本發(fā)明涉及改成柔性微納領(lǐng)域，特別是一種全柔性微位移放大機構(gòu)。

背景技術(shù)：

柔性機構(gòu)是一類利用材料的彈性變形傳遞或轉(zhuǎn)換運動、力或能量的新型機構(gòu)。在仿生機械及機器人等領(lǐng)域，柔性機構(gòu)也發(fā)揮著越來越重要的作用，該類機構(gòu)通常又被稱為柔性仿生機構(gòu)。

現(xiàn)有柔性位移放大機構(gòu)往往結(jié)構(gòu)不夠緊湊，行程與整體剛性相互制約，不能滿足高精密高速加工裝備、柔性機器人等領(lǐng)域的需求；而在行程與整體剛性方面有明顯提高的，卻容易產(chǎn)生難以消除的耦合誤差，使精度下降。

本專利針對放大倍數(shù)大，整體剛性高的全柔性微位移放大機構(gòu)的需求，創(chuàng)新性提出基于二級杠桿放大原理設(shè)計一種放大倍數(shù)大且整體剛性大、結(jié)構(gòu)緊湊的柔性機械位移放大器。研究成果在超精密加工設(shè)備、柔性機器人、仿生機械等領(lǐng)域具有重要的理論與實踐意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述缺陷，本發(fā)明針對高精密高速加工、柔性機器人、仿生機械等領(lǐng)域的需要，設(shè)計一種全柔性微位移放大機構(gòu)，采用二級杠桿對稱式放大，其結(jié)構(gòu)更緊湊，整體剛性和位移放大倍數(shù)更大，并基本消除耦合誤差，更加適應(yīng)現(xiàn)實中的需求。滿足實際中高速高精密運動的目的。

為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種全柔性微位移放大機構(gòu)，包括基座臺、放大機構(gòu)、輸出端和壓電陶瓷；

所述放大機構(gòu)安裝于所述基座臺，所述輸出端安裝于所述放大機構(gòu)的輸出部位，所述壓電陶瓷安裝于所述基座臺，所述壓電陶瓷的驅(qū)動端對準(zhǔn)于放大機構(gòu)的輸入端；

所述基座臺包括底板、左立柱和右立柱，所述左立柱和右立柱分別固定設(shè)置于所述底板上表面的左邊和右邊。

其中，所述放大機構(gòu)包括一級放大機構(gòu)和二級放大機構(gòu)，所述放大機構(gòu)為對稱式放大機構(gòu)；

所述一級放大機構(gòu)包括左邊第一杠桿和右邊第一杠桿，所述左邊第一杠桿和右邊第一杠桿之間設(shè)有空位；所述左邊第一杠桿的右側(cè)底面通過第二鉸鏈鉸接于所述底板，所述右邊第一杠桿的左側(cè)底面通過第二鉸鏈鉸接于所述底板；

所述一級放大機構(gòu)還包括左側(cè)第一位移傳導(dǎo)桿和右側(cè)第一位移傳導(dǎo)桿，所述左側(cè)第一位移傳導(dǎo)桿下端通過鉸鏈鉸接于所述左邊第一杠桿的上表面右邊，所述右側(cè)第一位移傳導(dǎo)桿下端通過鉸鏈鉸接于所述右邊第一杠桿的上表面左邊；

所述一級放大機構(gòu)還包括輸入平臺，所述輸入平臺呈長方體狀，所述左側(cè)第一位移傳導(dǎo)桿和右側(cè)第一位移傳導(dǎo)桿的上端分別通過鉸鏈鉸接于所述輸入平臺底面的左邊和右邊；

所述底板設(shè)有所述壓電陶瓷，所述壓電陶瓷端部抵緊于所述輸入平臺下表面。

較佳地，所述二級放大機構(gòu)包括左側(cè)第二位移傳導(dǎo)桿和右側(cè)第二位移傳導(dǎo)桿；

所述左側(cè)第二位移傳導(dǎo)桿下端通過鉸鏈鉸接于所述左邊第一杠桿上表面左邊，所述右側(cè)第二位移傳導(dǎo)桿的下端通過鉸鏈鉸接于所述右邊第一杠桿上表面右邊；

