本發(fā)明屬于精密微位移驅(qū)動系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有三級放大機(jī)構(gòu)的微位移定位平臺。

背景技術(shù)：

以壓電陶瓷驅(qū)動器和柔性機(jī)構(gòu)分別作為微位移驅(qū)動和導(dǎo)向部件的精密定位平臺在微機(jī)電系統(tǒng)、掃描探針顯微鏡、超精密加工、光學(xué)調(diào)整以及生物細(xì)胞操作等諸多領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。但壓電陶瓷驅(qū)動器輸出位移較小，輸出位移與其尺寸比值僅為10μm/cm，因此為了滿足大位移的應(yīng)用場合，通常需要借助柔性放大機(jī)構(gòu)來擴(kuò)大其輸出位移。常用的位移放大機(jī)構(gòu)有杠桿式機(jī)構(gòu)和橋式機(jī)構(gòu)等，目前，商業(yè)上常用的微位移定位平臺大多只采用一級或二級放大機(jī)構(gòu)，位移放大比較小，難以實現(xiàn)毫米級位移的輸出。因此，發(fā)明具有高位移放大比的微位移定位平臺對于實際應(yīng)用具有較大的意義。

中國專利cn104464838a，公開了一種z軸負(fù)向放大一維精密定位平臺。但該技術(shù)中，只采用一級橋式放大機(jī)構(gòu)，放大比較小。中國專利申請?zhí)?01510289096.2，公開號cn104967356a，名稱為“無過約束型微位移放大機(jī)構(gòu)”的專利申請，以及中國專利申請?zhí)?01410123284.3，公開號cn103883849a，名稱為“大行程納米定位平臺，中均采用了杠桿放大機(jī)構(gòu)，但該技術(shù)由于非對稱結(jié)構(gòu)，具有較大的寄生位移。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種具有三級放大機(jī)構(gòu)的微位移定位平臺，依靠兩組兩級杠桿機(jī)構(gòu)和一級橋式機(jī)構(gòu)的復(fù)合串聯(lián)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中位移放大比低以及存在寄生位移等問題，實現(xiàn)運動平臺的大范圍精密定位。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種具有三級放大機(jī)構(gòu)的微位移定位平臺，包括固定機(jī)架、位移輸入平臺、運動輸入機(jī)構(gòu)、兩組第一級杠桿機(jī)構(gòu)、兩組第二級杠桿機(jī)構(gòu)以及一個半橋式放大機(jī)構(gòu)，

一組第一級杠桿機(jī)構(gòu)和第二級杠桿機(jī)構(gòu)位于位移輸入平臺一側(cè)，另一組第一級杠桿機(jī)構(gòu)和第二級杠桿機(jī)構(gòu)設(shè)置在相對于輸入平臺對稱的另一側(cè)，所述的第一級杠桿機(jī)構(gòu)和第二級杠桿機(jī)構(gòu)的支點均與固定機(jī)架傳動連接，運動輸入機(jī)構(gòu)的兩端分別連接固定機(jī)架和位移輸入平臺，兩組第一級杠桿機(jī)構(gòu)的輸入端分別與位移輸入平臺傳動連接，輸出端分別與相應(yīng)一側(cè)的第二級杠桿機(jī)構(gòu)的輸入端傳動連接，第二級杠桿機(jī)構(gòu)將第一級杠桿機(jī)構(gòu)輸出的垂直方向的位移轉(zhuǎn)化為水平方向的位移，

