CN110347119B - 运动控制结构以及执行器 - Google Patents

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    • G05B2219/34013—Servocontroller

Abstract

本发明提供了运动控制结构以及驱动机构，其中，运动控制结构包括运动平台；第一执行机构，环绕于运动平台的外周，第一执行机构包括设于运动平台沿X轴方向相对两侧的第一执行单元和设于运动平台沿Y轴方向相对两侧的第二执行单元，第一执行单元包括与运动平台连接的第一执行件，第一执行件可沿X轴方向位移，第二执行单元包括与运动平台连接的第二执行件，第二执行件可沿Y轴方向位移；第二执行机构，环绕于运动平台的内周，第二执行机构包括第三执行单元，第三执行单元包括与运动平台连接的组合件,组合件可沿Z轴方向位移。本发明提供的运动控制结构具有可以驱动运动平台实现六个自由度运动以及运动能够精确、快速地传递到被驱动物体的优点。

Description

运动控制结构以及执行器
【技术领域】
本发明涉及微机电***领域，尤其涉及一种运动控制结构以及一种采用该运动控制结构的执行器。
【背景技术】
MEMS(微机电***，Micro-Electro-Mechanical System)运动控制结构具有广泛的应用，如MEMS开关、MEMS微镜、MEMS扬声器等，对于一些应用，例如MEMS微镜和MEMS防抖，MEMS运动控制结构的自由度是一个重要的指标，现有的多自由度MEMS运动控制结构存在以下缺陷：
1、在一些应用中，例如光学防抖，现有的运动控制结构的自由度个数较少。
2、实现多自由度的驱动装置与被驱动物体的连接方式为驱动装置1-驱动装置2-被驱动物体，这种非直接的连接方式降低了被驱动物体的运动精度和响应速度。
【发明内容】
本发明的目的之一在于提供一种运动控制结构，其可以直接驱动运动平台实现六个自由度运动以及运动能够精确、快速地传递到被驱动物体。本发明的目的之二在于提供一种执行器，该执行器采用上述的运动控制结构。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
一种运动控制结构，包括：
运动平台，用于与被驱动物体连接；
第一执行机构，用于驱动所述运动平台沿X轴平移或者沿Y轴平移或者绕Z轴旋转，所述第一执行机构环绕于所述运动平台的外周，所述第一执行机构包括设于所述运动平台沿X轴方向相对两侧的第一执行单元和设于所述运动平台沿Y轴方向相对两侧的第二执行单元，所述第一执行单元包括与所述运动平台连接的第一执行件，所述第一执行件可沿X轴方向位移，所述第二执行单元包括与所述运动平台连接的第二执行件，所述第二执行件可沿Y轴方向位移；
第二执行机构，用于驱动所述运动平台沿Z轴平移或者绕X轴旋转或者绕Y轴旋转，所述第二执行机构环绕于所述运动平台的内周，所述第二执行机构包括对应所述运动平台内边缘设置的第三执行单元，所述第三执行单元包括与所述运动平台连接的组合件，所述组合件受外部驱动器的驱动可沿Z轴方向位移。
作为一种改进方式，所述运动平台呈回形，所述第一执行单元设有两组，两组所述第一执行单元分别位于所述运动平台沿X轴方向的两侧，每组所述第一执行单元包括两个沿Y轴方向间隔设置的所述第一执行件；所述第二执行单元设有两组，两组所述第二执行单元分别位于所述运动平台沿Y轴方向的两侧，每组所述第二执行单元包括沿X轴方向间隔设置的所述第二执行件；所述第三执行单元设有四组，四组所述第三执行单元分别对应所述运动平台四个内边缘设置，每组所述第三执行单元包括一个所述组合件。
作为一种改进方式，每个所述第一执行单元还包括连接所述第一执行件与所述运动平台的第一蛇形梁，所述第一蛇形梁将所述第一执行件的运动传递给所述运动平台使所述运动平台沿X轴方向位移。
