塊91、92、93、94的中心位置分別設(shè)置一個(gè)螺紋通孔911、921、931、941，所述四個(gè)矩形塊91、92、93、94和四個(gè)螺紋通孔911、921、931和941尺寸分別完全一致，并且所述底座9上四個(gè)螺紋通孔尺寸911、921、931、941和所述剛性支撐框8上四個(gè)螺紋通孔81、82、83、84尺寸也完全一致，所述剛性支撐框8及其內(nèi)部柔性結(jié)構(gòu)(1_7)安裝在所述矩形底座9上方，所述剛性支撐框8上的四個(gè)螺紋通孔81、82、83、84和所述底座9上的四個(gè)螺紋通孔911、921、931、941分別——對齊，通過四個(gè)螺栓剛性連接。
[0036]本發(fā)明柔性操作機(jī)構(gòu)的進(jìn)一步特征是，除了壓電陶瓷驅(qū)動器I和球形接頭2之外的其他結(jié)構(gòu)，包括所述的驅(qū)動端柔性鉸鏈3、剛性連接塊4、兩個(gè)柔性鏈6、四個(gè)柔性鉸鏈組合5、剛性動平臺7和剛性支撐框8為一體化結(jié)構(gòu)，由整塊材料利用線切割(WEDM)整體加工方法加工制成(參見圖5、圖6)。
[0037]本發(fā)明柔性操作機(jī)構(gòu)所述的零部件本身均為公知技術(shù)，皆可商購獲得。
[0038]本發(fā)明柔性操作機(jī)構(gòu)的工作原理和過程如下:驅(qū)動壓電陶瓷驅(qū)動器I，使其伸長，推動驅(qū)動端柔性鉸鏈3以及剛性連接塊4，，連接在剛性連接塊4左右兩側(cè)的柔性鉸鏈組合51、52中的單自由度柔性鉸鏈(半圓凹槽)511、512、513、514和521、522、523、524產(chǎn)生相應(yīng)的彎曲彈性變形，使剛性連接塊4產(chǎn)生豎直方向移動，在剛性連接塊4的推動下，連接于其上部的兩個(gè)柔性鏈61、62也隨之向上移動，分布于柔性鏈61、62上的單自由度柔性鉸鏈611、613、614、616、618和621、623、624、626、628發(fā)生彎曲彈性變形，同時(shí)由于左右水平橫梁614、624的杠桿作用，將位移量放大兩倍，從而將剛性動平臺7向下拖動，使其產(chǎn)生豎直方向的單自由度平動，在剛性動平臺7向下移動過程中，連接于其左右兩側(cè)的柔性鉸鏈組合53、54中的單自由度柔性鉸鏈531、532、533、534和541、542、543、544也產(chǎn)生彎曲彈性變形，在柔性鉸鏈組合53、54的作用下，如果兩個(gè)柔性鏈61、62牽引力存在差異，由此可能引起的剛性動平臺7的旋轉(zhuǎn)動作就可以得到有效的避免，從而保證剛性動平臺7的直線平動動作。
[0039]本發(fā)明柔性操作機(jī)構(gòu)增加了柔性杠桿放大環(huán)節(jié)，可以有效的提高剛性動平臺的實(shí)際輸出，增大工作空間范圍；另外本發(fā)明柔性操作機(jī)構(gòu)采用左右對稱結(jié)構(gòu)形式，可以對機(jī)構(gòu)運(yùn)動過程中衍生出的其他運(yùn)動進(jìn)行有效解耦，可作為微納操作系統(tǒng)的輔助機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)快速微量進(jìn)給和精密定位。
[0040]本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。
