專利名稱：基于差動杠桿原理的柔性鉸鏈定位裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種大行程高分辨率微驅動定位裝置。
技術背景
隨著微/納米技術的迅猛發(fā)展，在微小機械零件裝配、MEMS (微機電系統(tǒng))組裝、 細胞操作、精密光學等高技術領域中，迫切需要具有大行程高分辨率微驅動定位裝置。目前這類定位裝置多數(shù)采用串聯(lián)杠桿原理，即通過多級杠桿機構串聯(lián)，對輸入位移逐級放大來達到輸出范圍要求?；谠撛淼亩ㄎ黄脚_，在協(xié)調大行程和高分辨率方面存在著瓶頸問題。因為串聯(lián)杠桿原理只有一個輸入，通過對該輸入的放大來達到所需的行程范圍。當輸入處致動器的行程和分辨率一定時，經(jīng)過串聯(lián)杠桿的放大后，其行程和分辨率值被放大同樣的倍數(shù)，也就是說分辨率的質量隨著行程的增大而下降。除此之外，串聯(lián)杠桿原理其本身的特點，還導致定位平臺的體積大、剛度低。發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服目前柔性鉸鏈定位平臺存在大行程下高分辨率較難達到， 且體積大、剛度低的缺點，提供一種基于差動杠桿原理的柔性鉸鏈定位裝置。
本發(fā)明的裝置包括杠桿殼體、第一杠桿、第二杠桿、第一輸入平臺、第二輸入平臺、 輸出平臺、第一致動器、第二致動器、第一緊固螺釘和第二緊固螺釘，所述杠桿殼體上設有前后通透的杠桿致動腔，第一杠桿設置在杠桿致動腔內的左下方，且第一杠桿的下端面和與其對應的杠桿殼體內壁通過第一柔性鉸鏈連接，第一輸入平臺設置在第一杠桿的上方， 且第一輸入平臺的下端面和與其對應的第一杠桿的上端面通過第二柔性鉸鏈連接，第二杠桿設置在杠桿致動腔內的右上方，且第二杠桿的下端面和與其對應的第一杠桿的上端面通過第三柔性鉸鏈連接，第二輸入平臺設置在第二杠桿的左下方，且第二輸入平臺的上端面和與其對應的第二杠桿的下端面通過第四柔性鉸鏈連接，輸出平臺設置在第二杠桿的右下方，且輸出平臺的上端面和與其對應的第二杠桿的下端面通過第五柔性鉸鏈連接，輸出平臺的左側端面和與其對應的杠桿殼體內壁通過第六柔性鉸鏈連接，輸出平臺的右側端面和與其對應的杠桿殼體內壁通過兩個第七柔性鉸鏈連接，第一致動器設置在杠桿致動腔內且安裝在第一輸入平臺的上端面上，第一緊固螺釘?shù)穆菁y端端面頂在第一致動器上，第二致動器設置在杠桿致動腔內且安裝在第二輸入平臺的下端面處，第二緊固螺釘?shù)穆菁y端端面頂在第二致動器上，第一緊固螺釘和第二緊固螺釘均與杠桿殼體螺紋連接，輸出平臺的前后端面上設有兩個外部負載連接孔。
本發(fā)明的優(yōu)點是由于柔性鉸鏈可以實現(xiàn)無間隙、無摩擦傳動，且本發(fā)明的第一杠桿與杠桿殼體、第一杠桿與第一輸入平臺、第二杠桿與第一杠桿、第二杠桿與第二輸入平臺、第二杠桿與輸出平臺及輸出平臺6與杠桿殼體均通過柔性鉸鏈連接，因此，本發(fā)明裝置采用柔性鉸鏈作為運動副，利用第一致動器和第二致動器雙壓電陶瓷驅動，從而實現(xiàn)差動杠桿傳動。本發(fā)明經(jīng)實驗測試，行程達到250 μ m，分辨率達到lOnm。因此，本發(fā)明具備行程大、分辨率高、剛度高、結構緊湊等優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明裝置的整體結構主剖視圖，圖2是圓形柔性鉸鏈的結構示意圖，圖3 是直角柔性鉸鏈的結構示意圖，圖4是本發(fā)明裝置的整體結構立體圖(圖中M為杠桿殼體 1的后端面)。
具體實施方式
具體實施方式
