，所述第二驱动支链与所述第三驱动支链对称设置于X轴方向的两侧；

所述第一驱动端与所述第二驱动端沿X轴方向对称设置。

更进一步说明，所述第一驱动支链与所述第四驱动支链驱动所述第一驱动端沿X轴的正方向移动，所述第二驱动支链与所述第三驱动支链驱动所述第二驱动端沿X轴的负方向移动。

更进一步说明，所述第一驱动支链还包括第五直角形柔性铰链，所述第五直角形柔性铰链连接于所述第四直角形柔性铰链与所述第三固定端之间。

更进一步说明，所述第一固定端、所述第二固定端和所述第三固定端分别为固定孔，所述第一固定端、所述第二固定端和所述第三固定端分别用于固定所述基于柔顺机构的双向微驱动器。

更进一步说明，所述第一驱动支链的第三固定端与所述第二驱动支链的第三固定端在同一固定平面上，所述第三驱动支链的第三固定端与所述第四驱动支链的第三固定端在同一固定平面上。

更进一步说明，所述第一驱动支链的第一固定端、所述第一驱动支链的第二固定端、所述第二驱动支链的第一固定端与所述第二驱动支链的第二固定端在同一固定平面上；

所述第三驱动支链的第一固定端、所述第三驱动支链的第二固定端、所述第四驱动支链的第一固定端与所述第四驱动支链的第二固定端在同一固定平面上。

更进一步说明，所述支链驱动输入端与压电驱动器的输出端连接，所述第一驱动端和所述第二驱动端分别与定位平台或者操作平台连接。

与现有技术相比，本实用新型的实施例具有以下有益效果：

上述基于柔顺机构的双向微驱动器，所述第一驱动支链、所述第二驱动支链、所述第三驱动支链和所述第四驱动支链能够分别实现驱动微位移的三级放大，使得双向微驱动器能够获得较大的输出，具有行程大、分辨率高、输出负载大、可双向运动的特点，且结构简单、驱动效率高，可以满足精密定位与微驱动的要求，以辅助实施准确的微操作，解决了现有微驱动机构的输出位移优先，不能满足大行程微驱动要求的技术问题。

附图说明

图1是本实用新型一个实施例的基于柔顺机构的双向微驱动器的正视结构示意图；

图2是本实用新型一个实施例的基于柔顺机构的双向微驱动器的侧视结构示意图；

图3是本实用新型一个实施例的基于柔顺机构的双向微驱动器的原理图；

其中：第一驱动支链21、第二驱动支链22、第三驱动支链23、第四驱动支链24、第一驱动端10、第二驱动端11、第一直角形柔性铰链1、第二直角形柔性铰链2、第三直角形柔性铰链3、第四直角形柔性铰链4、第五直角形柔性铰链5、支链驱动输入端6、第一固定端7、第二固定端8、第三固定端9。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，用于区别描述特征，无顺序之分，无轻重之分。

如图1和图2所示，一种基于柔顺机构的双向微驱动器，包括第一驱动支链21、第二驱动支链22、第三驱动支链23、第四驱动支链24、第一驱动端10和第二驱动端11，所述第一驱动支链21与所述第二驱动支链22沿X轴方向对称设置，所述第三驱动支链23与所述第四驱动支链24沿X轴方向对称设置；

所述第一驱动支链21、所述第二驱动支链22、所述第三驱动支链23和所述第四驱动支链24的结构相同，所述第一驱动支链21包括第一直角形柔性铰链1、第二直角形柔性铰链2、第三直角形柔性铰链3、第四直角形柔性铰链4、支链驱动输入端6、第一固定端7、第二固定端8和第三固定端9；

所述支链驱动输入端6连接于所述第一固定端7与所述第一直角形柔性铰链1之间，所述支链驱动输入端6、所述第一固定端7和所述第一直角形柔性铰链1构成第一级杠杆放大机构；

所述第二直角形柔性铰链2连接于所述第二固定端8与所述第三直角形柔性铰链3之间，且所述第二直角形柔性铰链2与所述第一直角形柔性铰链1连接，所述第二固定端8、所述第二直角形柔性铰链2与所述第三直角形柔性铰链3构成第二级杠杆放大机构；

所述第四直角形柔性铰链4连接于所述第三固定端9与所述第一驱动端10之间，或者所述第四直角形柔性铰链4连接于所述第三固定端9与所述第二驱动端11之间，且所述第四直角形柔性铰链4与所述第三直角形柔性铰链3连接，所述第三固定端9、所述第四直角形柔性铰链4与所述第一驱动端10构成第三级杠杆放大机构，或者所述第三固定端9、所述第四直角形柔性铰链4与所述第二驱动端11构成第三级杠杆放大机构。

