專利名稱：采用柔性鉸鏈的整體式微步進旋轉(zhuǎn)裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置，更具體的說，涉及一種用于精密機械與精密儀器行業(yè)的采用柔性鉸鏈的整體式微步進旋轉(zhuǎn)裝置，屬于機電技術領域。
背景技術：
微位移技術是精密機械與精密儀器的關鍵技術之一，近年來隨著微電子技術、宇航、生物工程等學科的發(fā)展而迅速地發(fā)展起來。微位移機電系統(tǒng)在微電子工程、計量科學與技術、精密工程、掃描探測顯微鏡、超精密加工、光學元件制造、生物醫(yī)學工程、納米科學與技術等領域有廣泛的應用。微步進旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器是微位移機電系統(tǒng)的關鍵部件之一，其驅(qū)動原理及定位技術的水平左右著整個微位移機電系統(tǒng)的特征和性能，因此直接影響到微電子技術等高精度技術的發(fā)展。微位移驅(qū)動器及其實現(xiàn)方案的研究已成為世界微型機械領域競 相研究的重點課題。壓電、電致伸縮器件具有結構緊湊、體積小、分辨率高及控制簡單等優(yōu)點，同時它沒有發(fā)熱問題，故在精密機械中得到了廣泛應用。因而，利用壓電、電致伸縮器件及高精度的機構組合構成新型驅(qū)動器是當前微型、精密驅(qū)動的研究重點。目前輸出直線微位移的技術已經(jīng)很成熟，輸出微轉(zhuǎn)角的微位移機構卻很少。近年來，國內(nèi)外高校和科研機構紛紛研制出性能優(yōu)良的微位移驅(qū)動機構；盡管有相關的理論和設想，但是能夠?qū)崿F(xiàn)大行程，高精度的旋轉(zhuǎn)的微旋轉(zhuǎn)機構卻寥寥無幾；目前已有的大行程微旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器結構復雜，價格高昂同時精度難以保證。傳統(tǒng)的輸出微轉(zhuǎn)角的微位移機構輸出端與核心機構有徑向間隙，會造成輸出的微轉(zhuǎn)角精度不高，甚至輸出端不轉(zhuǎn)動。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種結構簡單經(jīng)濟的采用柔性鉸鏈的整體式微步進旋轉(zhuǎn)裝置，將輸入的軸向微位移轉(zhuǎn)換成微轉(zhuǎn)角輸出，實現(xiàn)微轉(zhuǎn)角雙向旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。本發(fā)明所解決的技術問題可以采用以下技術方案來實現(xiàn)采用柔性鉸鏈的整體式微步進旋轉(zhuǎn)裝置，其結構特點在于該旋轉(zhuǎn)裝置包括緊定螺釘、核心機構、電致伸縮器件；所述核心機構由兩個輸出環(huán)、兩個無間隙軸向移動結構、兩個圓環(huán)形帶內(nèi)螺紋的微步進旋轉(zhuǎn)部件、六個柔性鉸鏈桿及C環(huán)連接而成，所述輸出環(huán)與微步進旋轉(zhuǎn)部件之間通過無間隙軸向移動結構連接并存有軸向間隙，所述無間隙軸向移動結構由兩組平行的柔性鉸鏈桿組成；所述兩組平行的柔性鉸鏈桿呈垂直于輸出環(huán)軸向設置，其一端連接在輸出環(huán)上，另一端連接在微步進旋轉(zhuǎn)部件凸臺上；所述的兩個微步進旋轉(zhuǎn)部件通過柔性鉸鏈桿連接在C環(huán)的軸向兩端；所述的六個柔性鉸鏈桿對稱分布在C環(huán)兩邊；其中所述輸出環(huán)、C環(huán)均可被徑向鎖住，且輸出環(huán)被軸向固定；所述電致伸縮器件兩端通過緊定螺釘分別與設置在C環(huán)兩端的微步進旋轉(zhuǎn)部件固定連接，所述電致伸縮器件與C環(huán)不接觸。本發(fā)明結構特點還在于所述核心機構是由一整體采用線切割加工而成，所述核心機構材質(zhì)為彈簧鋼。與已有技術相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在I、本發(fā)明采用體積小、無機械摩擦、靈敏度高的柔性鉸鏈核心機構結構設計，可實現(xiàn)驅(qū)動器微型化，同時具有輸出靈敏度高的特點。2、本發(fā)明整體采用對稱結構設計，同時電致伸縮器件與輸出軸同心，因而可實現(xiàn)高精度的雙輸出。3、本發(fā)明可根據(jù)需要通過核心機構將電致伸縮器件的軸向微位移轉(zhuǎn)換、輸出順時針或者逆時針微轉(zhuǎn)角。