作为一种改进方式，每个所述第一执行单元还包括第二蛇形梁和三个沿Y轴方向间隔设置的第一锚部，每相邻两个第一锚部之间设置一个所述第一执行件，每个所述第一执行件的两侧分别通过第二蛇形梁与所述第一锚部连接。
作为一种改进方式，每个所述第二执行单元还包括连接所述第二执行件与所述运动平台的第三蛇形梁，所述第三蛇形梁将所述第二执行件的运动传递给所述运动平台使所述运动平台沿Y轴方向位移。
作为一种改进方式，每个所述第二执行单元还包括第四蛇形梁和三个沿X轴方向间隔设置的第二锚部，每相邻两个第二锚部之间设置一个所述第二执行件，每个所述第二执行件的两侧分别通过第四蛇形梁与所述第二锚部连接。
作为一种改进方式，每个所述第三执行单元还包括连接所述组合件与所述运动平台的第五蛇形梁，所述第五蛇形梁将所述组合件的运动传递给所述运动平台使所述运动平台沿Z轴位移。
作为一种改进方式，每个所述第三执行单元还包括蛇形梁组件和设置于所述组合件两侧的第三锚部，所述组合件的两侧通过所述蛇形梁组件与所述第三锚部连接。
作为一种改进方式，所述蛇形梁组件包括用于限制所述组合件在X轴方向上发生位移的第一元件和用于限制所述组合件在Y轴方向上发生位移的第二元件。
作为一种改进方式，所述组合件包括第一单体、第二单体以及第六蛇形梁，所述第一单体设有凹腔，所述第二单体设于所述凹腔中，所述第二单体的两侧通过所述第六蛇形梁与所述凹腔的内侧壁连接，所述第一单体通过所述蛇形梁组件与所述第三锚部连接，所述第二单体通过所述第五蛇形梁与所述运动平台连接。
本发明的目的之二采用如下技术方案实现：
一种执行器，包括若干个静电梳齿组件和如上所述的运动控制结构，其中，部分所述静电梳齿组件与所述第一执行件连接以驱动所述第一执行件沿X轴方向位移，部分所述静电梳齿组件与所述第二执行件连接以驱动所述第二执行件沿Y轴方向位移，部分所述静电梳齿组件与所述组合件连接以驱动所述组合件沿Z轴方向位移。
本发明实施方式相对于现有技术而言，外部驱动器通过运动控制结构可以直接驱动运动平台实现六个自由度运动，也即沿X轴、Y轴和Z轴平移以及绕X轴、Y轴和Z轴旋转，可应用范围广；第一执行机构和第二执行机构直接与运动平台连接，第一执行机构和第二执行机构可以直接将运动传递到运动平台，这种直接传递的方式使得运动能够精确、快速地传递到被驱动物体，响应速度快。
【附图说明】
图1为本发明实施例提供的运动控制结构的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的第一执行机构与运动平台的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的第二执行机构与运动平台的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的运动控制结构沿X轴方向位移的示意图；
图5为本发明实施例提供的运动控制结构沿Y轴方向位移的示意图；
图6为本发明实施例提供的运动控制结构绕Z轴旋转的示意图；
图7为本发明实施例提供的运动控制结构沿Z轴方向位移的示意图；
图8为本发明实施例提供的运动控制结构绕X轴旋转的示意图；
图9为本发明实施例提供的运动控制结构绕Y轴旋转的示意图；
图10为本发明实施例提供的驱动机构的结构示意图；
图11为本发明实施例提供的静电梳齿组件的结构示意图；
图12为静电梳齿组件驱动被驱动物体平移的示意图；
图13为静电梳齿组件驱动被驱动物体垂直移动的示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
需要说明的是，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、内、外、顶部、底部……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