所述的半橋式放大機(jī)構(gòu)連接在兩組第二級杠桿機(jī)構(gòu)的輸出端之間。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的第一級杠桿機(jī)構(gòu)包括第一剛性桿、第一柔性鉸鏈和第二柔性鉸鏈，第一剛性桿的一端作為第一級杠桿機(jī)構(gòu)的支點與固定機(jī)架通過第二柔性鉸鏈傳動連接，第一剛性桿的另一端作為第一級杠桿機(jī)構(gòu)的輸出端與第二級杠桿機(jī)構(gòu)的輸入端傳動連接，第一剛性桿兩端之間的一點作為第一級杠桿機(jī)構(gòu)的輸入端與位移輸入平臺通過第一柔性鉸鏈傳動連接。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的第二級杠桿機(jī)構(gòu)包括第二剛性桿、第三柔性鉸鏈和第四柔性鉸鏈，第二剛性桿與第一剛性桿垂直，第二剛性桿的底端作為第二級杠桿機(jī)構(gòu)的輸入端與第一級杠桿機(jī)構(gòu)的輸出端通過第三柔性鉸鏈傳動連接，第二剛性桿的上端作為第二級杠桿機(jī)構(gòu)的輸出端與半橋式放大機(jī)構(gòu)傳動連接，第二剛性桿的底端和上端之間的一點作為第二級杠桿機(jī)構(gòu)的支點與固定機(jī)架通過第四柔性鉸鏈傳動連接。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，兩組第一級杠桿機(jī)構(gòu)的第一剛性桿位于一條水平線上，兩組第二級杠桿機(jī)構(gòu)的第二剛性桿平行設(shè)置，并分別位于兩組第一級杠桿機(jī)構(gòu)兩端的上方。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的第一柔性鉸鏈、第二柔性鉸鏈、第三柔性鉸鏈及第四柔性鉸鏈均為直角柔性鉸鏈。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的半橋式放大機(jī)構(gòu)包括工作平臺和兩組柔性桿，所述的工作平臺與兩組第二級杠桿機(jī)構(gòu)的輸出端通過柔性桿連接，設(shè)置在兩組第二級杠桿機(jī)構(gòu)的中間。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的運動輸入機(jī)構(gòu)為壓電陶瓷驅(qū)動器。

本發(fā)明的工作原理為：運動輸入機(jī)構(gòu)(一般優(yōu)選的為壓電陶瓷驅(qū)動器)施加力于位移輸入平臺，驅(qū)動兩組第一剛性桿繞著兩個第二柔性鉸鏈進(jìn)行轉(zhuǎn)動，使兩組第一級杠桿機(jī)構(gòu)將第一柔性鉸鏈處的輸入位移在第三柔性鉸鏈處進(jìn)行放大。第三柔性鉸鏈處的位移輸入到第二級杠桿機(jī)構(gòu)的輸入端，使兩組第二剛性桿繞著兩組第四柔性鉸鏈進(jìn)行轉(zhuǎn)動，使二級放大機(jī)構(gòu)將第三柔性鉸鏈處的位移輸入到半橋式放大機(jī)構(gòu)的輸入端，半橋式放大機(jī)構(gòu)通過兩組柔性桿的協(xié)調(diào)變形，最終在工作平臺輸出放大位移。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明采用三級放大機(jī)構(gòu)，將經(jīng)過兩級放大的位移輸入到半橋式放大機(jī)構(gòu)，通過尺寸優(yōu)化，可將其位移放大比高達(dá)50-60倍，相比于一級或二級放大機(jī)構(gòu)具有更大的放大比。

(2)本發(fā)明采用的第二級放大機(jī)構(gòu)將垂直方向的輸入位移轉(zhuǎn)化為水平方向的位移，在實現(xiàn)位移放大的同時改變了位移方向，并輸入到半橋式放大機(jī)構(gòu)中，從而有效將具有較大放大比的半橋式放大機(jī)構(gòu)引入到本發(fā)明當(dāng)中。

(3)本發(fā)明采用的直角柔性鉸鏈相比于直角圓及橢圓鉸鏈具有結(jié)構(gòu)形狀簡單，便于加工，加工成本低等優(yōu)點。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的變形原理示意圖。

