本發(fā)明涉及機械位移放大設備技術(shù)領域，更具體地說，涉及一種單自由度柔性微定位平臺。

背景技術(shù)：

目前，實現(xiàn)運動平臺大行程高定位精度的主流方法有兩種：一種是采用宏微兩級工作臺，宏動臺實現(xiàn)大行程、微動臺實現(xiàn)最終的定位精度。這類定位平臺設計的主要思路是將兩種類型的電動機結(jié)合起來，直流電動機控制機構(gòu)大范圍運動，壓電陶瓷激勵器保證終端執(zhí)行器的高精度。這種方式克服了傳統(tǒng)的微操作機器人工作空間小的弊端，但整體驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜、體積大、造價高、無法小型化。

另一種是用精確的位移輸入裝置如壓電陶瓷驅(qū)動器和鉸鏈機構(gòu)組合成的單層工作臺實現(xiàn)大行程納米定位，雖然結(jié)構(gòu)簡單，但是彈性鉸鏈運動方向上的剛度使位移輸入裝置所輸入的實際伸長量小于名義伸長量，若使微定位平臺的工作行程達到使用要求,需要增加位移輸入裝置的長度，然而壓電陶瓷驅(qū)動器類的位移輸入裝置的長度又受到微定位平臺結(jié)構(gòu)緊湊性的限制。如果在微定位平臺的設計中采用了杠桿原理來增加微定位平臺的工作行程，杠桿機構(gòu)中彈性鉸鏈的運動剛度會影響位移輸入裝置的輸出位移，同時普通杠桿機構(gòu)還將導致微定位平臺在運動過程中產(chǎn)生偏移誤差。

綜上所述，如何有效地解決現(xiàn)有柔性微定位平臺所存在大行程與高精度相互矛盾等的技術(shù)問題，是目前本領域技術(shù)人員急需解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種單自由度柔性微定位平臺，該單自由度柔性微定位平臺的結(jié)構(gòu)設計可以有效地解決現(xiàn)有柔性微定位平臺所存在大行程與高精度相互矛盾等的技術(shù)問題。

為了達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種單自由度柔性微定位平臺，包括運動輸入裝置、柔性運動平臺及用于固定柔性運動平臺的平臺底座，所述柔性運動平臺包括設置于同一平面的第一半部和第二半部，所述運動輸入裝置通過第一平臺將平移運動輸入至第一半部和第二半部，所述第一半部與所述第二半部的結(jié)構(gòu)關于所述第一平臺的中軸軸對稱；

所述第一半部包括第二平臺，所述第二平臺的首端通過第一柔性鉸鏈與第一杠桿的尾端連接，尾端通過第二柔性鉸鏈與第二杠桿的中段連接；

所述第一杠桿與所述第一平臺背離一側(cè)的首端通過第三柔性鉸鏈與第三杠桿的首端連接，所述第一杠桿面向所述第一平臺一側(cè)的中段與所述平臺底座通過第四柔性鉸鏈連接；

所述第二杠桿的首端通過第五柔性鉸鏈與所述第三杠桿的中段連接，所述第二杠桿面向所述第一平臺一側(cè)的尾端與所述平臺底座之間，通過第六柔性鉸鏈連接；

所述第三杠桿背離所述第二杠桿一側(cè)的尾端通過第七柔性鉸鏈與輸出平臺連接，所述輸出平臺連接有限制其沿所述運動輸入裝置輸入的動作的方向運動的限位結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選的，上述單自由度柔性微定位平臺中，所述第一平臺的一側(cè)與所述運動輸入裝置的輸出端連接，另一側(cè)的一端通過第八柔性鉸鏈與所述第二平臺的中段連接，所述第一平臺的另一端設置有用于與第二半部連接的第九柔性鉸鏈。

優(yōu)選的，上述單自由度柔性微定位平臺中，所述輸出平臺的首端和末端均通過柔性鉸鏈與所述第一半部和第二半部連接，與所述第一半部的連接點和與所述第二半部的連接點關于輸出平臺的中軸對稱。