4、本發(fā)明結構簡單經(jīng)濟、誤差小、輸出精準。5、本發(fā)明采用的無間隙軸向移動結構有效地解決了之前的徑向間隙問題，從而大大提高了輸出的微轉(zhuǎn)角的精度。


圖I為本發(fā)明裝置結構三維剖視圖。圖2為本發(fā)明核心機構的三維剖視圖。圖3為采用柔性鉸鏈的整體式微步進旋轉(zhuǎn)裝置外形圖。 圖4為微步進旋轉(zhuǎn)部件結構圖。圖5是圖4的A-A剖視圖。如附圖所示，本發(fā)明機構主要包括緊定螺釘I、核心結構2、電致伸縮器件3、輸出環(huán)4、無間隙軸向移動結構5、兩個微步進旋轉(zhuǎn)部件6、六個柔性鉸鏈桿7及C環(huán)8。
具體實施例方式以下結合附圖對本發(fā)明的技術方案做進一步描述。本發(fā)明結構如附圖所示，主要由緊定螺釘I、核心機構2、電致伸縮器件3組成。其中核心機構2由一整體彈簧鋼采用線切割加工而成，包括輸出環(huán)4、無間隙軸向移動結構5、兩個微步進旋轉(zhuǎn)部件6、六個柔性鉸鏈桿7及C環(huán)8，輸出環(huán)4與微步進旋轉(zhuǎn)部件6之間通過無間隙軸向移動結構5連接并存有軸向間隙，無間隙軸向移動結構5由兩組平行的柔性鉸鏈桿組成；柔性鉸鏈桿呈垂直于輸出環(huán)軸向設置，其一端連接在輸出環(huán)上，另一端連接在微步進旋轉(zhuǎn)部件凸臺上；兩個微步進旋轉(zhuǎn)部件6通過柔性鉸鏈桿連接在C環(huán)8的軸向兩端；該柔性鉸鏈桿左右各三個，沿C環(huán)周向均勻分布。具體實施時，每個鉸鏈桿都與C環(huán)的母線成一夾角。其中所述輸出環(huán)4、C環(huán)8均可被徑向鎖住，且輸出環(huán)4被軸向固定；電致伸縮器件3兩端通過緊定螺釘I分別與設置在C環(huán)兩端的微步進旋轉(zhuǎn)部件4固定連接(緊定螺釘I與電致伸縮器件3端部內(nèi)螺紋連接，與輸出環(huán)外螺紋連接)，相對運動；電致伸縮器件3與C環(huán)8不接觸。若鎖住輸出環(huán)4，微步進旋轉(zhuǎn)部件6徑向鎖住；由于輸出環(huán)4和微步進旋轉(zhuǎn)部件6之間存在軸向間隙，微步進旋轉(zhuǎn)部件6可以沿軸向微小移動。電致伸縮器件3為驅(qū)動元件，電致伸縮器件3輸入軸向微位移時，通過柔性鉸鏈桿7的鉸鏈的彎曲變形和微步進旋轉(zhuǎn)部件6、C環(huán)8的定向旋轉(zhuǎn)，可通過輸出環(huán)4輸出線性關系的微轉(zhuǎn)角。本發(fā)明通過改變C環(huán)8及輸出環(huán)4的鎖定順序可通過輸出軸輸出順時針或者逆時針微轉(zhuǎn)角。具體工作過程如下需要輸出順時針微轉(zhuǎn)角時(1)系統(tǒng)處于初始狀態(tài)，輸出環(huán)4是被軸向固定的；(2)鎖住C環(huán)8，電致伸縮器件3通電后伸長，由于軸向拉力作用，微步進旋轉(zhuǎn)部件6產(chǎn)生相對軸向位移，同時微步進旋轉(zhuǎn)部件6受到柔性鉸鏈桿7的扭轉(zhuǎn)力作用順時針轉(zhuǎn)過一個角度，兩端輸出環(huán)4同步輸出順時針(如圖2旋轉(zhuǎn)方向)微轉(zhuǎn)角；(3)鎖住輸出環(huán)4，則微步進旋轉(zhuǎn)部件6徑向鎖住，此時由于輸出環(huán)4和微步進旋轉(zhuǎn)部件6之間存在軸向間隙，微步進旋轉(zhuǎn)部件4可以通過無間隙軸向移動結構沿軸向微小移動，松開C環(huán)8，電致伸縮器件3斷電回復到原長度，兩個微步進旋轉(zhuǎn)部件6之間的距離縮短，C環(huán)8在柔性鉸鏈桿7的驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)到與微步進旋轉(zhuǎn)部件6原來的相對位置；(4)重復(2) (3)的控制過程，微步進旋轉(zhuǎn)部件6帶動輸出環(huán)4順時針連續(xù)旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)微轉(zhuǎn)角輸出。