本实用新型的基于柔顺机构的双向微驱动器的工作过程如下：

对于第一驱动支链21与第四驱动支链24，如图3所示，所述支链驱动输入端6、所述第一直角形柔性铰链1与所述第一固定端7构成第一级杠杆放大机构，所述支链驱动输入端6处为第一级杠杆放大机构的输入端，所述第一固定端7为第一级杠杆放大机构的支点，所述第一直角形柔性铰链1为第一级杠杆放大机构的输出端。分别在所述第一驱动支链21的支链驱动输入端6与所述第四驱动支链24的支链驱动输入端6处施加微位移Δx，根据杠杆原理可知，所述第一驱动支链21的支链驱动输入端6与所述第四驱动支链24的支链驱动输入端6处施加的微位移Δx得到第一级放大并从所述第一驱动支链21的第一直角形柔性铰链1与所述第四驱动支链24的第一直角形柔性铰链1处进行输出，得到微位移Δx1；所述第二固定端8、所述第二直角形柔性铰链2与所述第三直角形柔性铰链3构成第二级杠杆放大机构，所述第二直角形柔性铰链2作为第二级杠杆放大机构的输入端，所述第二固定端8作为第二级杠杆放大机构的支点，所述第三直角形柔性铰链3作为第二级杠杆放大机构的输出端，所述第一驱动支链21的第一直角形柔性铰链1与所述第四驱动支链24的第一直角形柔性铰链1输出的微位移Δx1经过第二级放大后由所述第三直角形柔性铰链3进行输出，并产生了微位移Δx2；所述第三固定端9、所述第四直角形柔性铰链4与所述第一驱动端10构成第三级杠杆放大机构，所述第四直角形柔性铰链4作为第三级杠杆放大机构的输入端，所述第三固定端9作为第三级杠杆放大机构的支点，所述第一驱动端10作为第三级杠杆放大机构的输出端，所述第一驱动支链21的第三直角形柔性铰链3与所述第四驱动支链24的第三直角形柔性铰链3输出的微位移Δx2经过第三级放大后由所述第一驱动端10进行输出，并产生了微位移Δy，此时所述第一驱动支链21与所述第四驱动支链24实现了第一驱动端10沿X轴正方向的驱动；

同理，对于所述第二驱动支链22与所述第三驱动支链23，所述支链驱动输入端6、所述第一直角形柔性铰链1与所述第一固定端7构成第一级杠杆放大机构，所述支链驱动输入端6处为第一级杠杆放大机构的输入端，所述第一固定端7为第一级杠杆放大机构的支点，所述第一直角形柔性铰链1为第一级杠杆放大机构的输出端，分别在所述第二驱动支链22的支链驱动输入端6与所述第三驱动支链23的支链驱动输入端6处施加微位移Δx，根据杠杆原理可知，所述第二驱动支链22的支链驱动输入端6与第三驱动支链23的支链驱动输入端6处施加的微位移Δx得到第一级放大并从所述第二驱动支链22的第一直角形柔性铰链1与所述第三驱动支链23的第一直角形柔性铰链1处进行输出，得到微位移Δx1；所述第二固定端8、所述第二直角形柔性铰链2与所述第三直角形柔性铰链3构成第二级杠杆放大机构，所述第二直角形柔性铰链2作为第二级杠杆放大机构的输入端，所述第二固定端8作为第二级杠杆放大机构的支点，所述第三直角形柔性铰链3作为第二级杠杆放大机构的输出端，所述第二驱动支链22的第一直角形柔性铰链1与所述第三驱动支链23的第一直角形柔性铰链1输出的微位移Δx1经过第二级放大后由所述第三直角形柔性铰链3进行输出，并产生了微位移Δx2；所述第三固定端9、所述第四直角形柔性铰链4与所述第二驱动端11构成第三级杠杆放大机构，所述第四直角形柔性铰链4作为第三级杠杆放大机构的输入端，所述第三固定端9作为第三级杠杆放大机构的支点，所述第二驱动端11作为第三级杠杆放大机构的输出端，所述第二驱动支链22的第三直角形柔性铰链3与所述第三驱动支链23的第三直角形柔性铰链3输出的微位移Δx2经过第三级放大后由第二驱动端11进行输出，并产生了微位移Δy，此时所述第二驱动支链22与所述第三驱动支链23实现了第二驱动端11沿X轴负方向的驱动。