还需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件上时，该元件可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为“连接”另一个元件，它可以是直接连接另一个元件或者可能同时存在居中元件。
请参阅图1-3，本发明实施例提供的一种运动控制结构100，包括：
运动平台10，用于与被驱动物体连接；
第一执行机构20，用于驱动运动平台10沿X轴平移或者沿Y轴平移或者绕Z轴旋转，第一执行机构20环绕于运动平台10的外周，第一执行机构20包括设于运动平台10沿X轴方向相对两侧的第一执行单元21和设于运动平台10沿Y轴方向相对两侧的第二执行单元22，第一执行单元21包括与运动平台10连接的第一执行件211，第一执行件211可沿X轴方向位移，第二执行单元22包括与运动平台10连接的第二执行件221，第二执行件221可沿Y轴方向位移；
第二执行机构30，用于驱动运动平台10沿Z轴平移或者绕X轴旋转或者绕Y轴旋转，第二执行机构30环绕于运动平台10的内周，第二执行机构30包括对应运动平台10内边缘设置的第三执行单元31，第三执行单元31包括与运动平台10连接的组合件311，组合件311受外部驱动器的驱动可沿Z轴方向位移。
本实施例中，通过设置第一执行机构20和第二执行机构30直接与运动平台10连接，第一执行机构20和第二执行机构30可以直接将运动传递到运动平台10，这种直接传递的方式使得运动能够精确、快速地传递到被驱动物体，响应速度快。
作为本实施例的一种改进方式，运动平台10呈回形，第一执行单元21设有两组，两组第一执行单元21分别位于运动平台10沿X轴方向的两侧，每组第一执行单元21包括两个沿Y轴方向间隔设置的第一执行件211；第二执行单元22设有两组，两组第二执行单元22分别位于运动平台10沿Y轴方向的两侧，每组第二执行单元22包括沿X轴方向间隔设置的第二执行件221；第三执行单元31设有四组，四组第三执行单元31分别对应运动平台10四个内边缘设置，每组第三执行单元31包括一个组合件311。
通过上述设置方式，运动控制结构100通过外部驱动器的驱动，可以直接驱动运动平台10实现六个自由度的运动，六个自由度分别是沿X轴、Y轴和Z轴平移以及绕X轴、Y轴和Z轴旋转。以下以六个实施例分别说明100如何间接驱动运动平台10实现六个自由度的运动。
请参阅图4，举例说明第一执行单元21如何驱动运动平台10沿X轴方向位移，位于图4左侧的两个第一执行件211受到外力F1的推动，位于图4右侧的两个第一执行件211受到外力F2的拉动，位于图4左侧的两个第一执行件211和位于图4右侧的两个第一执行件211配合驱动运动平台10往X轴正方向位移。反之，驱动运动平台10往X轴负方向位移。
请参阅图5，举例说明第二执行单元22如何驱动运动平台10沿Y轴方向位移，位于图5上方的两个第二执行件221受到外力F3的推动，位于图5下方的两个第二执行件221受到外力F4的拉动，位于图5上方的两个第二执行件221和位于图5下方的两个第二执行件221配合驱动运动平台往Y轴负方向位移。反之，驱动运动平台10往Y轴正方向位移。
请参阅图6，举例说明第一执行单元21和第二执行单元22如何配合驱动运动平台10绕Z轴旋转，位于图6左侧的两个第一执行件211受到外力F5、F6的作用，位于图6下方的两个第二执行件221受到外力F7、F8的作用，位移图6右侧的两个第一执行件211受到外力F9、F10的作用，位于图6上方的两个第二执行件221受到外力F11、F12的作用，四个第一执行件211和四个第二执行件221配合驱动运动平台10绕Z轴顺时针旋转。反之，驱动运动平台10绕Z轴逆时针旋转。
