一種分體式帶行程放大功能的柔性鉸鏈的製作方法

2023-04-24 09:38:51

一種分體式帶行程放大功能的柔性鉸鏈的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種分體式帶行程放大功能的柔性鉸鏈，包括：固定板、連接螺釘、柔性鉸鏈、工作檯、球頭、運動板、螺釘、驅動器；其中：連接螺釘將固定板與柔性鉸鏈相連，再通過螺釘將柔性鉸鏈與運動板相連，由固定板、柔性鉸鏈、運動板組成一體機構的柔性鉸鏈組件；驅動器與運動板緊密接觸；運動板上設有球頭，球頭與工作檯緊密接觸。本發明所涉及結構加工工藝性好；可適用於單自由度和多自由度鉸鏈；可實現運動行程的放大；並可實現運動方向的反向。
【專利說明】一種分體式帶行程放大功能的柔性鉸鏈
【技術領域】
[0001]本發明屬於高精度微動工作檯【技術領域】，具體涉及一種分體式帶行程放大功能的柔性鉸鏈。
【背景技術】
[0002]柔性鉸鏈是高精度微動工作檯的重要組成部件。大多高精度數微動工作檯依靠柔性鉸鏈產生彈性變形實現工作檯面的微運動、微定位。由於高精度微動工作檯多採用壓電陶瓷作為驅動器，而壓電陶瓷行程較小，為實現大行程的高精度運動或定位，往往採用多隻壓電陶瓷堆疊的方式，但堆疊將提高成本，降低壓電陶瓷剛度，並使得結構尺寸過大。
[0003]現有技術的二自由度柔性微定位工作檯，此機構以壓電陶瓷為驅動器，工作檯面與柔性鉸鏈為一體化結構，依靠壓電陶瓷伸縮引起柔性鉸鏈彈性變形，產生平面內的二自由度運動。該方案中，工作檯行程約等於壓電陶瓷驅動行程，即輸出行程不能放大；同時，該工作檯為一體化結構，工程中一般採用線切割，而多自由度柔性鉸鏈往往為旋轉體，線切割難以實現，因此該類結構中柔性鉸鏈多為單自由度鉸鏈；此外，柔性鉸鏈和工作檯面必須為同一種材料，不利於提高柔性鉸鏈和工作檯面的剛度差。