一結合圖1 圖4說明本實施方式，本實施方式包括杠桿殼體1、 第一杠桿2、第二杠桿3、第一輸入平臺4、第二輸入平臺5、輸出平臺6、第一致動器14、第二致動器15、第一緊固螺釘16和第二緊固螺釘17，杠桿殼體1上設有前后通透的杠桿致動腔1-1，第一杠桿2設置在杠桿致動腔1-1內的左下方，且第一杠桿2的下端面和與其對應的杠桿殼體1內壁通過第一柔性鉸鏈7連接，第一輸入平臺4設置在第一杠桿2的上方，且第一輸入平臺4的下端面和與其對應的第一杠桿2的上端面通過第二柔性鉸鏈8連接，第二杠桿3設置在杠桿致動腔1-1內的右上方，且第二杠桿3的下端面和與其對應的第一杠桿2的上端面通過第三柔性鉸鏈9連接，第二輸入平臺5設置在第二杠桿3的左下方，且第二輸入平臺5的上端面和與其對應的第二杠桿3的下端面通過第四柔性鉸鏈10連接，輸出平臺6設置在第二杠桿3的右下方，且輸出平臺6的上端面和與其對應的第二杠桿3的下端面通過第五柔性鉸鏈11連接，輸出平臺6的左側端面和與其對應的杠桿殼體1內壁通過第六柔性鉸鏈12連接，輸出平臺6的右側端面和與其對應的杠桿殼體1內壁通過兩個第七柔性鉸鏈13連接，第一致動器14設置在杠桿致動腔1-1內且安裝在第一輸入平臺4 的上端面上，第一緊固螺釘16的螺紋端端面頂在第一致動器14上，第二致動器15設置在杠桿致動腔1-1內且安裝在第二輸入平臺5的下端面處，第二緊固螺釘17的螺紋端端面頂在第二致動器15上，第一緊固螺釘16和第二緊固螺釘17均與杠桿殼體1螺紋連接，輸出平臺6的前后端面上設有兩個外部負載連接孔6-1。第一致動器14和第二致動器15均采用PI公司的Pstl50/10X10型致動器，即為壓電陶瓷驅動。杠桿殼體1的外形尺寸為 80mm X 60mm X 20mm (長 X 寬 X 高)。
具體實施方式
二 結合圖2和圖3說明本實施方式，本實施方式的第一柔性鉸鏈 7、第二柔性鉸鏈8、第三柔性鉸鏈9、第四柔性鉸鏈10和第五柔性鉸鏈11均為圓形柔性鉸鏈，第六柔性鉸鏈12和第七柔性鉸鏈13均為直角柔性鉸鏈。在本發(fā)明中輸入端傳動部分采用圓形柔性鉸鏈，輸出端傳動部分采用直角柔性鉸鏈，這樣可以保證傳動部分具有足夠的剛度，輸出處具有足夠的柔性變形能力。其它組成及連接關系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三結合圖2和圖3說明本實施方式，本實施方式的圓形柔性鉸鏈的半徑R為0. 3mm 1. Omm,圓形柔性鉸鏈最薄處的厚度s為0. 2mm 1. 5mm，所述直角柔性鉸鏈的厚度h為0. 2mm 0. 5mm,直角柔性鉸鏈的每一直角邊長f均為2. Omm 5. 0mm。其它組成及連接關系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四結合圖2和圖3說明本實施方式，本實施方式的圓形柔性鉸鏈的半徑R為0. 5mm,圓形柔性鉸鏈最薄處的厚度s為0. 5mm，所述直角柔性鉸鏈的厚度h為 0. 3，所述直角柔性鉸鏈的每一直角邊長f均為3. 0mm。其它組成及連接關系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
五結合圖4說明本實施方式，本實施方式的第一杠桿2、第二杠桿 3、第一輸入平臺4和第二輸入平臺5的厚度均相等，輸出平臺6的厚度是第一杠桿2的厚度的1/20 1/4。輸出平臺6的厚度小于第一杠桿2和第二杠桿3的厚度，這樣設計為保證輸出平臺6的傳動剛度小于第一杠桿2和第二杠桿3傳動部分的剛度。其它組成及連接關系與具體實施方式
一相同。
本發(fā)明的工作原理
首先將第一致動器14和第二致動器15分別與電源連接，兩個外部負載連接孔6-1 分別與外部負載連接；
當只有第一致動器14驅動時，其工作原理為在電源作用下第一致動器14伸長， 推動第一輸入平臺4向下運動，通過第二柔性鉸鏈8使第一杠桿2繞第一柔性鉸鏈7順時針轉動，同時通過第三柔性鉸鏈9帶動第二杠桿3繞第四柔性鉸鏈10逆時針轉動，第二杠桿3的右端向上運動的同時通過第五柔性鉸鏈11帶動輸出平臺6向上作直線運動，此時第六柔性鉸鏈12和第七柔性鉸鏈13發(fā)生彈性變形，輸出平臺6帶動外部負載運動，從而實現(xiàn)負載精密定位。
當只有第二致動器15驅動時，其工作原理為在電源作用下第二致動器15伸長， 推動第二輸入平臺5向上運動，通過第四柔性鉸鏈10使第二杠桿3繞第三柔性鉸鏈9逆時針轉動，第二杠桿3的右端向上運動的同時通過第五柔性鉸鏈11帶動輸出平臺6向上作直線運動，此時第六柔性鉸鏈12和第七柔性鉸鏈13發(fā)生彈性變形，輸出平臺6帶動外部負載運動，從而實現(xiàn)負載精密定位。
當?shù)谝恢聞悠?4和第二致動器15都驅動時，其工作原理為他們單獨工作原理的疊加。
