一種柔性鉸鏈位移執(zhí)行機(jī)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種柔性鉸鏈位移執(zhí)行機(jī)構(gòu)，采用倒圓角直梁型柔性鉸鏈以工字型器件為型設(shè)有半徑為R和r的圓弧，且兩圓弧間的距離為l，即為直梁寬度，兩直梁寬度之間的距離為t，即為厚度，兩圓弧與厚度t正切，還有L為鉸鏈長(zhǎng)度，b為鉸鏈寬度，此外柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)需滿足L＞4R，可取L=6R，此構(gòu)成一個(gè)單元鉸鏈，柔性鉸鏈位移執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由六個(gè)單元組成的整體。采用本發(fā)明技術(shù)方案，機(jī)構(gòu)的精度和可靠性提高了，又能保證運(yùn)動(dòng)行程且減少了維護(hù)，還可變換位移方向以1:1實(shí)現(xiàn)，若在柔性鉸鏈中間加工成特定性狀或在兩端安裝組件后可實(shí)現(xiàn)物件夾持、狹縫開閉等功能，同時(shí)若采用高精度慢走絲機(jī)床一體化加工成型可避免裝配引入的誤差。
【專利說明】一種柔性鉸鏈位移執(zhí)行機(jī)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及精密機(jī)械領(lǐng)域中的一種柔順機(jī)構(gòu)，具體而言，涉及一種柔性鉸鏈位移執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)都是由剛性構(gòu)件以運(yùn)動(dòng)副連接而成的，這在高速、精密、微型等高性能的要求下就暴露出一些不可避免的問題，如由運(yùn)動(dòng)副帶來的間隙、摩擦、磨損及潤(rùn)滑，由機(jī)械結(jié)構(gòu)決定的加工安裝、誤差等，這些問題使得機(jī)構(gòu)的精度降低、壽命縮短、成本增加。柔順機(jī)構(gòu)不像傳統(tǒng)剛性機(jī)構(gòu)那樣靠運(yùn)動(dòng)副來實(shí)現(xiàn)全部運(yùn)動(dòng)和功能，而主要靠機(jī)構(gòu)中的柔性構(gòu)件(桿件）的變形來實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的主要運(yùn)動(dòng)和功能，它同樣也能實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)、力和能量的傳遞和轉(zhuǎn)換。柔順機(jī)構(gòu)積極地利用桿件變形來改善和提高機(jī)構(gòu)的性能。由于沒有運(yùn)動(dòng)副，柔順機(jī)構(gòu)的構(gòu)件數(shù)目就比傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)少很多，這樣就大大減少了機(jī)構(gòu)的重量以及加工、安裝的時(shí)間和費(fèi)用。同時(shí)，它沒有或大大減少了機(jī)構(gòu)中的間隙、摩擦、磨損及潤(rùn)滑等復(fù)雜問題，從而可以提高機(jī)構(gòu)精度、增加可靠性、減少維護(hù)等。所以，柔順機(jī)構(gòu)在降低成本和提高性能這兩方面比傳統(tǒng)剛性機(jī)構(gòu)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，它給機(jī)械科學(xué)和工程帶來了革命性的沖擊和變化，是現(xiàn)代機(jī)構(gòu)和機(jī)械設(shè)備發(fā)展的新方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是克服傳統(tǒng)機(jī)械存在的以上問題，順應(yīng)科技前沿的發(fā)展，提供一種具有優(yōu)良性能的柔性鉸鏈位移執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
一種柔性鉸鏈位移執(zhí)行機(jī)構(gòu)，采用倒圓角直梁型柔性鉸鏈以工字型器件為型設(shè)有半徑
為R和r的圓弧，且兩圓弧間的距離為1，即為直梁寬度，兩直梁寬度之間的距離為t，即為厚度，兩圓弧與厚度t正切，還有L為鉸鏈長(zhǎng)度，b為鉸鏈寬度，此外柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)需滿足L> 4R，可取L=6R，此構(gòu)成一個(gè)單元鉸鏈，柔性鉸鏈位移執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由六個(gè)單元組成的整體。
[0005]進(jìn)一步的，所述機(jī)構(gòu)采用左右對(duì)稱結(jié)構(gòu)，當(dāng)垂直位移輸入時(shí)，兩個(gè)對(duì)稱雙軸柔性鉸鏈連桿推動(dòng)兩個(gè)并列平行四邊形柔性鉸鏈位移執(zhí)行機(jī)構(gòu)相對(duì)運(yùn)動(dòng)輸出平行位移。
[0006]本發(fā)明的有益效果是：
采用本發(fā)明技術(shù)方案，有較好的精度又能保證運(yùn)動(dòng)行程，機(jī)構(gòu)的精度和可靠性提高了，也減少了維護(hù)，還可變換位移的方向以1:1實(shí)現(xiàn)，若在柔性鉸鏈中間加工成特定性狀或在兩端安裝組件后可以實(shí)現(xiàn)物件夾持、狹縫開閉等功能，同時(shí)若采用高精度慢走絲機(jī)床一體化加工成型可避免裝配引入的誤差。
[0007]上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】由以下實(shí)施例及其附圖詳細(xì)給出?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0008]此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
圖1是本發(fā)明采用的倒圓角直梁型柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明的柔性鉸鏈等效結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明的柔性鉸鏈俯視圖；
圖4是本發(fā)明的軸測(cè)圖；
圖5是單個(gè)柔性鉸鏈桿。
【具體實(shí)施方式】