所述基于柔顺机构的双向微驱动器，所述第一驱动支链21、所述第二驱动支链22、所述第三驱动支链23和所述第四驱动支链24能够分别实现驱动微位移的三级放大，使得双向微驱动器能够获得较大的输出，具有行程大、分辨率高、输出负载大、可双向运动的特点，且结构简单、驱动效率高，可以满足精密定位与微驱动的要求，以辅助实施准确的微操作，解决了现有微驱动机构的输出位移优先，不能满足大行程微驱动要求的技术问题。

更进一步说明，所述第一驱动支链21与所述第四驱动支链24对称设置于X轴方向的两侧，所述第二驱动支链22与所述第三驱动支链23对称设置于X轴方向的两侧；

所述第一驱动端10与所述第二驱动端11沿X轴方向对称设置。

通过将所述第一驱动支链21与所述第四驱动支链24对称设置于X轴方向的两侧，所述第一驱动支链21和所述第四驱动支链24能够分别对所述第一驱动端10的两侧进行力的传递，以保证所述第一驱动端10的驱动力输出的平稳性；通过将所述第二驱动支链22与所述第三驱动支链23对称设置于X轴方向的两侧，所述第二驱动支链22和所述第三驱动支链23能够分别对所述第二驱动端11的两侧进行力的传递，以保证所述第二驱动端11的驱动力输出的平稳性；所述第一驱动端10与所述第二驱动端11沿X轴方向对称设置，当所述第一驱动端10与所述第二驱动端11同时输出驱动力时，所述双向微驱动器的结构稳定性强。

更进一步说明，所述第一驱动支链21与所述第四驱动支链24驱动所述第一驱动端10沿X轴的正方向移动，所述第二驱动支链22与所述第三驱动支链23驱动所述第二驱动端11沿X轴的负方向移动。

通过所述第一驱动支链21与所述第四驱动支链24能够实现所述第一驱动端10沿X轴的正方向的驱动，通过所述第二驱动支链22与所述第三驱动支链23实现所述第二驱动端11沿X轴的负方向的驱动，且X轴正方向的驱动与X轴负方向的驱动相互独立，互不干涉，使得所述双向微驱动器的运动灵活性强。

优选地，所述第一驱动支链21还包括第五直角形柔性铰链5，所述第五直角形柔性铰链5连接于所述第四直角形柔性铰链4与所述第三固定端9之间。

由于所述第四直角形柔性铰链4传递的微位移比较小，如果不设置所述第五直角形柔性铰链5，可能力的传递的敏感性较差，通过设置所述第五直角形柔性铰链5，能够使得力的传递更敏感，进一步保证双向微驱动器能够满足大行程微驱动的要求。

具体地，所述第一固定端7、所述第二固定端8和所述第三固定端9分别为固定孔，所述第一固定端7、所述第二固定端8和所述第三固定端9分别用于固定所述基于柔顺机构的双向微驱动器。

通过将所述第一固定端7、所述第二固定端8和所述第三固定端9分别设置为固定孔，可以直接用紧固件如螺钉或者螺栓实现所述基于柔顺机构的双向微驱动器的固定，实现所述双向微驱动器的封装。

优选地，所述第一驱动支链21的第三固定端9与所述第二驱动支链22的第三固定端9在同一固定平面上，所述第三驱动支链23的第三固定端9与所述第四驱动支链24的第三固定端9在同一固定平面上。

通过将所述第一驱动支链21的第三固定端9与所述第二驱动支链22的第三固定端9在同一固定平面上，所述第三驱动支链23的第三固定端9与所述第四驱动支链24的第三固定端9在同一固定平面上，两个所述第三固定端9在同一个固定平面上，能够使得所述双向微驱动器的固定稳定性更强。

优选地，所述第一驱动支链21的第一固定端7、所述第一驱动支链21的第二固定端8、所述第二驱动支链22的第一固定端7与所述第二驱动支链22的第二固定端8在同一固定平面上；

所述第三驱动支链23的第一固定端7、所述第三驱动支链23的第二固定端8、所述第四驱动支链24的第一固定端7与所述第四驱动支链24的第二固定端8在同一固定平面上。

通过将所述第一驱动支链21的第一固定端7、第二固定端8与所述第二驱动支链22的第一固定端7、第二固定端8设置在同一固定平面上，以及将所述第三驱动支链23的第一固定端7、第二固定端8与所述第四驱动支链24的第一固定端7、第二固定端8设置在同一固定平面上，能够使得所述双向微驱动器的固定稳定性更强。