權利要求
1.一種基于差動杠桿原理的柔性鉸鏈定位裝置，所述裝置包括杠桿殼體(1)、第一杠桿O)、第二杠桿(3)、第一輸入平臺G)、第二輸入平臺(5)、輸出平臺(6)、第一致動器 (14)、第二致動器(1 、第一緊固螺釘(16)和第二緊固螺釘(17)，其特征在于所述杠桿殼體(1)上設有前后通透的杠桿致動腔(1-1)，第一杠桿( 設置在杠桿致動腔(1-1)內的左下方，且第一杠桿O)的下端面和與其對應的杠桿殼體(1)內壁通過第一柔性鉸鏈(7) 連接，第一輸入平臺(4)設置在第一杠桿( 的上方，且第一輸入平臺(4)的下端面和與其對應的第一杠桿O)的上端面通過第二柔性鉸鏈(8)連接，第二杠桿C3)設置在杠桿致動腔(1-1)內的右上方，且第二杠桿(3)的下端面和與其對應的第一杠桿O)的上端面通過第三柔性鉸鏈(9)連接，第二輸入平臺( 設置在第二杠桿C3)的左下方，且第二輸入平臺(5)的上端面和與其對應的第二杠桿(3)的下端面通過第四柔性鉸鏈(10)連接，輸出平臺(6)設置在第二杠桿(3)的右下方，且輸出平(6)的上端面和與其對應的第二杠桿(3)的下端面通過第五柔性鉸鏈(11)連接，輸出平臺(6)的左側端面和與其對應的杠桿殼體(1) 內壁通過第六柔性鉸鏈(12)連接，輸出平臺(6)的右側端面和與其對應的杠桿殼體⑴內壁通過兩個第七柔性鉸鏈(1 連接，第一致動器(14)設置在杠桿致動腔(1-1)內且安裝在第一輸入平臺的上端面上，第一緊固螺釘(16)的螺紋端端面頂在第一致動器(14) 上，第二致動器(1 設置在杠桿致動腔(1-1)內且安裝在第二輸入平臺( 的下端面處， 第二緊固螺釘(17)的螺紋端端面頂在第二致動器(1 上，第一緊固螺釘(16)和第二緊固螺釘(17)均與杠桿殼體(1)螺紋連接，輸出平臺(6)的前后端面上設有兩個外部負載連接孔(6-1)。
2.根據(jù)權利要求1所述基于差動杠桿原理的柔性鉸鏈定位裝置，其特征在于所述第一柔性鉸鏈(7)、第二柔性鉸鏈(8)、第三柔性鉸鏈(9)、第四柔性鉸鏈(10)和第五柔性鉸鏈(11)均為圓形柔性鉸鏈，所述第六柔性鉸鏈(1 和第七柔性鉸鏈(1 均為直角柔性鉸鏈。
3.根據(jù)權利要求2所述基于差動杠桿原理的柔性鉸鏈定位裝置，其特征在于所述圓形柔性鉸鏈的半徑(R)為0. 3mm 1. Omm,圓形柔性鉸鏈最薄處的厚度(s)為0. 2mm 1. 5mm，所述直角柔性鉸鏈的厚度(h)為0. 2mm 0. 5mm，所述直角柔性鉸鏈的每一直角邊長 (f)均為 2. 5mm 3. 0_。
4.根據(jù)權利要求3所述基于差動杠桿原理的柔性鉸鏈定位裝置，其特征在于所述圓形柔性鉸鏈的半徑(R)為0. 5mm,圓形柔性鉸鏈最薄處的厚度(s)為0. 5mm，所述直角柔性鉸鏈的厚度(h)為0. 3，所述直角柔性鉸鏈的每一直角邊長(f)均為3. 0mm。
5.根據(jù)權利要求1或2或3所述基于差動杠桿原理的柔性鉸鏈定位裝置，其特征在于 所述第一杠桿O)、第二杠桿(3)、第一輸入平臺(4)和第二輸入平臺( 的厚度均相等，所述輸出平臺(6)的厚度是第一杠桿O)的厚度的1/20 1/4。
全文摘要
基于差動杠桿原理的柔性鉸鏈定位裝置，它涉及一種大行程高分辨率微驅動定位裝置，以克服現(xiàn)有柔性鉸鏈定位平臺存在大行程下高分辨率較難達到的缺點。第一杠桿、第二杠桿、第一輸入平臺、第二輸入平臺和輸出平臺均設置在杠桿致動腔內，第一杠桿與杠桿殼體內壁通過第一柔性鉸鏈連接，第一輸入平臺與第一杠桿通過第二柔性鉸鏈連接，第二杠桿與第一輸入平臺通過第三柔性鉸鏈連接，第二輸入平臺與第二杠桿通過第四柔性鉸鏈連接，輸出平臺與第二杠桿通過第五柔性鉸鏈連接，輸出平臺與杠桿殼體內壁通過第六柔性鉸鏈和兩個第七柔性鉸鏈連接，第一致動器驅動第一輸入平臺，第二致動器驅動第二輸入平臺。本發(fā)明用于亞毫米級運動行程的精密定位。
文檔編號B25H1/00GK102501227SQ201110393208
公開日2012年6月20日 申請日期2011年12月1日 優(yōu)先權日2011年12月1日
發(fā)明者吳振廣, 孫立寧, 王樂鋒, 榮偉彬, 謝暉 申請人:哈爾濱工業(yè)大學