優(yōu)選的，上述單自由度柔性微定位平臺中，所述柔性運動平臺還設置有本體與所述平臺底座安裝固定的固定部，所述第四柔性鉸鏈和第六柔性鉸鏈的一端均通過所述固定部與所述平臺底座連接。

優(yōu)選的，上述單自由度柔性微定位平臺中，所述第一柔性鉸鏈、第二柔性鉸鏈、第四柔性鉸鏈、第六柔性鉸鏈、第八柔性鉸鏈均為圓弧形柔性鉸鏈。

優(yōu)選的，上述單自由度柔性微定位平臺中，所述第三柔性鉸鏈為直梁型柔性鉸鏈。

優(yōu)選的，上述單自由度柔性微定位平臺中，所述第五柔性鉸鏈和第七柔性鉸鏈均為倒角圓直梁柔性鉸鏈。

優(yōu)選的，上述單自由度柔性微定位平臺中，所述柔性運動平臺與所述平臺底座之間通過緊固螺栓面貼合安裝固定。

優(yōu)選的，上述單自由度柔性微定位平臺中，所述柔性運動平臺與所述平臺底座之間還設置有平臺墊片。

優(yōu)選的，上述單自由度柔性微定位平臺中，所述運動輸入裝置具體為壓電陶瓷驅(qū)動器。

本發(fā)明提供的單自由度柔性微定位平臺，包括運動輸入裝置、柔性運動平臺及用于固定柔性運動平臺的平臺底座，柔性運動平臺包括設置于同一平面的第一半部和第二半部，運動輸入裝置通過第一平臺將平移運動輸入至第一半部和第二半部，第一半部與第二半部的結(jié)構(gòu)關于第一平臺的中軸軸對稱；第一半部包括第二平臺，第二平臺的首端通過第一柔性鉸鏈與第一杠桿的尾端連接，尾端通過第二柔性鉸鏈與第二杠桿的中段連接；第一杠桿與第一平臺背離一側(cè)的首端通過第三柔性鉸鏈與第三杠桿的首端連接，第一杠桿面向第一平臺一側(cè)的中段與平臺底座通過第四柔性鉸鏈連接；第二杠桿的首端通過第五柔性鉸鏈與第三杠桿的中段連接，第二杠桿面向第一平臺一側(cè)的尾端與平臺底座之間，通過第六柔性鉸鏈連接；第三杠桿背離第二杠桿一側(cè)的尾端通過第七柔性鉸鏈與輸出平臺連接，輸出平臺連接有限制其沿運動輸入裝置輸入的動作的方向運動的限位結(jié)構(gòu)。這種單自由度柔性微定位平臺包括多級差動式杠桿將位移放大，提高了放大的行程，杠桿之間和杠桿與底座之間均采用柔性鉸鏈連接傳導位移，在柔性鉸鏈和杠桿本身位置及尺寸精準的情況下，可以實現(xiàn)位移的較為精確的放大；并且這種設計結(jié)構(gòu)簡明，占據(jù)的空間相對現(xiàn)有技術(shù)中的設計較小，設計采用對稱的結(jié)構(gòu)，整體剛性較高，可以較為穩(wěn)定和準確的輸出位移，在機構(gòu)本身尺寸精準的前提下，能夠有效消除側(cè)向附加位移，減小機構(gòu)自身的縱向耦合位移誤差，提升了位移放大的精度，柔性鉸鏈的設計易于一體加工，可以避免裝配誤差。綜上所述，本發(fā)明提供的這種單自由度柔性微定位平臺在相對較小的空間內(nèi)、以相對較小的設備成本較為精確地實現(xiàn)了位移放大，有效地解決了現(xiàn)有柔性微定位平臺所存在大行程與高精度相互矛盾等的技術(shù)問題。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的單自由度柔性微定位平臺的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的單自由度柔性微定位平臺的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖中標記如下：