圖中，1為位移輸入平臺，2為運動輸入機(jī)構(gòu)，3為第一柔性鉸鏈a，4為第二柔性鉸鏈a，5為第一剛性桿a，6為第三柔性鉸鏈a，7為第四柔性鉸鏈a，8為固定機(jī)架a，9為第二剛性桿a，10為柔性桿a，11為固定機(jī)架b，12為工作平臺，13為柔性桿b，14為第二剛性桿b，15為固定機(jī)架c，16為第四柔性鉸鏈b，17為第三柔性鉸鏈b，18為第一剛性桿b，19為第二柔性鉸鏈b，20為第一柔性鉸鏈b，21為第一級杠桿機(jī)構(gòu)a，22第二級杠桿機(jī)構(gòu)a，23為半橋式放大機(jī)構(gòu)，24為第二級杠桿機(jī)構(gòu)b，25為第一級杠桿機(jī)構(gòu)b。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實施例。

實施例1

一種具有三級放大機(jī)構(gòu)的微位移定位平臺，如圖1～2所示，包括固定機(jī)架(由固定機(jī)架a8、固定機(jī)架b11和固定機(jī)架c15組成)、位移輸入平臺1、運動輸入機(jī)構(gòu)2(本實施例采用壓電陶瓷驅(qū)動器)、兩組第一級杠桿機(jī)構(gòu)(第一級杠桿機(jī)構(gòu)a21和第一級杠桿機(jī)構(gòu)b25)、兩組第二級杠桿機(jī)構(gòu)(第二級杠桿機(jī)構(gòu)a22和第二級杠桿機(jī)構(gòu)b24)以及一個半橋式放大機(jī)構(gòu)23，第一級杠桿機(jī)構(gòu)a21和第二級杠桿機(jī)構(gòu)a22位于位移輸入平臺一側(cè)，第一級杠桿機(jī)構(gòu)b25和第二級杠桿機(jī)構(gòu)b24設(shè)置在相對于輸入平臺對稱的另一側(cè)，并且第一級杠桿機(jī)構(gòu)和第二級杠桿機(jī)構(gòu)的支點均與固定機(jī)架傳動連接，運動輸入機(jī)構(gòu)2的兩端分別連接固定機(jī)架b11和位移輸入平臺1，兩組第一級杠桿機(jī)構(gòu)的輸入端分別與位移輸入平臺1傳動連接，輸出端分別與相應(yīng)一側(cè)的第二級杠桿機(jī)構(gòu)的輸入端傳動連接，第二級杠桿機(jī)構(gòu)將第一級杠桿機(jī)構(gòu)輸出的垂直方向的位移轉(zhuǎn)化為水平方向的位移，半橋式放大機(jī)構(gòu)23連接在兩組第二級杠桿機(jī)構(gòu)的輸出端之間。

具體地，

第一級杠桿機(jī)構(gòu)a21包括第一剛性桿a5、第一柔性鉸鏈a3和第二柔性鉸鏈a4，第一級杠桿機(jī)構(gòu)b25包括第一剛性桿b18、第一柔性鉸鏈b20和第二柔性鉸鏈b19；第二級杠桿機(jī)構(gòu)a22包括第二剛性桿a9、第三柔性鉸鏈a6和第四柔性鉸鏈a7，第二級杠桿機(jī)構(gòu)b24包括第二剛性桿b14、第三柔性鉸鏈b17和第四柔性鉸鏈b16；半橋式放大機(jī)構(gòu)23包括工作平臺12和兩組柔性桿(柔性桿a10和柔性桿b13)，工作平臺12與兩組第二級杠桿機(jī)構(gòu)的輸出端通過柔性桿連接，各柔性鉸鏈均為直角柔性鉸鏈。

兩組第一級杠桿機(jī)構(gòu)的第一剛性桿位于一條水平線上，兩組第二級杠桿機(jī)構(gòu)的第二剛性桿平行設(shè)置，并分別位于兩組第一級杠桿機(jī)構(gòu)兩端的上方。