[0041]需要補(bǔ)充說明的是，本發(fā)明描述結(jié)構(gòu)所述的“上、下”、“前、后”、“左、右”等零部件的安裝方位詞是依據(jù)實(shí)施例附圖所示或習(xí)慣而言的，只具有相對性，或者僅是為了敘述方便，不代表該安裝位置的唯一性和必須性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種對稱解耦單自由度柔性操作機(jī)構(gòu)，其特征在于該柔性操作機(jī)構(gòu)包括:一個(gè)壓電陶瓷驅(qū)動器、一個(gè)球形接頭、一個(gè)驅(qū)動端柔性鉸鏈、一個(gè)剛性連接塊、四組柔性鉸鏈組合、兩個(gè)柔性鏈、一個(gè)剛性動平臺、一個(gè)剛性支撐框和一個(gè)底座； 所述剛性支撐框內(nèi)部挖空，呈倒置的“凸”字形，除所述底座外，上述各部分結(jié)構(gòu)均位于所述倒置“凸”字形空腔內(nèi)，所述剛性支撐框四個(gè)邊角位置設(shè)置四個(gè)螺紋通孔，所述球形接頭安裝在壓電陶瓷驅(qū)動器的頂端，壓電陶瓷驅(qū)動器的尾端通過螺紋剛性固定于所述剛性支撐框倒置“凸”字形下邊緣中間的內(nèi)側(cè)壁上，且使所述球形接頭頂在所述驅(qū)動端柔性鉸鏈下端面的中間位置上，構(gòu)成赫茲接觸； 所述剛性連接塊為正方形結(jié)構(gòu)，剛性連接塊下部邊緣對稱中線位置與所述驅(qū)動端柔性鉸鏈的上端相連，所述剛性連接塊上部邊緣左右對稱分別連接所述兩個(gè)柔性鏈，所述剛性連接塊左側(cè)邊緣和右側(cè)邊緣分別連接一個(gè)所述柔性鉸鏈組合； 所述驅(qū)動端柔性鉸鏈由一個(gè)豎直梁構(gòu)成，所述豎直梁上左右對稱開有兩個(gè)半圓凹槽，所述驅(qū)動端柔性鉸鏈上端連接于所述剛性連接塊的下部邊緣，下端與所述壓電陶瓷驅(qū)動器頂端的球形接頭相抵，形成赫茲接觸； 所述柔性鉸鏈組合均由兩個(gè)開有半圓凹槽的水平橫梁構(gòu)成，兩個(gè)水平橫梁自上而下分布，每個(gè)水平橫梁上均開有兩組半圓凹槽，每組半圓凹槽為兩個(gè)，上下對稱分布在水平橫梁左右兩端的內(nèi)外兩個(gè)側(cè)壁上； 所述柔性鉸鏈組合包含四組，根據(jù)分布位置分別命名為左上柔性鉸鏈組合，右上柔性鉸鏈組合，左下柔性鉸鏈組合和右下柔性鉸鏈組合，所述左上柔性鉸鏈組合位于所述剛性動平臺左側(cè)邊緣和所述剛性支撐框倒置“凸”字形左上側(cè)內(nèi)壁之間，所述右上柔性鉸鏈組合位于所述剛性動平臺右側(cè)邊緣和所述剛性支撐框倒置“凸”字形右上側(cè)內(nèi)壁之間，所述左下柔性鉸鏈組合位于所述剛性連接塊左側(cè)邊緣和所述剛性支撐框倒置“凸”字形左下側(cè)內(nèi)壁之間，所述右下柔性鉸鏈組合位于所述連接塊右側(cè)邊緣和所述剛性支撐框倒置“凸”字形右下側(cè)內(nèi)壁之間； 所述兩個(gè)柔性鏈結(jié)構(gòu)完全一致，左右對稱分布于所述剛性連接塊和所述剛性動平臺之間，所述右柔性鏈由右上梁、右中梁、右下梁和一個(gè)水平右橫梁組成，所述右上梁和所述右下梁均豎直放置，所述右上梁從上到下包括上豎直梁，豎直短梁和下豎直梁三部分，所述上豎直梁左右對稱開有兩個(gè)半圓凹槽，所述下豎直梁左右對稱開有兩個(gè)半圓凹槽，所述兩組半圓凹槽尺寸一致，所述右上梁中的上豎直梁的上端連接于所述剛性動平臺的下部邊緣右偵U，所述右上梁中的下豎直梁的下端連接于所述水平右橫梁的右端上側(cè)面，所述右下梁和所述右上梁結(jié)構(gòu)和尺寸完全一致，所述右下梁中的上豎直梁的上端連接于所述水平右橫梁的左端下側(cè)面，所述右下梁中的下豎直梁的下端與所述剛性連接塊上部邊緣右端相連，所述右中梁也豎直放置，所述右中梁上左右對稱開有兩個(gè)半圓凹槽，所述右中梁上端連接于所述水平右橫梁中線位置下側(cè)面，下端連接于所述剛性支撐框倒置“凸”字形右側(cè)上內(nèi)壁；所述左柔性鏈和右柔性鏈結(jié)構(gòu)一致，左右對稱分布于所述剛性連接塊上側(cè)邊緣