柔性運動平臺1、緊固螺栓2、平臺墊片3、平臺底座4、壓電陶瓷驅(qū)動器6、第一平臺7、第八柔性鉸鏈8、第二平臺9、第一柔性鉸鏈10、第四柔性鉸鏈11、第一杠桿12、第三柔性鉸鏈13、第三杠桿14、第五柔性鉸鏈15、第二杠桿16、第二柔性鉸鏈17、第六柔性鉸鏈18、固定部19、第七柔性鉸鏈20、輸出平臺21。

具體實施方式

本發(fā)明實施例公開了一種單自由度柔性微定位平臺，以地解決現(xiàn)有柔性微定位平臺所存在大行程與高精度相互矛盾等的技術(shù)問題。

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

請參閱圖1、圖2，圖1為本發(fā)明實施例提供的單自由度柔性微定位平臺的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實施例提供的單自由度柔性微定位平臺的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

一種單自由度柔性微定位平臺，包括運動輸入裝置、柔性運動平臺1及用于固定柔性運動平臺1的平臺底座4，柔性運動平臺1包括設置于同一平面的第一半部和第二半部，運動輸入裝置通過第一平臺7將平移運動輸入至第一半部和第二半部，第一半部與第二半部的結(jié)構(gòu)關于第一平臺7的中軸軸對稱；

第一半部包括第二平臺9，第二平臺9的首端通過第一柔性鉸鏈10與第一杠桿12的尾端連接，尾端通過第二柔性鉸鏈17與第二杠桿16的中段連接；

第一杠桿12與第一平臺7背離一側(cè)的首端通過第三柔性鉸鏈13與第三杠桿14的首端連接，第一杠桿12面向第一平臺7一側(cè)的中段與平臺底座4通過第四柔性鉸鏈11連接；

第二杠桿16的首端通過第五柔性鉸鏈15與第三杠桿14的中段連接，第二杠桿16面向第一平臺7一側(cè)的尾端與平臺底座4之間，通過第六柔性鉸鏈18連接；

第三杠桿14背離第二杠桿16一側(cè)的尾端通過第七柔性鉸鏈20與輸出平臺21連接，輸出平臺21連接有限制其沿運動輸入裝置輸入的動作的方向運動的限位結(jié)構(gòu)。

其中需要說明的是，柔性鉸鏈是一種結(jié)構(gòu)簡單、形狀較為規(guī)則的彈性支承，具有和幾何中心軸重合的回轉(zhuǎn)中心，依靠在圓周徑向均布的彈性薄片的有限變形進行工作。在扭轉(zhuǎn)載荷下，繞其回轉(zhuǎn)中心在有限角度范圍內(nèi)產(chǎn)生回轉(zhuǎn)運動。本發(fā)明中采用的柔性鉸鏈本身可以與杠桿或平臺內(nèi)的其他固定部件一體成型加工，可有效避免裝配誤差。

其中，第一半部和第二半部在結(jié)構(gòu)上相對于輸出運動的中軸完全軸對稱，通過完全對稱的機構(gòu)設計實現(xiàn)增加系統(tǒng)剛度，穩(wěn)定運動輸出，簡化機構(gòu)設計的目的，第一半部和第二半部的底部共同與第一平臺連接，通過第一平臺向二者輸出相同的位移運動。

另外，首端、末端和中段是相對的概念，用于說明杠桿或平臺上連接點的相對位置，并無具體的尺寸和位置限制，具體應用中可通過需要輸出的位移的大小和柔性鉸鏈的設計具體調(diào)整鉸接點的位置以適應具體應用環(huán)境。