[0009]下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例，來詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0010]參照?qǐng)D1所示，一種柔性鉸鏈位移執(zhí)行機(jī)構(gòu)，采用倒圓角直梁型柔性鉸鏈以工字型器件為型設(shè)有半徑為R和r的圓弧，且兩圓弧間的距離為1，即為直梁寬度，兩直梁寬度之間的距離為t，即為厚度，兩圓弧與厚度t正切，還有L為鉸鏈長(zhǎng)度，b為鉸鏈寬度，此外柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)需滿足L > 4R，可取L=6R，此構(gòu)成一個(gè)單元鉸鏈，柔性鉸鏈位移執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由六個(gè)單元組成的整體。
[0011]進(jìn)一步的，所述機(jī)構(gòu)采用左右對(duì)稱結(jié)構(gòu)，當(dāng)垂直位移輸入時(shí)，兩個(gè)對(duì)稱雙軸柔性鉸鏈連桿推動(dòng)兩個(gè)并列平行四邊形柔性鉸鏈位移執(zhí)行機(jī)構(gòu)相對(duì)運(yùn)動(dòng)輸出平行位移。
[0012]本實(shí)施例的實(shí)施方式如下:
如圖2所示，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，柔性鉸鏈等效為一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，則該柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)可以等效為上圖所示的原理圖。BCD和HIJ構(gòu)成剛體，下面有兩個(gè)平行四邊形柔性鉸鏈CDEF和IJKL支承。當(dāng)在AG的正中間給結(jié)構(gòu)一個(gè)向下的位移y時(shí)，A和B也向下移動(dòng)y，同時(shí)AB桿繞A轉(zhuǎn)動(dòng)α 1，B處最終的位移是這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)的合成效果；對(duì)平行四邊形柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)，C和D分別繞E和F轉(zhuǎn)動(dòng)α 2，而B⑶是一個(gè)剛體，故B，C，D最終運(yùn)動(dòng)位移相同。由對(duì)稱性，同理可知HIJ的運(yùn)動(dòng)位移和BCD大小相同方向相反。設(shè)它們一起會(huì)有相向的位移X，當(dāng)取θ 1=Θ2=45°，中間狹縫開口變化2χ，等于縱向驅(qū)動(dòng)位移y，即狹縫開口的輸出位移與驅(qū)動(dòng)位移比為1:1。
[0013]如圖1、3、4所示，要確定柔性鉸鏈的尺寸結(jié)構(gòu)，主要確定的參數(shù)為L(zhǎng)，b，R，r，I和t值。L為鉸鏈長(zhǎng)度，b為鉸鏈厚度，R，r倒圓角半徑，t直梁厚度。柔性鉸鏈轉(zhuǎn)角剛度與材料彈性模量E、鉸鏈寬度b、倒圓角半徑R、直梁長(zhǎng)度I以及鉸鏈的最小厚度t有關(guān)。在材料選定和寬度一定的情況下，鉸鏈的細(xì)軸尺寸直梁長(zhǎng)度I和最小厚度t對(duì)轉(zhuǎn)角剛度的影響最大。倒圓角直梁形柔性鉸鏈各設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)其轉(zhuǎn)動(dòng)剛度的影響程度依次為:最小厚度t影響最大，其次為倒圓角半徑R，再次為直梁部分長(zhǎng)度1，最后為寬度b。柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)需滿足L>4R，可以取L=6R。由于柔性鉸鏈內(nèi)框采用線切割加工，R值越小，加工后的粗糙度會(huì)越差。另一方面，從圖中可得L>4R，如果R值太大，會(huì)使L值變得很大。
[0014]如圖5所示，為一根兩軸柔性鉸鏈桿，兩個(gè)這樣的桿可以組成平行四邊形柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)，本發(fā)明采用兩個(gè)垂直的平行四邊形柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)。上面為兩個(gè)垂直的兩軸柔性鉸鏈桿作為驅(qū)動(dòng)桿。
[0015]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種柔性鉸鏈位移執(zhí)行機(jī)構(gòu)，采用倒圓角直梁型柔性鉸鏈以工字型器件為型設(shè)有半徑為R和r的圓弧，且兩圓弧間的距離為1，即為直梁寬度，兩直梁寬度之間的距離為t，即為厚度，兩圓弧與厚度t正切，還有L為鉸鏈長(zhǎng)度，b為鉸鏈寬度，此外柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)需滿足L > 4R，可取L=6R，此構(gòu)成一個(gè)單元鉸鏈，柔性鉸鏈位移執(zhí)行機(jī)構(gòu)是由六個(gè)單元組成的整體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性鉸鏈位移執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其特征在于：所述機(jī)構(gòu)采用左右對(duì)稱結(jié)構(gòu)，當(dāng)垂直位移輸入時(shí)，兩個(gè)對(duì)稱雙軸柔性鉸鏈連桿推動(dòng)兩個(gè)并列平行四邊形柔性鉸鏈位移執(zhí)行機(jī)構(gòu)相對(duì)運(yùn)動(dòng)輸出平行位移。
【文檔編號(hào)】F16C11/00GK103629226SQ201210295442
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2012年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月20日
【發(fā)明者】查卿, 蔡黎明 申請(qǐng)人:蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)研究所