更进一步说明，所述支链驱动输入端6与压电驱动器的输出端连接，所述第一驱动端10和所述第二驱动端11分别与定位平台或者操作平台连接。

通过将所述支链驱动输入端6与压电驱动器的输出端连接，所述压电驱动器能够实现微位移Δx的输入，经过三级放大后，通过所述第一驱动端10和所述第二驱动端11实现定位平台或者操作平台的驱动，具体地，所述定位平台或者所述操作平台可以为医学或者光学上的定位平台或者操作平台，应用范围广，适用性强。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种基于柔顺机构的双向微驱动器，其特征在于，包括第一驱动支链、第二驱动支链、第三驱动支链、第四驱动支链、第一驱动端和第二驱动端，所述第一驱动支链与所述第二驱动支链沿X轴方向对称设置，所述第三驱动支链与所述第四驱动支链沿X轴方向对称设置；

所述第一驱动支链、所述第二驱动支链、所述第三驱动支链和所述第四驱动支链的结构相同，所述第一驱动支链包括第一直角形柔性铰链、第二直角形柔性铰链、第三直角形柔性铰链、第四直角形柔性铰链、支链驱动输入端、第一固定端、第二固定端和第三固定端；

所述支链驱动输入端连接于所述第一固定端与所述第一直角形柔性铰链之间，所述支链驱动输入端、所述第一固定端和所述第一直角形柔性铰链构成第一级杠杆放大机构；

所述第二直角形柔性铰链连接于所述第二固定端与所述第三直角形柔性铰链之间，且所述第二直角形柔性铰链与所述第一直角形柔性铰链连接，所述第二固定端、所述第二直角形柔性铰链与所述第三直角形柔性铰链构成第二级杠杆放大机构；

所述第四直角形柔性铰链连接于所述第三固定端与所述第一驱动端之间，或者所述第四直角形柔性铰链连接于所述第三固定端与所述第二驱动端之间，且所述第四直角形柔性铰链与所述第三直角形柔性铰链连接，所述第三固定端、所述第四直角形柔性铰链与所述第一驱动端构成第三级杠杆放大机构，或者所述第三固定端、所述第四直角形柔性铰链与所述第二驱动端构成第三级杠杆放大机构。

2.根据权利要求1所述的基于柔顺机构的双向微驱动器，其特征在于，所述第一驱动支链与所述第四驱动支链对称设置于X轴方向的两侧，所述第二驱动支链与所述第三驱动支链对称设置于X轴方向的两侧；

所述第一驱动端与所述第二驱动端沿X轴方向对称设置。

3.根据权利要求2所述的基于柔顺机构的双向微驱动器，其特征在于，所述第一驱动支链与所述第四驱动支链驱动所述第一驱动端沿X轴的正方向移动，所述第二驱动支链与所述第三驱动支链驱动所述第二驱动端沿X轴的负方向移动。

4.根据权利要求1所述的基于柔顺机构的双向微驱动器，其特征在于，所述第一驱动支链还包括第五直角形柔性铰链，所述第五直角形柔性铰链连接于所述第四直角形柔性铰链与所述第三固定端之间。

5.根据权利要求1所述的基于柔顺机构的双向微驱动器，其特征在于，所述第一固定端、所述第二固定端和所述第三固定端分别为固定孔，所述第一固定端、所述第二固定端和所述第三固定端分别用于固定所述基于柔顺机构的双向微驱动器。

6.根据权利要求1所述的基于柔顺机构的双向微驱动器，其特征在于，所述第一驱动支链的第三固定端与所述第二驱动支链的第三固定端在同一固定平面上，所述第三驱动支链的第三固定端与所述第四驱动支链的第三固定端在同一固定平面上。

7.根据权利要求1所述的基于柔顺机构的双向微驱动器，其特征在于，所述第一驱动支链的第一固定端、所述第一驱动支链的第二固定端、所述第二驱动支链的第一固定端与所述第二驱动支链的第二固定端在同一固定平面上；

所述第三驱动支链的第一固定端、所述第三驱动支链的第二固定端、所述第四驱动支链的第一固定端与所述第四驱动支链的第二固定端在同一固定平面上。

8.根据权利要求1所述的基于柔顺机构的双向微驱动器，其特征在于，所述支链驱动输入端与压电驱动器的输出端连接，所述第一驱动端和所述第二驱动端分别与定位平台或者操作平台连接。

Images