CN103824601A - 一种分体式带行程放大功能的柔性铰链 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分体式带行程放大功能的柔性铰链，包括：固定板、连接螺钉、柔性铰链、工作台、球头、运动板、螺钉、驱动器；其中：连接螺钉将固定板与柔性铰链相连，再通过螺钉将柔性铰链与运动板相连，由固定板、柔性铰链、运动板组成一体机构的柔性铰链组件；驱动器与运动板紧密接触；运动板上设有球头，球头与工作台紧密接触。本发明所涉及结构加工工艺性好；可适用于单自由度和多自由度铰链；可实现运动行程的放大；并可实现运动方向的反向。

Description

一种分体式带行程放大功能的柔性铰链

技术领域

本发明属于高精度微动工作台技术领域，具体涉及一种分体式带行程放大功能的柔性铰链。

背景技术

柔性铰链是高精度微动工作台的重要组成部件。大多高精度数微动工作台依靠柔性铰链产生弹性变形实现工作台面的微运动、微定位。由于高精度微动工作台多采用压电陶瓷作为驱动器，而压电陶瓷行程较小，为实现大行程的高精度运动或定位，往往采用多只压电陶瓷堆叠的方式，但堆叠将提高成本，降低压电陶瓷刚度，并使得结构尺寸过大。

现有技术的二自由度柔性微定位工作台，此机构以压电陶瓷为驱动器，工作台面与柔性铰链为一体化结构，依靠压电陶瓷伸缩引起柔性铰链弹性变形，产生平面内的二自由度运动。该方案中，工作台行程约等于压电陶瓷驱动行程，即输出行程不能放大；同时，该工作台为一体化结构，工程中一般采用线切割，而多自由度柔性铰链往往为旋转体，线切割难以实现，因此该类结构中柔性铰链多为单自由度铰链；此外，柔性铰链和工作台面必须为同一种材料，不利于提高柔性铰链和工作台面的刚度差。

发明内容

(一)要技术解决问题

针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种分体式带行程放大功能的柔性铰链。

(二)技术方案

为了达成所述目的，本发明提供一种分体式带行程放大功能的柔性铰链的技术方案包括：固定板、连接螺钉、柔性铰链、工作台、球头、运动板、螺钉、驱动器；其中，连接螺钉将固定板与柔性铰链相连；再通过螺钉将柔性铰链与运动板相连，由固定板、柔性铰链、运动板组成一体结构的柔性铰链组件；驱动器与运动板紧密接触；运动板上设有球头，球头与工作台紧密接触。

(三)技术效果

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明中，将一体式柔性铰链分解成固定板、运动板、柔性铰链组成的柔性铰链组件，采用分体式柔性铰链组件结构，便于加工，其加工工艺性良好，可使用单自由度和多自由度铰链。本发明依据杠杆原理，可对输入位移行程进行放大，并可通过调整驱动器位置，改变运动方向，可实现运动方向的反向。

附图说明

图1是本发明的总体示意图；

图2是本发明的反向运动行程放大原理图。

图3是本发明的同向运动行程放大原理图。

部件符号说明：

1、固定板；     2、连接螺钉；    3、柔性铰链；

4、工作台；     5、球头；        6、运动板；

7、螺钉；       8、驱动器；      9、驱动端；

10、铰链；      11、被动端。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示本发明实例一种分体式带行程放大功能的柔性铰链，包含一个固定板1、连接螺钉2、柔性铰链3、工作台4、球头5、运动板6、螺钉7、驱动器8，其中：固定板1通过连接螺钉2与柔性铰链3相连；再通过螺钉7将柔性铰链3与运动板6相连，由固定板1、柔性铰链3、运动板6组成一体结构的柔性铰链组件。驱动器8与运动板6紧密接触，用于驱动运动板6运动；运动板6上设有球头5，球头5与工作台4紧密接触。本发明的原理：依据杠杆原理，对行程进行放大和对运动方法进行反向。

柔性铰链3为单自由度柔性铰链或多自由度柔性铰链。基于杠杆理论，球头5的行程相对驱动器8的行程按比例进行放大。基于杠杆理论，球头5的运动方向依据对驱动器8的位置发生改变。所述放大的比率表示为K＝L2/L1，其中L1为驱动器8与柔性铰链3的距离，L2为球头5与柔性铰链3的距离。

本发明的工作过程如下：

请参见图1，驱动器8与运动板6紧密接触，当驱动器8伸缩时，由于固定板1和运动板6刚度相对较大，柔性铰链3刚度相对较小，柔性铰链3将产生弹性变形，引起运动板6绕其与柔性铰链3连接处中心为轴心旋转。该旋转将导致球头5产生升降运动，并最终带动工作台4产生升降运动。

请参见图1，柔性铰链3为一款多自由度柔性铰链，其结构为旋转体，可采用常见的车削加工，具有良好的工艺性；同时，该结构沿轴向直径不断变化，在中心处直径最小时，此处刚度最低，当柔性铰链3受到外力时，将以直径最小处为中心，该柔性铰链产生偏转；且由于该柔性铰链结构为旋转体，因此该直径最小处的中心向任意偏转方向刚度相等，可等效为万向节，即多自由度关节，实现多自由度转动，解决了常见的圆柱形一体式柔性铰链加工工艺复杂的问题。

根据力学理论，分体式带行程放大功能的柔性铰链工作原理如下：

请参见图2，该情况下驱动端9(等效于图1中驱动器8)与被动端11(等效于图1中球头5)位于铰链10(等效于图1中柔性铰链3)的不同方向，因而其运动方向相反。该结构原理依杠杆理论，其放大比例是依据铰链10的结构特点。图中L1、L2分别为驱动端9、被动端11与铰链10的距离，则放大比率K为：

K＝L2/L1

请参见图3，该情况下驱动端9(等效于图1中驱动器8)与被动端11(等效于图1中球头5)位于铰链10(等效于图1中柔性铰链3)的相同方向，因而其运动方向相同。该结构原理依杠杆理论，其放大比率k为：

K＝L2/L1。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。

Claims (5)

1.一种分体式带行程放大功能的柔性铰链，其特征在于包括：固定板(1)、连接螺钉(2)、柔性铰链(3)、工作台(4)、球头(5)、运动板(6)、螺钉(7)、驱动器(8)；其中：

连接螺钉(2)将固定板(1)与柔性铰链(3)相连，再通过螺钉(7)将柔性铰链(3)与运动板(6)相连，由固定板(1)、柔性铰链(3)、运动板(6)组成一体机构的柔性铰链组件；驱动器(8)与运动板(6)紧密接触；运动板(6)上设有球头(5)，球头(5)与工作台(4)紧密接触。

2.根据权利要求1所述的分体式带行程放大功能的柔性铰链，其特征在于：柔性铰链(3)为单自由度柔性铰链或多自由度柔性铰链。

3.根据权利要求1所述的分体式带行程放大功能的柔性铰链，其特征在于：基于杠杆理论，球头(5)的行程相对驱动器(8)的行程按比例进行放大。

4.根据权利要求1所述的分体式带行程放大功能的柔性铰链，其特征在于：基于杠杆理论，球头(5)的运动方向依据对驱动器(8)的位置发生改变。

5.根据权利要求1所述的分体式带行程放大功能的柔性铰链，其特征在于：放大比率表示为K＝L2/L1，其中L1为驱动器(8)与柔性铰链(3)的距离，L2为球头(5)与柔性铰链(3)的距离。

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