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需要輸出逆時針微轉(zhuǎn)角時(1)系統(tǒng)處于初始狀態(tài)，輸出環(huán)4是被軸向固定的；
(2)鎖住輸出環(huán)4，則微步進旋轉(zhuǎn)部件6徑向鎖住，電致伸縮器件5通電后伸長，此時由于輸出環(huán)4和微步進旋轉(zhuǎn)部件6間存在軸向間隙，微步進旋轉(zhuǎn)部件6可以通過無間隙軸向移動結構沿軸向微小移動，由于軸向拉力作用，微步進旋轉(zhuǎn)部件6產(chǎn)生相對軸向位移，同時C環(huán)8逆時針轉(zhuǎn)過一個角度；(3)鎖住C環(huán)8，松開輸出環(huán)4，電致伸縮器件3斷電回復到原長度，微步進旋轉(zhuǎn)部件6之間的距離縮短，同時微步進旋轉(zhuǎn)部件6在柔性鉸鏈桿7的驅(qū)動下逆時針轉(zhuǎn)過一個角度回到與C環(huán)8原來的相對位置，從而實現(xiàn)輸出環(huán)4逆時針微轉(zhuǎn)角輸出；(4)重復(2) (3)的控制過程，微步進旋轉(zhuǎn)部件4帶動輸出環(huán)4逆時針連續(xù)旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)微轉(zhuǎn)角輸出。
權利要求
1.采用柔性鉸鏈的整體式微步進旋轉(zhuǎn)裝置，其特征在于該旋轉(zhuǎn)裝置包括緊定螺釘(I)、核心機構(2)、電致伸縮器件(3)； 所述核心機構(2)由兩個輸出環(huán)(4)、兩個無間隙軸向移動結構(5)、兩個圓環(huán)形帶內(nèi)螺紋的微步進旋轉(zhuǎn)部件(6)、六個柔性鉸鏈桿(7)及C環(huán)(8)連接而成，所述輸出環(huán)(4)與微步進旋轉(zhuǎn)部件(6)之間通過無間隙軸向移動結構(5)連接并存有軸向間隙，所述無間隙軸向移動結構(5)由兩組平行的柔性鉸鏈桿組成；所述兩組平行的柔性鉸鏈桿呈垂直于輸出環(huán)軸向設置，其一端連接在輸出環(huán)上，另一端連接在微步進旋轉(zhuǎn)部件凸臺上；所述的兩個微步進旋轉(zhuǎn)部件(6)通過柔性鉸鏈桿連接在C環(huán)(8)的軸向兩端；所述的六個柔性鉸鏈桿對稱分布在C環(huán)兩邊； 其中所述輸出環(huán)(4)、C環(huán)(8)均可被徑向鎖住，且輸出環(huán)(4)被軸向固定；所述電致伸縮器件(3)兩端通過緊定螺釘(I)分別與設置在C環(huán)兩端的微步進旋轉(zhuǎn)部件(4)固定連接，所述電致伸縮器件(3 )與C環(huán)(8 )不接觸。
2.根據(jù)權利要求I所述的采用柔性鉸鏈的整體式微步進旋轉(zhuǎn)裝置，其特征在于所述核心機構是由一整體采用線切割加工而成，所述核心機構材質(zhì)為彈簧鋼。
全文摘要
采用柔性鉸鏈的整體式微步進旋轉(zhuǎn)裝置，屬于微位移技術領域，該裝置包括緊定螺釘、核心機構、電致伸縮器件；所述核心機構由輸出環(huán)、無間隙軸向移動結構、兩個微步進旋轉(zhuǎn)部件、六個柔性鉸鏈桿及C環(huán)連接而成，采用線切割加工，整體為一個零件，不存在焊接。本發(fā)明以電致伸縮器件作為驅(qū)動元件，輸入軸向微位移，可實現(xiàn)微轉(zhuǎn)角輸出；該裝置結構簡單經(jīng)濟、精度高；適用于精密機械與精密儀器行業(yè)。
文檔編號H02N2/10GK102801354SQ20121027441
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月1日 優(yōu)先權日2012年8月1日
發(fā)明者沈健, 饒樹林, 張海巖 申請人:合肥工業(yè)大學