请参阅图7，举例说明第三执行单元31如何驱动运动平台10沿Z轴方向位移，四个组合件31分别受到垂直于图7向外的力F13的作用，驱动运动平台10沿Z轴正方向位移。反之，驱动运动平台10朝向Z轴的负方向位移。
请参阅图8，举例说明第三执行单元31如何驱动运动平台绕X轴方向旋转，位于图8上方的组合件31受到垂直于图8向外的力F14的作用，位于图8下方的组合件31受到垂直于图8向里的力F15的作用，位于图8上方的组合件31和位于图8下方的组合件31配合驱动运动平台10绕X轴顺时针旋转。反之，驱动运动平台10绕X轴逆时针旋转。
请参阅图9，举例说明第三执行单元31如何驱动运动平台绕Y轴方向旋转，位于图9左侧的组合件31受到垂直于图9向外的力F16的作用，位于图9右侧的组合件31受到垂直于凸9向里的力F17的作用，位于图9左侧的组合件31和位于图9右侧的组合件31配合驱动运动平台10绕Y轴顺时针旋转。反之，驱动运动平台10绕Y轴逆时针旋转。
请再次参阅图1-3，作为本实施例的一种改进方式，每个第一执行单元21还包括第一蛇形梁212，第一执行件211通过第一蛇形梁212与运动平台10连接。通过设置第一执行件211通过第一蛇形梁212与运动平台10连接，第一蛇形梁212将第一执行件211的运动传递给运动平台10使运动平台10沿X轴方向位移。
作为本实施例的一种改进方式，每个第一执行单元21还包括第二蛇形梁213和三个沿Y轴方向间隔设置的第一锚部214，每相邻两个第一锚部214之间设置一个第一执行件211，每个第一执行件211的两侧分别通过第二蛇形梁213与第一锚部214连接。第一锚部214用于第一执行单元21的固定，例如，第一执行单元21通过第一锚部214固定在电路板上。通过设置每个第一执行件211的两侧分别通过第二蛇形梁213与第一锚部214连接，第二蛇形梁213会抑制第一执行件211在Y轴方向上发生移动，使得第一执行件211的驱动方向单一，提高驱动稳定性，同时降低运动平台10控制的难度。
作为本实施例的一种改进方式，每个第二执行单元22还包括第三蛇形梁222，第二执行件221通过第三蛇形梁222与运动平台10连接。通过设置第二执行件221通过第三蛇形梁222与运动平台10连接，第三蛇形梁222将第二执行件221的运动传递给运动平台10使运动平台10沿Y轴方向位移。
作为本实施例的一种改进方式，每个第二执行单元22还包括第四蛇形梁223和三个沿X轴方向间隔设置的第二锚部224，每相邻两个第二锚部224之间设置一个第二执行件221，每个第二执行件221的两侧分别通过第四蛇形梁223与第二锚部224连接。第二锚部224用于第二执行单元22的固定，例如第二执行单元22通过第二锚部224固定在电路板上。通过设置每个第二执行件221的两侧分别通过第四蛇形梁223与第二锚部224连接，第四蛇形梁223会抑制第二执行件221在X轴方向上发生移动，使得第二执行件221的驱动方向单一，提高驱动稳定性，同时降低运动平台10控制的难度。
进一步的，第一蛇形梁212将第一执行件211的运动传递给运动平台10使运动平台10沿X轴方向位移时，一方面，连接运动平台10与第二执行件221的第三蛇形梁222吸收运动平台10的位移，运动平台10的位移引起第三蛇形梁222变形，而不会引起第二执行件221的位移，在不影响运动平台10位移的前提下，第三蛇形梁222不会将运动传递给第二执行件221，另一方面，通过第四蛇形梁223与第二锚部224连接的第二执行件221不能沿X轴方向位移，从而保证第一执行件211和第二执行件221的运动独立性，从而提高静电驱动的稳定性，同时降低运动平台控制的难度。