本實施例提供的這種單自由度柔性微定位平臺大致工作原理如下：運動輸入裝置輸入初始運動擠壓第一平臺，第一平臺向圖2中的上方發(fā)生位移，擠壓第二平臺，在柔性鉸鏈的傳導下，第一杠桿以第四柔性鉸鏈為中軸逆時針轉(zhuǎn)動一定角度，同理第二杠桿在第二柔性鉸鏈的作用下，以第六柔性鉸鏈為中軸順時針轉(zhuǎn)動一定角度，在第一杠桿和第二杠桿的轉(zhuǎn)動推動下，第三杠桿在第五柔性鉸鏈和第三柔性鉸鏈的作用下同時發(fā)生向上方的平移和逆時針的轉(zhuǎn)動通過其尾端的第七柔性鉸鏈將該發(fā)大后的位移傳導至輸出平臺，輸出平臺在限位結(jié)構(gòu)的限定下，輸出預設放大比例的向上方的平移，該平移放大的比例由各個杠桿、平臺的尺寸、及其上各柔性鉸鏈連接點的位置及柔性鉸鏈的具體設計確定。

優(yōu)選的設計是通過對稱結(jié)構(gòu)的設計第一半部和第二半部同時輸出向上方的位移，并通過對稱的設計抵消由杠桿扭轉(zhuǎn)導致的水平平動，達到水平方向限位的目的。

這種單自由度柔性微定位平臺包括多級差動式杠桿將位移放大，提高了放大的行程，杠桿之間和杠桿與底座之間均采用柔性鉸鏈連接傳導位移，在柔性鉸鏈和杠桿本身位置及尺寸精準的情況下，可以實現(xiàn)位移的較為精確的放大；并且這種設計結(jié)構(gòu)簡明，占據(jù)的空間相對現(xiàn)有技術(shù)中的設計較小，設計采用對稱的結(jié)構(gòu)，整體剛性較高，可以較為穩(wěn)定和準確的輸出位移，在機構(gòu)本身尺寸精準的前提下，能夠有效消除側(cè)向附加位移，減小機構(gòu)自身的縱向耦合位移誤差，提升了位移放大的精度，柔性鉸鏈的設計易于一體加工，可以避免裝配誤差。綜上所述，本發(fā)明提供的這種單自由度柔性微定位平臺在相對較小的空間內(nèi)、以相對較小的設備成本較為精確地實現(xiàn)了位移放大，有效地解決了現(xiàn)有柔性微定位平臺所存在大行程與高精度相互矛盾等的技術(shù)問題。

為進一步優(yōu)化上述技術(shù)方案，在上述實施例的基礎上優(yōu)選的，上述單自由度柔性微定位平臺中，所述第一平臺7的一側(cè)與所述運動輸入裝置的輸出端連接，另一側(cè)的一端通過第八柔性鉸鏈8與所述第二平臺9的中段連接，所述第一平臺7的另一端設置有用于與第二半部連接的第九柔性鉸鏈。

本實施例提供的技術(shù)方案通過柔性鉸鏈的設計將第一平臺的位移傳遞給第一半部和第二半部，其中第二半部設置有與第一半部結(jié)構(gòu)相同對稱設置的平臺，通過柔性鉸鏈傳遞運動可以實現(xiàn)精準的位移傳遞。

為進一步優(yōu)化上述技術(shù)方案，在上述實施例的基礎上優(yōu)選的，上述單自由度柔性微定位平臺中，所述輸出平臺21的首端和末端均通過柔性鉸鏈與所述第一半部和第二半部連接，與所述第一半部的連接點和與所述第二半部的連接點關于輸出平臺21的中軸對稱。

本實施例提供的技術(shù)方案中第一半部和第二半部通過第一平臺的連接結(jié)構(gòu)實現(xiàn)完全結(jié)構(gòu)對稱的設計，在運動輸入端即保證輸出位移一致，有效確保了系統(tǒng)的對稱性。

為進一步優(yōu)化上述技術(shù)方案，在上述實施例的基礎上優(yōu)選的，上述單自由度柔性微定位平臺中，所述柔性運動平臺1還設置有本體與所述平臺底座4安裝固定的固定部19，所述第四柔性鉸鏈11和第六柔性鉸鏈18的一端均通過所述固定部19與所述平臺底座4連接。

