[實用新型]一種基于柔順機構(gòu)的一維平動微操作平臺

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201520825246.2
• 申請日: 2015-10-24
• 公開（公告）號: CN205177409U
• 公開（公告）日: 2016-04-20
• 發(fā)明（設計）人: 胡俊峰;蔡建陽;鄭昌虎
• 申請（專利權）人: 江西理工大學
• 主分類號: G12B5/00
• 分類號: G12B5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型屬于微操作技術領域，尤其涉及應用柔順機構(gòu)設計的一維平動微操作平臺。

背景技術

隨著MEMS技術的發(fā)展和人們研究領域的不斷擴展，操作對象已從宏觀領域深入到微觀領域，微操作平臺已被廣泛運用于生物工程、醫(yī)療科學、微型機械制造超精密加工、集成電路制造、掃描探針顯微鏡、光纖對接、光學微處理、航空航天等領域。而微電子技術、計算機技術、特種加工技術、集成技術、納米技術和激光技術等高新技術的迅猛發(fā)展不斷地向微操作技術及設備提出了更高、更新的要求，要求操作速度更快、靈敏度更高、動態(tài)性能更好、質(zhì)量更輕等。柔順機構(gòu)是采用柔性構(gòu)件的彈性變形傳遞和轉(zhuǎn)換運動、力或能量的一種新型結(jié)構(gòu)，柔順機構(gòu)具有免摩擦、免潤滑、整體化制造、運動靈敏度高等優(yōu)點，柔順機構(gòu)這些優(yōu)點使得其適合于作為微操作平臺的執(zhí)行機構(gòu)。

微操作平臺的操作空間和動態(tài)響應性能是相互制約、相互矛盾的，比如提高平臺的動態(tài)響應能力可通過增大其柔性鉸鏈的厚度，但與此同時會減小平臺的位移放大倍數(shù)，縮小機構(gòu)的工作空間。因此設計操作空間大同時動態(tài)響應速度快的微操作平臺具有重要意義。目前主要利用杠桿放大原理、三角放大原理和壓桿失穩(wěn)原理等剛性機構(gòu)放大原理來增大微操作平臺的操作空間，但是，利用三角放大原理設計的位移放大機構(gòu)，其彈性鉸鏈的應力會隨著放大倍數(shù)的增大而增大，易造成鉸鏈的疲勞破壞；利用壓桿失穩(wěn)原理設計的機構(gòu)要求鉸鏈厚度小和寬度大，難以滿足強度要求；而杠桿放大原理結(jié)構(gòu)簡單緊湊、放大倍數(shù)大且輸入輸出保持運動線性關系，因此應用最為廣泛。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的目的在于提供一種一維平動微操作平臺，該平臺在工作空間內(nèi)實現(xiàn)一維單向快速移動，平臺具有剛度大、動態(tài)響應速度快和操作空間大的優(yōu)點。

本實用新型采用的技術方案如下：

本實用新型的一維平動微操作平臺，包括動平臺、靜平臺和連接動平臺和靜平臺的支鏈。其中支鏈由一級放大杠桿機構(gòu)和二級杠桿放大機構(gòu)組成。

所述一級杠桿放大機構(gòu)由桿(3.1)、(3.2)、(3.3)和直圓型柔性鉸鏈(4.1)、(4.2)、(4.3)構(gòu)成。輸入桿(3.1)通過直圓型鉸鏈(4.1)與傳遞桿(3.2)相連，傳遞桿(3.2)通過鉸鏈(4.3)與杠桿(3.3)相連以傳遞輸入位移，直圓型鉸鏈(4.3)作為杠桿機構(gòu)的支點連接杠桿(3.3)和固定桿(1)。對于杠桿(3.3)，滿足CD的長度大于BC。

所述二級杠桿放大機構(gòu)由桿(3.1)、(3.4)、(2)、直圓型鉸鏈(4.4)和直角型柔性鉸鏈(5.1)、(5.2)構(gòu)成。杠桿(3.4)通過直圓型鉸鏈(D)與一級杠桿放大機構(gòu)的輸出相連、通過直角鉸鏈(5.1)與輸入桿(3.1)相連，且通過直角鉸鏈(5.2)與動平臺相連。對于杠桿(3.4)，滿足FD的長度大于DE的長度，且當一級杠桿放大機構(gòu)輸出位移作為位移輸入時，鉸鏈(5.1)為杠桿機構(gòu)支點，當桿(3.1)輸入位移作為位移輸入時，鉸鏈(5.2)為杠桿機構(gòu)支點，二級放大杠桿機構(gòu)的放大倍數(shù)是兩種情況綜合作用的效果。

所述微操作平臺連接動平臺與靜平臺的支鏈為左右對稱結(jié)構(gòu)，支鏈左側(cè)與右側(cè)各有一個一級杠桿放大機構(gòu)與二級杠桿放大機構(gòu)以實現(xiàn)機構(gòu)的平動。

本實用新型與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點和有益效果：

(1)本實用新型的一維平動微操作平臺利用直圓型柔性鉸鏈和直角型柔性鉸鏈相結(jié)合的方式傳遞力和位移，相對于利用傳統(tǒng)運動副傳遞力和位移，具有高精度、高剛度和高運動靈敏度等優(yōu)點。

(2)本實用新型的一維平動微操作平臺中一級杠桿放大機構(gòu)和二級杠桿放大機構(gòu)構(gòu)成差動式杠桿放大機構(gòu)，能對輸入位移二次放大，提高平臺的位移放大倍數(shù)。相對于現(xiàn)有技術，本實用新型具有操作空間大的特點。

(3)本實用新型的一維平動微操作平臺為對稱機構(gòu)，通過兩條完全對稱的運動支鏈連接動平臺和靜平臺，結(jié)構(gòu)緊湊，具有整體剛度高和動態(tài)響應速度快的特點。

附圖說明

圖1是一維平動微操作平臺設計原理圖

圖2是一維平動微操作平臺結(jié)構(gòu)圖

圖中：1表示靜平臺，2表示動平臺，3.1表示輸入桿，3.2表示傳遞桿，3.3、3.4表示杠桿，4.1、4.2、4.3、4.4表示直圓型柔性鉸鏈，5.1、5.2表示直角型柔性鉸鏈，6.1、6.2、6.3、6.4、6.5表示桿件，7.1、7.2、7.3、7.4、7.5表示運動副，8表示一級杠桿放大機構(gòu)，9表示二級杠桿放大機構(gòu)。