【發明內容】

[0004](一 )要技術解決問題
[0005]針對上述現有技術的不足，本發明的目的是提供一種分體式帶行程放大功能的柔性鉸鏈。
[0006]( 二 )技術方案
[0007]為了達成所述目的，本發明提供一種分體式帶行程放大功能的柔性鉸鏈的技術方案包括:固定板、連接螺釘、柔性鉸鏈、工作檯、球頭、運動板、螺釘、驅動器；其中，連接螺釘將固定板與柔性鉸鏈相連；再通過螺釘將柔性鉸鏈與運動板相連，由固定板、柔性鉸鏈、運動板組成一體結構的柔性鉸鏈組件；驅動器與運動板緊密接觸；運動板上設有球頭，球頭與工作檯緊密接觸。
[0008](三)技術效果
[0009]本發明與現有技術相比的優點在於:本發明中，將一體式柔性鉸鏈分解成固定板、運動板、柔性鉸鏈組成的柔性鉸鏈組件，採用分體式柔性鉸鏈組件結構，便於加工，其加工工藝性良好，可使用單自由度和多自由度鉸鏈。本發明依據槓桿原理，可對輸入位移行程進行放大，並可通過調整驅動器位置，改變運動方向，可實現運動方向的反向。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是本發明的總體示意圖；
[0011]圖2是本發明的反向運動行程放大原理圖。
[0012]圖3是本發明的同向運動行程放大原理圖。[0013]部件符號說明:
[0014]1、固定板；2、連接螺釘； 3、柔性鉸鏈；
[0015]4、工作檯；5、球頭；6、運動板；
[0016]7、螺釘；8、驅動器；9、驅動端；
[0017]10、鉸鏈；11、被動端。
【具體實施方式】
[0018]以下結合附圖對本發明的實施例作詳細說明:本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。
[0019]如圖1所示本發明實例一種分體式帶行程放大功能的柔性鉸鏈，包含一個固定板
1、連接螺釘2、柔性鉸鏈3、工作檯4、球頭5、運動板6、螺釘7、驅動器8，其中:固定板I通過連接螺釘2與柔性鉸鏈3相連；再通過螺釘7將柔性鉸鏈3與運動板6相連，由固定板1、柔性鉸鏈3、運動板6組成一體結構的柔性鉸鏈組件。驅動器8與運動板6緊密接觸，用於驅動運動板6運動；運動板6上設有球頭5，球頭5與工作檯4緊密接觸。本發明的原理:依據槓桿原理，對行程進行放大和對運動方法進行反向。
[0020]柔性鉸鏈3為單自由度柔性鉸鏈或多自由度柔性鉸鏈。基於槓桿理論，球頭5的行程相對驅動器8的行程按比`例進行放大。基於槓桿理論，球頭5的運動方向依據對驅動器8的位置發生改變。所述放大的比率表示為K = L2/L1，其中LI為驅動器8與柔性鉸鏈3的距離，L2為球頭5與柔性鉸鏈3的距離。
[0021]本發明的工作過程如下:
[0022]請參見圖1，驅動器8與運動板6緊密接觸，當驅動器8伸縮時，由於固定板I和運動板6剛度相對較大，柔性鉸鏈3剛度相對較小，柔性鉸鏈3將產生彈性變形，引起運動板6繞其與柔性鉸鏈3連接處中心為軸心旋轉。該旋轉將導致球頭5產生升降運動，並最終帶動工作檯4產生升降運動。
[0023]請參見圖1，柔性鉸鏈3為一款多自由度柔性鉸鏈，其結構為旋轉體，可採用常見的車削加工，具有良好的工藝性；同時，該結構沿軸向直徑不斷變化，在中心處直徑最小時，此處剛度最低，當柔性鉸鏈3受到外力時，將以直徑最小處為中心，該柔性鉸鏈產生偏轉；且由於該柔性鉸鏈結構為旋轉體，因此該直徑最小處的中心向任意偏轉方向剛度相等，可等效為萬向節，即多自由度關節，實現多自由度轉動，解決了常見的圓柱形一體式柔性鉸鏈加工工藝複雜的問題。
[0024]根據力學理論，分體式帶行程放大功能的柔性鉸鏈工作原理如下:
[0025]請參見圖2，該情況下驅動端9 (等效於圖1中驅動器8)與被動端11 (等效於圖1中球頭5)位於鉸鏈10 (等效於圖1中柔性鉸鏈3)的不同方向，因而其運動方向相反。該結構原理依槓桿理論，其放大比例是依據鉸鏈10的結構特點。圖中L1、L2分別為驅動端9、被動端11與鉸鏈10的距離，則放大比率K為:
[0026]K = L2/L1
[0027]請參見圖3，該情況下驅動端9 (等效於圖1中驅動器8)與被動端11 (等效於圖1中球頭5)位於鉸鏈10 (等效於圖1中柔性鉸鏈3)的相同方向，因而其運動方向相同。該結構原理依槓桿理論，其放大比率k為:
[0028]K = L2/L10
[0029]以上所述，僅為本發明中的【具體實施方式】，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉該技術的人在本發明所揭露的技術範圍內，可理解想到的變換或替換，都應涵蓋在本發明的包含範圍之內。
【權利要求】
1.一種分體式帶行程放大功能的柔性鉸鏈，其特徵在於包括:固定板(I)、連接螺釘(2)、柔性鉸鏈(3)、工作檯(4)、球頭(5)、運動板(6)、螺釘(7)、驅動器(8);其中: 連接螺釘(2)將固定板(I)與柔性鉸鏈(3)相連，再通過螺釘(7)將柔性鉸鏈(3)與運動板(6)相連，由固定板(I)、柔性鉸鏈(3)、運動板(6)組成一體機構的柔性鉸鏈組件；驅動器(8)與運動板(6)緊密接觸；運動板(6)上設有球頭(5)，球頭(5)與工作檯(4)緊密接觸。
2.根據權利要求1所述的分體式帶行程放大功能的柔性鉸鏈，其特徵在於:柔性鉸鏈(3)為單自由度柔性鉸鏈或多自由度柔性鉸鏈。
3.根據權利要求1所述的分體式帶行程放大功能的柔性鉸鏈，其特徵在於:基於槓桿理論，球頭(5)的行程相對驅動器(8)的行程按比例進行放大。
4.根據權利要求1所述的分體式帶行程放大功能的柔性鉸鏈，其特徵在於:基於槓桿理論，球頭(5)的運動方向依據對驅動器(8)的位置發生改變。
5.根據權利要求1所述的分體式帶行程放大功能的柔性鉸鏈，其特徵在於:放大比率表示為K = L2/L1，其中LI為驅動器(8)與柔性鉸鏈(3)的距離，L2為球頭(5)與柔性鉸鏈⑶的距離。
【文檔編號】G12B5/00GK103824601SQ201410061950
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年2月24日 優先權日:2014年2月24日
【發明者】翟嘉, 趙文川, 譚大川, 張燦 申請人:中國科學院光電技術研究所