本實施例提供的技術(shù)方案中固定部為柔性運動平臺的延伸部分，柔性運動平臺通過固定部與平臺底座實現(xiàn)安裝固定，固定部并不僅僅指某一個特定結(jié)構(gòu)而是柔性運動平臺與平臺底座固定不動的部分，通過第四柔性鉸鏈和第六柔性鉸鏈的一端與固定部的連接有效確保了杠桿運動的支點固定穩(wěn)定。

為進一步優(yōu)化上述技術(shù)方案，在上述實施例的基礎上優(yōu)選的，上述單自由度柔性微定位平臺中，所述第一柔性鉸鏈10、第二柔性鉸鏈17、第四柔性鉸鏈11、第六柔性鉸鏈18、第八柔性鉸鏈8均為圓弧形柔性鉸鏈。

其中，圓弧形鉸鏈是鉸鏈連接的兩端在過度位置均采用圓弧形的設計，鉸鏈本身呈現(xiàn)兩個相對圓弧的結(jié)構(gòu)，其在柔性鉸鏈中具有運動傳遞精度高，轉(zhuǎn)動范圍較小的特點適合本技術(shù)方案中第一、第二、第四、第六、第八柔性鉸鏈的應用位置。

為進一步優(yōu)化上述技術(shù)方案，在上述實施例的基礎上優(yōu)選的，上述單自由度柔性微定位平臺中，所述第三柔性鉸鏈13為直梁型柔性鉸鏈。

直梁型鉸鏈是鉸鏈連接的兩端在過度位置均采用直角形的設計，由于設計需要，第三柔性鉸鏈需要能夠?qū)崿F(xiàn)較大的位移傳遞，由于其他柔性鉸鏈的限位作用不要求很高的運動精度，所以采用直梁型柔性鉸鏈。

為進一步優(yōu)化上述技術(shù)方案，在上述實施例的基礎上優(yōu)選的，上述單自由度柔性微定位平臺中，所述第五柔性鉸鏈15和第七柔性鉸鏈20均為倒角圓直梁柔性鉸鏈。本實施例提供的技術(shù)方案中第五柔性鉸鏈和第七柔性鉸鏈均為倒角圓直梁柔性鉸鏈，這種柔性鉸鏈具能夠兼顧運動傳遞的精度和運動的傳遞范圍，適合本技術(shù)方案的應用。

為進一步優(yōu)化上述技術(shù)方案，在上述實施例的基礎上優(yōu)選的，上述單自由度柔性微定位平臺中，所述柔性運動平臺1與所述平臺底座4之間通過緊固螺栓2面貼合安裝固定。采用緊固螺栓在柔性運動平臺的需要位置如固定部，將平臺與平臺底座安裝固定，確保運動平臺位置的固定，防止由于輸入運動的作用平臺位置偏移。

為進一步優(yōu)化上述技術(shù)方案，在上述實施例的基礎上優(yōu)選的，上述單自由度柔性微定位平臺中，所述柔性運動平臺1與所述平臺底座4之間還設置有平臺墊片3。通過墊片的設計將柔性運動平臺稍微抬離平臺底座，防止平臺上需要發(fā)生運動的部位與平臺底座發(fā)生摩擦，給其中部件的運動造成阻力，造成位移傳遞放大的精度降低。

為進一步優(yōu)化上述技術(shù)方案，在上述實施例的基礎上優(yōu)選的，上述單自由度柔性微定位平臺中，所述運動輸入裝置具體為壓電陶瓷驅(qū)動器6。壓電陶瓷驅(qū)動器是一種利用壓電陶瓷的逆壓電原理，通過控制電流輸入實現(xiàn)精確位移輸出的裝置，采用壓電陶瓷驅(qū)動器能夠提供精準的運動輸入，從而令經(jīng)過柔性運動平臺發(fā)大輸出的位移能夠更加精準可控。

本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。

對所公開的實施例的上述說明，使本領域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。