中線兩側(cè)，所述左柔性鏈由左上梁、左中梁、左下梁和一個(gè)水平左橫梁組成，所述左上梁和所述左下梁均豎直放置，所述左上梁從上到下包括上豎直梁，豎直短梁和下豎直梁三部分，所述上豎直梁左右對稱開有兩個(gè)半圓凹槽，所述下豎直梁左右對稱開有兩個(gè)半圓凹槽，所述兩組半圓凹槽尺寸一致，所述左上梁中的上豎直梁的上端連接于所述剛性動平臺的下部邊緣左偵U，所述左上梁中的下豎直梁的下端連接于所述水平左橫梁的左端上側(cè)面，所述左下梁和所述左上梁結(jié)構(gòu)和尺寸完全一致，所述左下梁中的上豎直梁的上端連接于所述水平左橫梁的右端下側(cè)面，所述左下梁中的下豎直梁的下端與所述剛性連接塊的上部邊緣左端相連，所述左中梁也豎直放置，所述左中梁上左右對稱開有兩個(gè)半圓凹槽，所述左中梁上端連接于所述水平左橫梁中線位置下側(cè)面，下端連接于所述剛性支撐框倒置“凸”字形左側(cè)上內(nèi)壁； 所述剛性動平臺為長方形結(jié)構(gòu)，所述剛性動平臺下部邊緣左端與左柔性鏈的上端連接，所述剛性動平臺下部邊緣右端與右柔性鏈的上端連接，所述剛性動平臺左側(cè)面與所述左上柔性鉸鏈組合相連，所述剛性動平臺右側(cè)面與所述右上柔性鉸鏈組合相連； 所述底座為矩形結(jié)構(gòu)，四個(gè)邊角位置向上凸起四個(gè)矩形塊，在所述四個(gè)矩形塊中心位置分別設(shè)置一個(gè)螺紋通孔，所述四個(gè)矩形塊和四個(gè)螺紋通孔尺寸均完全一致，并且所述底座上四個(gè)螺紋通孔尺寸和所述剛性支撐框上四個(gè)螺紋通孔尺寸完全一致，所述剛性支撐框及其內(nèi)部柔性結(jié)構(gòu)安裝在所述矩形底座上方，所述剛性支撐框上的四個(gè)螺紋通孔和所述底座上的四個(gè)螺紋通孔分別一一對齊，通過四個(gè)螺栓剛性連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對稱解耦單自由度柔性操作機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的驅(qū)動端柔性鉸鏈、剛性連接塊、兩個(gè)柔性鏈、四個(gè)柔性鉸鏈組合、剛性動平臺和剛性支撐框?yàn)橛烧麎K材料利用線切割整體加工方法加工制成的一體化結(jié)構(gòu)。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種對稱解耦單自由度柔性操作機(jī)構(gòu)。其特征在于該柔性操作機(jī)構(gòu)包括按設(shè)計(jì)要求連接組裝的下述零部件：一個(gè)壓電陶瓷驅(qū)動器、一個(gè)球形接頭、一個(gè)驅(qū)動端柔性鉸鏈、一個(gè)剛性連接塊、四組柔性鉸鏈組合、兩個(gè)柔性鏈、一個(gè)剛性動平臺、一個(gè)剛性支撐框和一個(gè)底座。該機(jī)構(gòu)采用柔性聯(lián)相結(jié)構(gòu)、單自由度柔性鉸鏈和壓電陶瓷驅(qū)動器驅(qū)動技術(shù)，具有一個(gè)執(zhí)行末端，可應(yīng)用于微/納操作機(jī)械系統(tǒng)，具有高精度、低慣量、結(jié)構(gòu)緊湊、無誤差積累、無機(jī)械摩擦、無間隙，且便于加工制造和工業(yè)化實(shí)施等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】B25J7/00
【公開號】CN105643592
【申請?zhí)枴?br>【發(fā)明人】賈曉輝, 劉今越
【申請人】河北工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年6月8日
【申請日】2016年3月15日