專利名稱：一種螺旋型緊湊位移放大裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種位移放大裝置，特別是一種根據(jù)杠桿原理的位移放大裝置，結(jié)合柔性放大或者鉸鏈機構(gòu)而設(shè)計的一種緊湊螺旋型位移放大裝置。
背景技術(shù)：
超磁致伸縮、壓電陶瓷等微驅(qū)動器能在極短的時間內(nèi)快速響應(yīng)，精度高，輸出力大，因此它們在精密工程、精細(xì)工程和納米技術(shù)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。微型機器人、精密機械手、集成電路及超導(dǎo)元件等精細(xì)加工的工作臺都離不開微驅(qū)動裝置設(shè)備。但是在現(xiàn)階段，磁致伸縮等微驅(qū)動器的輸出位移較小，僅能達到納米或者微米級另IJ，通常采用高放大倍數(shù)的位移放大機構(gòu)方可輸出需要的位移量。但一般的位移放大機構(gòu)為了增大放大倍數(shù)，需要增加杠桿的長度，或者增加杠桿級數(shù)，從而導(dǎo)致體積龐大，偏離了 利用微驅(qū)動器裝置小型化的初衷，限制了微驅(qū)動器裝置在精密小巧的儀器設(shè)備或可便攜精密設(shè)備上的使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)存問題，提供一種螺旋型緊湊設(shè)計位移放大裝置，能充分利用微驅(qū)動器周圍的空間，具有放大倍數(shù)高，整體結(jié)構(gòu)小型化的優(yōu)點。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明裝置的主要結(jié)構(gòu)包括微驅(qū)動器、微驅(qū)動器連接器、固定底座、第一級杠桿機構(gòu)、第二級杠桿機構(gòu)、第三級杠桿機構(gòu)以及位移輸出機構(gòu)。三級杠桿機構(gòu)緊湊的安裝在固定底座的三層安裝面上，整個杠桿系統(tǒng)呈螺旋狀分布，能極大的節(jié)省機構(gòu)空間。微驅(qū)動器安裝在固定底座中，通過微驅(qū)動連接器連接第一級杠桿機構(gòu)的位移輸入端。經(jīng)過三級杠桿機構(gòu)的放大，第三級杠桿機構(gòu)的輸出直接驅(qū)動位移輸出機構(gòu)運動。通過實踐證明，當(dāng)整個裝置的直徑為微驅(qū)動器的3倍，高度為微驅(qū)動器的I. 2倍時，放大倍數(shù)可以達到150多倍，擁有小型緊湊、放大倍數(shù)高的優(yōu)點。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。圖I本發(fā)明的多級杠桿機構(gòu)原理2A本發(fā)明的多級杠桿機構(gòu)示意2B本發(fā)明的多級杠桿機構(gòu)示意俯視3A本發(fā)明初始狀態(tài)時位移輸出機構(gòu)連接示意3B本發(fā)明伸長狀態(tài)時位移輸出機構(gòu)連接不意4A本發(fā)明初始狀態(tài)時微驅(qū)動器安裝剖面示意4B本發(fā)明伸長狀態(tài)時微驅(qū)動器安裝剖面示意5A杠桿機構(gòu)擬用的剛性鉸鏈杠桿結(jié)構(gòu)示意5B杠桿機構(gòu)擬用的柔性放大杠桿結(jié)構(gòu)示意圖
圖6A本發(fā)明裝置初始狀態(tài)時三維設(shè)計總6B本發(fā)明裝置伸長狀態(tài)時三維設(shè)計總中I.第一級杠桿機構(gòu)2.第二級杠桿機構(gòu)3.第三級杠桿機構(gòu)4.固定底座
5.微驅(qū)動器6.微驅(qū)動器連接機構(gòu)7.位移輸出機構(gòu)8.鉸鏈結(jié)構(gòu)9.柔性放大桿結(jié)構(gòu)。
具體實施例方式如圖I所示為本發(fā)明裝置的原理圖。本發(fā)明裝置利用三級杠杠機構(gòu)，輸入端為C處，位移輸出端為D處，根據(jù)杠桿原理，在不考慮彈性變形和鉸鏈的影響下，其理論的放大倍數(shù)為λ = (alXa2Xa3)/(blXb2Xb3)，同理，還可以擴展到更多級，用于提高放大倍數(shù)。本發(fā)明的具體實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2A所示，三級杠桿機構(gòu)呈螺旋狀安裝在固定底座 的三個安裝面上，每一級的位移輸出端是下一級的位移輸入端。第一級杠桿機構(gòu)I與微驅(qū)動器連接器6相接觸，第三級杠桿機構(gòu)3輸出位移。多級杠桿機構(gòu)呈現(xiàn)螺旋狀上升結(jié)構(gòu)，如圖2B所示。為了提高可靠性，本發(fā)明可以采用多組三級杠桿機構(gòu)并行安裝。第三級杠桿機構(gòu)3與位移輸出機構(gòu)7相接觸輸出位移。如圖3A所示為本發(fā)明初始狀態(tài)時位移輸出機構(gòu)的連接示意圖。位移輸出機構(gòu)7與固定底座4通過多個導(dǎo)桿相連接，在初始狀態(tài)時，位移輸出機構(gòu)7與固定底座4以及微驅(qū)動連接機構(gòu)6都是相接觸的，可以增加系統(tǒng)強度，防止變形。如圖3B所示，在微驅(qū)動器4工作時，通過多級杠桿機構(gòu)，位移輸出機構(gòu)7升高輸出位移，固定底座4中導(dǎo)桿連接保證了位移輸出的可靠性。此外，導(dǎo)桿可以加裝阻尼裝置或者彈性裝置，以防止重力對整個機構(gòu)安裝位置的影響，如圖4A所示為初始狀態(tài)時微驅(qū)動器安裝剖面示意圖，微驅(qū)動器5安裝在固定底座4中心孔位，微驅(qū)動器連接機構(gòu)6下端與固定底座4接觸，上端與位移輸出機構(gòu)7相接觸。