固定機(jī)架8a和固定機(jī)架c15位于兩組第二級杠桿機(jī)構(gòu)的外側(cè)。

工作平臺12、固定機(jī)架b11和位移輸入平臺1從上到下依次設(shè)置，該實施例的具有三級放大機(jī)構(gòu)的微位移定位平臺總體上呈左右對稱狀。

第一剛性桿a5的一端作為第一級杠桿機(jī)構(gòu)a21的支點與固定機(jī)架b11通過第二柔性鉸鏈a4傳動連接，第一剛性桿a5的另一端作為第一級杠桿機(jī)構(gòu)a21的輸出端與第二級杠桿機(jī)構(gòu)a22的輸入端通過第三柔性鉸鏈a6傳動連接，第一剛性桿a5的兩端之間的一點作為第一級杠桿機(jī)構(gòu)a21的輸入端與位移輸入平臺1通過第一柔性鉸鏈a3傳動連接，第二剛性桿a9與第一剛性桿a5垂直，第二剛性桿a9的底端作為第二級杠桿機(jī)構(gòu)a22的輸入端，第二剛性桿a9的上端作為第二級杠桿機(jī)構(gòu)a22的輸出端與工作平臺12的一側(cè)通過柔性桿a10傳動連接，第二剛性桿a9的底端與上端之間的一點作為第二級杠桿機(jī)構(gòu)a22的支點與固定機(jī)架a8通過第四柔性鉸鏈a7傳動連接；

第一剛性桿b18的一端作為第一級杠桿機(jī)構(gòu)b25的支點與固定機(jī)架b11通過第二柔性鉸鏈b19傳動連接，第一剛性桿b18的另一端作為第一級杠桿機(jī)構(gòu)b25的輸出端與第二級杠桿機(jī)構(gòu)b24的輸入端通過第三柔性鉸鏈b17傳動連接，第一剛性桿b18兩端之間的一點作為第一級杠桿機(jī)構(gòu)b25的輸入端與位移輸入平臺1通過第一柔性鉸鏈b20傳動連接，第二剛性桿b14與第一剛性桿b18垂直，第二剛性桿b14的底端作為第二級杠桿機(jī)構(gòu)b24的輸入端，第二剛性桿b14的上端作為第二級杠桿機(jī)構(gòu)b24的輸出端與工作平臺12的另一側(cè)通過柔性桿b13傳動連接，第二剛性桿b14的底端與上端之間的一點作為第二級杠桿機(jī)構(gòu)b24的支點與固定機(jī)架c15通過第四柔性鉸鏈b16傳動連接。

為了獲得足夠的放大比，第一剛性桿上作為第一級杠桿機(jī)構(gòu)的輸入端的位置靠近第一級杠桿機(jī)構(gòu)的支點。第二剛性桿上作為第二級杠桿機(jī)構(gòu)的支點的位置靠近第二級杠桿機(jī)構(gòu)的輸入端。通過尺寸優(yōu)化，位移放大比可高達(dá)50-60倍。

運動輸入機(jī)構(gòu)2施加力于位移輸入平臺1，驅(qū)動兩組第一剛性桿繞著兩個第二柔性鉸鏈進(jìn)行轉(zhuǎn)動，使兩組第一級杠桿機(jī)構(gòu)將第一柔性鉸鏈處的輸入位移在第三柔性鉸鏈處進(jìn)行放大。第三柔性鉸鏈處的位移輸入到第二級杠桿機(jī)構(gòu)的輸入端，使兩組第二剛性桿繞著兩組第四柔性鉸鏈進(jìn)行轉(zhuǎn)動，使二級放大機(jī)構(gòu)將第三柔性鉸鏈處的位移輸入到半橋式放大機(jī)構(gòu)的輸入端，半橋式放大機(jī)構(gòu)通過兩組柔性桿的協(xié)調(diào)變形，最終在工作平臺12輸出放大位移。