[發明專利]基于仿生觸角和熱膨脹的宏微驅動旋轉平臺

有效

• 申請號: 201610279674.9
• 申請日: 2016-05-03
• 公開（公告）號: CN105720859B
• 公開（公告）日: 2017-10-10
• 發明（設計）人: 馬志超;趙宏偉;任露泉;姜哲
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H02N2/10
• 分類號: H02N2/10;B82Y15/00
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司22100
• 代理人: 王怡敏

1.一種基于仿生觸角和熱膨脹的宏微驅動旋轉平臺，其特征在于：包括宏觀壓電驅動單元、微觀熱膨脹驅動單元、微回轉單元以及支撐單元，所述宏觀壓電驅動單元嵌入式剛性安裝在支撐單元中的基座（7）的矩形槽中，內包絡式柔性鉸鏈A、B（2、13）對稱軸線的非固定部分通過支撐單元中的硬質鋼球（6）浮動于基座（7）的弧形導向槽上；微觀熱膨脹驅動單元中的高溫陶瓷加熱棒（1）過盈安裝于宏觀壓電驅動單元中對稱式布局的內包絡式柔性鉸鏈A、B（2、13）外側的開槽內孔中；微回轉單元中的柱形轉動體（11）的圓柱母線與微觀熱膨脹驅動單元中的仿生楔形觸角A、B（8、12）的觸點保持線彈性接觸，且陶瓷球軸承（9）的外圈過盈安裝于支撐單元中的基座（7）的中心階梯內孔中。

2.根據權利要求1所述的基于仿生觸角和熱膨脹的宏微驅動旋轉平臺，其特征在于：所述的宏觀壓電驅動單元包括內包絡式柔性鉸鏈A、B（2、13）、內六角螺釘（3）、鉸鏈剛性支撐端（4）和壓電促動器（5），所述內包絡式柔性鉸鏈A、B（2、13）具有圓環形拓撲結構，且分別具有八處圓弧過渡式的柔性結構，鉸鏈剛性支撐端（4）通過內六角螺釘（3）與基座（7）連接，一組壓電促動器（5）具有輸出位移自檢測功能并同軸、共面、對稱安裝于內包絡式柔性鉸鏈A、B（2、13）的剛性內側壁之間，其對稱軸為柱形轉動體（11）的中軸線。

3.根據權利要求1所述的基于仿生觸角和熱膨脹的宏微驅動旋轉平臺，其特征在于：所述的微觀熱膨脹驅動單元包括一組高溫陶瓷加熱棒（1）和仿生楔形觸角A、B（8、12），所述高溫陶瓷加熱棒（1）以柱形轉動體（11）的中軸線為對稱軸安裝在內包絡式柔性鉸鏈A、B（2、13）外側的開槽內孔中，仿生楔形觸角A、B（8、12）具有弧形“月牙式”的陣列微結構，且附著在內包絡式柔性鉸鏈A、B（2、13）外側的開槽圓柱外表面。

4.根據權利要求1所述的基于仿生觸角和熱膨脹的宏微驅動旋轉平臺，其特征在于：所述的微回轉單元包括陶瓷球軸承（9）、剛性平面反光板（10）和柱形轉動體（11），所述柱形轉動體（11）的階梯軸過盈安裝在陶瓷球軸承（9）內圈中，剛性平面反光板（10）為具有反光特性的非透明硅片，用于對微轉角進行入射和反射光路探測，內嵌安裝在柱形轉動體（11）的矩形凹槽中；

所述的支撐單元包括一組硬質鋼球（6）和基座（7），所述硬質鋼球（6）安裝在基座（7）的弧形導向凹槽中，并與內包絡式柔性鉸鏈A、B（2、13）下表面的內凹槽保持彈性點接觸，基座（7）的上表面，除弧形導向凹槽處，整體涂覆有厚度為0.5mm的TDD真空絕熱涂層材料，以削弱高溫陶瓷加熱棒（1）的高溫熱輻射對基座（7）的熱變形影響；此外，基座（7）加工有一組螺紋孔，與氣浮隔振臺或高分辨顯微鏡調整平臺的定位與安裝。

5.根據權利要求1或2或3所述的基于仿生觸角和熱膨脹的宏微驅動旋轉平臺，其特征在于：所述的內包絡式柔性鉸鏈A、B（2、13）與鉸鏈剛性支撐端（4）之間采用可轉動式的圓弧形柔性結構進行連接，即可實現對稱式內包絡式柔性鉸鏈A、B（2、13）在其環形拓撲平面上的旋轉自由度，在仿生楔形觸角A、B（8、12）的觸點與柱形轉動體（11）外圓柱面間的接觸載荷過大的情況下，該圓弧形柔性結構可沿背離觸點接觸區域的防線產生扭轉變形以降低局部接觸區域的接觸應力，對柱形轉動體（11）的宏觀旋轉驅動過程起到緩沖、減震的作用；內包絡式柔性鉸鏈A、B（2、13）的八處圓弧過渡式的柔性結構亦呈現對稱布局形式，結合一組同軸且對稱安裝的壓電促動器（5）在加載過程中的等幅、等頻、同步位移輸出，一組內包絡式柔性鉸鏈A、B（2、13）外側的開槽圓柱中心軸線相應地輸出等幅、等頻、等力矩且方向相反的位移，即可通過粘滑摩擦驅動柱形轉動體（11）產生步幅在微弧度級的宏觀旋轉運動。