进一步的，第三蛇形梁222将第二执行件221的运动传递给运动平台10从而驱动运动平台10沿Y轴方向位移时，一方面，连接运动平台10与第一执行件211的第一蛇形梁212吸收运动平台10的位移，运动平台10的位移引起第一蛇形梁212变形，而不会引起第一执行件211的位移，从而在不影响运动平台10位移的前提下，第一蛇形梁212不会将运动传递给第一执行件211，另一方面，通过第二蛇形梁213与第一锚部214连接的第一执行件211不能沿Y轴方向位移，保证第一执行件211和第二执行件221的运动独立性，从而提高静电驱动的稳定性，同时降低运动平台控制的难度。作为本实施例的一种改进方式，每个第三执行单元31还包括组合件311、第五蛇形梁312、蛇形梁组件313和置于组合件311两侧的第三锚部314。组合件311包括第一单体315、第二单体316以及第六蛇形梁317，第一单体315设有凹腔318，第二单体316设于凹腔318中，第二单体316的两侧通过第六蛇形梁317与凹腔318的内侧壁连接，第一单体315通过蛇形梁组件313与第三锚部314连接，第二单体316通过第五蛇形梁312与运动平台10连接。
组合件311通过第五蛇形梁312与运动平台10连接。当运动平台10在Y轴方向发生位移时，第五蛇形梁312发生变形，第一单体315受蛇形梁组件313限制不发生位移；当运动平台10在X轴方向发生位移时，第六蛇形梁317发生变形，第一单体315受蛇形梁组件313限制不发生位移。因此，运动平台10在X轴和Y轴方向的运动不会传递给第一单体315，从而保证了X/Y轴运动与Z轴运动的独立性，提高静电驱动的稳定性，降低运动平台10的控制难度。
组合件311的两侧通过蛇形梁组件313与第三锚部314连接。蛇形梁组件313限制第一单体315在X轴和Y轴方向的位移，使得第一单体315只能在Z轴方向的位移，从而保证了第一单体315的驱动方向单一，提高静电驱动的稳定性，降低运动平台10的控制难度。
请参阅图10，本发明实施例还提供一种执行器300，包括如上所述的运动控制结构100和十二个静电梳齿组件200，其中，四个静电梳齿组件200分别与四个第一执行件211连接以驱动第一执行件211沿X轴方向位移，四个静电梳齿组件200分别与四个第二执行件221连接以驱动第二执行件221沿Y轴方向位移，四个静电梳齿组件200分别与四个组合件31连接以驱动组合件31沿Z轴方向位移。可以理解地，静电梳齿组件200不局限于设有十二个，静电梳齿组件200的个数具体根据第一执行件211、第二执行件221以及组合件31的个数而定。静电梳齿组件200可以是常见的横向梳齿结构或垂直梳齿结构，在本发明实施例中不作限定，可根据实际应用选择。
请参阅图11-13，每个静电梳齿组件200包括第一定齿201、第一动齿202、第二定齿203以及第二动齿204，第一动齿202与第一定齿201交错设置，第二动齿204与第二定齿203交错设置，第一动齿202或第二动齿204通过驱动所述运动控制结构100带动被驱动物体400运动。当需要驱动被驱动的物件400平移时，往静电梳齿组件200中通入预设的电信号，第一动齿202拉动被驱动的物件400朝向第一定齿201位移，从而拉动被驱动的物件400发生平移。当需要驱动被驱动的物件400竖直移动时，往静电梳齿组件200中通入预设的电信号，第二动齿204与被驱动的物件400连接的一端上翘，从而驱动被驱动的物件400在竖直方向上发生位移。本实施例中，被驱动的物件400为第一执行件211或者第二执行件221或者组合件31。需要指出的是，图11至图13中的静电梳齿组件200的结构仅仅只用作对被驱动物体400的位移进行示意，不对其具体结构构成限定，且此处运动控制结构100未具体画出。
以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种运动控制结构，其特征在于，包括：
运动平台，用于与被驱动物体连接；