微驅(qū)動連接機構(gòu)6伸出部分的個數(shù)與每一級的杠桿個數(shù)對應(yīng)，該伸出部分的圓頂球面與每一個第一級杠桿機構(gòu)I連接，作為整個杠桿機構(gòu)的位移輸入端。如圖4B所示，當(dāng)微驅(qū)動器5工作時，帶動微驅(qū)動連接機構(gòu)6伸長極小的長度，而位移輸出機構(gòu)7放大倍數(shù)能達到150余倍。如圖5A所示，杠桿機構(gòu)可采用鉸鏈結(jié)構(gòu)；也可如圖5B所示，采用柔性放大桿的結(jié)構(gòu)。多級杠桿機構(gòu)的位移輸出端均為圓頂球面，可以保證整個系統(tǒng)運行的平穩(wěn)可靠。鉸鏈下端與固定底座4的連接可采用定位結(jié)構(gòu)，如多邊形安裝面、鍵結(jié)構(gòu)等，以防止放大過程中鉸鏈下端與固定底座4之間產(chǎn)生不必要的左右擺動。如圖6A所示為本發(fā)明專利的三維設(shè)計圖，一種螺旋型緊湊位移放大裝置由第一級杠桿機構(gòu)I、第二級杠桿機構(gòu)2、第三級杠桿機構(gòu)3、固定底座4、微驅(qū)動器5、微驅(qū)動器連接機構(gòu)6組成。固定底座4的中心區(qū)域安裝微驅(qū)動器5和微驅(qū)動器連接機構(gòu)6，固定底座4的外緣有上中下三層杠桿機構(gòu)的安裝面，每一層各安裝三個或更多杠桿，共構(gòu)成三級或多級杠桿機構(gòu)。這樣，多組三級杠桿機構(gòu)螺旋狀的安裝在固定底座上，形成穩(wěn)定的并行螺旋機構(gòu)。微驅(qū)動器連接機構(gòu)7與第一級杠桿機構(gòu)I相接觸，作為整個杠桿系統(tǒng)的位移輸入端，第三級杠桿機構(gòu)3與位移輸出機構(gòu)7相接觸，直接驅(qū)動位移輸出機構(gòu)7，作為整個系統(tǒng)的位移輸出端。如圖6B所示，當(dāng)微驅(qū)動器5處于工作狀態(tài)，當(dāng)長度增加10微米時，而位移輸出機構(gòu)伸長了約I. 6毫米，放大倍數(shù)達到了 150多倍。
權(quán)利要求
1.一種螺旋型緊湊位移放大裝置，其特征在于，包括微驅(qū)動器、微驅(qū)動器連接器、固定底座、多級杠桿放大機構(gòu)以及位移輸出機構(gòu)。所述的微驅(qū)動器下端安裝在固定底座中，上端與微驅(qū)動器連接器配合輸出微小位移。該微驅(qū)動器連接器與多級杠桿機構(gòu)相接觸，通過多級杠桿機構(gòu)的放大，連接位移輸出機構(gòu)輸出可使用的位移。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種螺旋型緊湊位移放大裝置，其特征在于，所述的微驅(qū)動器采用超磁致伸縮、壓電陶瓷、靜電、記憶合金制成或者采用其他的微驅(qū)動結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種螺旋型緊湊位移放大裝置，其特征在于，所述的多級杠桿機構(gòu)安裝在固定底座的多層安裝面上，每一級杠桿機構(gòu)的位移輸出是下一級杠桿機構(gòu)的位移輸入，整體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)螺旋型上升結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種螺旋型緊湊位移放大裝置，其特征在于，所述的微驅(qū)動器連接機構(gòu)，在未工作時，下端與固定底座接觸，上端與位移輸出機構(gòu)相接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種螺旋型緊湊位移放大裝置，其特征在于，所述的微驅(qū)動器連接機構(gòu)，下端伸出部分的個數(shù)與每級杠桿的個數(shù)相對應(yīng)，伸出部分的圓頂球面與每一個第一級杠桿機構(gòu)相接觸。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種螺旋型緊湊位移放大裝置，其特征在于，所述的位移輸出機構(gòu)與固定底座采用多個導(dǎo)桿連接與固定，導(dǎo)桿中可以按照需求加裝阻尼裝置或者彈性 裝直。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種螺旋型緊湊位移放大裝置，其特征在于，所述的多級杠桿機構(gòu)可采用柔性放大桿的結(jié)構(gòu)或者鉸鏈結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種螺旋型緊湊位移放大裝置，它涉及一種使用微驅(qū)動器的微位移放大機構(gòu)。它的主要結(jié)構(gòu)包括安裝微驅(qū)動器的固定底座，微驅(qū)動器連接器，多級杠桿機構(gòu)以及位移輸出機構(gòu)。多級杠桿機構(gòu)布置在固定底座的多層安裝面上，整個杠桿機構(gòu)呈現(xiàn)螺旋狀上升結(jié)構(gòu)。該位移放大裝置解決了現(xiàn)有的微位移放大機構(gòu)存在的體積龐大，剛度差的問題，其具有結(jié)構(gòu)緊湊，放大倍數(shù)高，穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，特別適用在對機構(gòu)體積要求嚴(yán)格的精密機械和微納米驅(qū)動技術(shù)領(lǐng)域。
文檔編號H02N2/06GK102904481SQ20121005953
公開日2013年1月30日 申請日期2012年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月8日
發(fā)明者鄧華, 張翼, 段小剛 申請人:中南大學(xué)