第一执行机构，用于驱动所述运动平台沿X轴平移或者沿Y轴平移或者绕Z轴旋转，所述第一执行机构环绕于所述运动平台的外周，所述第一执行机构包括设于所述运动平台沿X轴方向相对两侧的第一执行单元和设于所述运动平台沿Y轴方向相对两侧的第二执行单元，所述第一执行单元包括与所述运动平台连接的第一执行件，所述第一执行件可沿X轴方向位移，所述第二执行单元包括与所述运动平台连接的第二执行件，所述第二执行件可沿Y轴方向位移；
第二执行机构，用于驱动所述运动平台沿Z轴平移或者绕X轴旋转或者绕Y轴旋转，所述第二执行机构环绕于所述运动平台的内周，所述第二执行机构包括对应所述运动平台内边缘设置的第三执行单元，所述第三执行单元包括与所述运动平台连接的组合件，所述组合件可沿Z轴方向位移；
每个所述第一执行单元还包括连接所述第一执行件与所述运动平台的第一蛇形梁，所述第一蛇形梁将所述第一执行件的运动传递给所述运动平台使所述运动平台沿X轴方向位移；
每个所述第一执行单元还包括用于限制所述第一执行件往Y轴方向位移的第二蛇形梁和三个沿Y轴方向间隔设置的第一锚部，每相邻两个第一锚部之间设置一个所述第一执行件，每个所述第一执行件的两侧分别通过所述第二蛇形梁与所述第一锚部连接。
2.根据权利要求1所述的运动控制结构，其特征在于，所述运动平台呈回形，所述第一执行单元设有两组，两组所述第一执行单元分别位于所述运动平台沿X轴方向的两侧，每组所述第一执行单元包括两个沿Y轴方向间隔设置的所述第一执行件；所述第二执行单元设有两组，两组所述第二执行单元分别位于所述运动平台沿Y轴方向的两侧，每组所述第二执行单元包括沿X轴方向间隔设置的所述第二执行件；所述第三执行单元设有四组，四组所述第三执行单元分别对应所述运动平台四个内边缘设置，每组所述第三执行单元包括一个所述组合件。
3.根据权利要求1或2所述的运动控制结构，其特征在于，每个所述第二执行单元还包括连接所述第二执行件与所述运动平台的第三蛇形梁，所述第三蛇形梁将所述第二执行件的运动传递给所述运动平台使所述运动平台沿Y轴方向位移。
4.根据权利要求3所述的运动控制结构，其特征在于，每个所述第二执行单元还包括用于限制所述第二执行件往X轴方向位移的第四蛇形梁和三个沿X轴方向间隔设置的第二锚部，每相邻两个第二锚部之间设置一个所述第二执行件，每个所述第二执行件的两侧分别通过第四蛇形梁与所述第二锚部连接。
5.根据权利要求1或2所述的运动控制结构，其特征在于，每个所述第三执行单元还包括连接所述组合件与所述运动平台的第五蛇形梁，所述第五蛇形梁将所述组合件的运动传递给所述运动平台使所述运动平台沿Z轴位移。
6.根据权利要求5所述的运动控制结构，其特征在于，每个所述第三执行单元还包括蛇形梁组件和设置于所述组合件两侧的第三锚部，所述组合件的两侧通过所述蛇形梁组件与所述第三锚部连接。
7.根据权利要求6所述的运动控制结构，其特征在于，所述蛇形梁组件包括用于限制所述组合件在X轴方向上发生位移的第一元件和用于限制所述组合件在Y轴方向上发生位移的第二元件。
8.根据权利要求7所述的运动控制结构，其特征在于，所述组合件包括第一单体、第二单体以及第六蛇形梁，所述第一单体设有凹腔，所述第二单体设于所述凹腔中，所述第二单体的两侧通过所述第六蛇形梁与所述凹腔的内侧壁连接，所述第一单体通过所述蛇形梁组件与所述第三锚部连接，所述第二单体通过所述第五蛇形梁与所述运动平台连接。
9.一种执行器，其特征在于，包括若干个静电梳齿组件和如权利要求1－8任一项所述的运动控制结构，其中，部分所述静电梳齿组件与所述第一执行件连接以驱动所述第一执行件沿X轴方向位移，部分所述静电梳齿组件与所述第二执行件连接以驱动所述第二执行件沿Y轴方向位移，部分所述静电梳齿组件与所述组合件连接以驱动所述组合件沿Z轴方向位移。
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