所述二級放大機構(gòu)還包括左邊第二杠桿和右邊第二杠桿，所述左邊第二杠桿和右邊杠桿均呈水平狀設(shè)置；所述左邊第二杠桿的左端面通過第二鉸鏈鉸接于所述左立柱，所述左側(cè)第二位移傳導(dǎo)桿的上端通過第二鉸鏈鉸接于所述左邊第二杠桿底面的左邊；所述右邊第二杠桿的右端面通過鉸鏈鉸接于所述右立柱，所述右側(cè)第二位移傳導(dǎo)桿的上端通過鉸鏈鉸接于所述右邊第二杠桿的右邊；

所述左邊第二杠桿的上表面的右邊設(shè)有輸出端支鏈，所述右邊第二杠桿的上表面左邊設(shè)有輸出端支鏈，所述輸出端的底面左邊和右邊分別鉸接于左邊和右邊的輸出端支鏈。

較佳地，，所述鉸鏈為圓弧形柔性鉸鏈，所述第二鉸鏈為倒圓角直梁型鉸鏈。

進一步地，所述輸入平臺下表面中心為梯形凸塊。

較佳地，所述左邊第二杠桿上面設(shè)有加厚層，所述加厚層由所述左邊第二杠桿上表面左起向右呈由高到低逐漸過渡；所述右邊第二杠桿上面設(shè)有加厚層，所述加厚層由所述右邊第二杠桿上表面右起向左呈由高到低逐漸過渡。

較佳地，所述輸出端支鏈為呈傾斜狀設(shè)置，兩個所述輸出端支鏈的設(shè)置方式呈開口的喇叭狀，所述輸出端支鏈為柔性鉸鏈。

放大機構(gòu)設(shè)置于基座臺，使結(jié)構(gòu)模塊化，而基座臺設(shè)置成U字形結(jié)構(gòu)，使放大機構(gòu)有充分的支撐結(jié)構(gòu)，從而能夠給放大機構(gòu)足夠的支點，即可使放大機構(gòu)在設(shè)置杠桿時能夠有左側(cè)、右側(cè)和底面作為支撐點，能盡可能的設(shè)置放大結(jié)構(gòu)；一級放大機構(gòu)和二級放大機構(gòu)放大了壓電陶瓷的位移量，裝置采用了對稱式放大結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)更緊湊，整體剛性更大，并基本消除耦合誤差，更加適應(yīng)現(xiàn)實中的需求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一個實施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的一個實施例的二級放大結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的一個實施例的偽剛體模型圖。

其中：基座臺100、底板110、左立柱120、右立柱130、放大機構(gòu)200、一級放大機構(gòu)210、左邊第一杠桿211、右邊第一杠桿212、左側(cè)第一位移傳導(dǎo)桿213、右側(cè)第一位移傳導(dǎo)桿214、輸入平臺215、二級放大機構(gòu)220、左側(cè)第二位移傳導(dǎo)桿221、右側(cè)第二位移傳導(dǎo)桿222、左邊第二杠桿223、右邊第二杠桿224、輸出端300、壓電陶瓷400、鉸鏈A、第二鉸鏈B、輸出端支鏈C。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖并通過具體實施方式來進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。

如圖1-3所示，一種全柔性微位移放大機構(gòu)，包括基座臺100、放大機構(gòu)200、輸出端300和壓電陶瓷400；

所述放大機構(gòu)200安裝于所述基座臺100，所述輸出端300安裝于所述放大機構(gòu)200的輸出部位，所述壓電陶瓷400安裝于所述基座臺100，所述壓電陶瓷400的驅(qū)動端對準(zhǔn)于放大機構(gòu)200的輸入端；

所述基座臺100包括底板110、左立柱120和右立柱130，所述左立柱120和右立柱130分別固定設(shè)置于所述底板110上表面的左邊和右邊。

放大機構(gòu)200設(shè)置于基座臺100，使結(jié)構(gòu)模塊化，而基座臺設(shè)置成U字形結(jié)構(gòu)，使放大機構(gòu)200有充分的支撐結(jié)構(gòu)，從而能夠給放大機構(gòu)足夠的支點，即可使放大機構(gòu)在設(shè)置杠桿時能夠有左側(cè)、右側(cè)和底面作為支撐點，能盡可能的設(shè)置放大結(jié)構(gòu)。

其中，所述放大機構(gòu)200包括一級放大機構(gòu)210和二級放大機構(gòu)220，所述放大機構(gòu)200為對稱式放大機構(gòu)；

所述一級放大機構(gòu)210包括左邊第一杠桿211和右邊第一杠桿212，所述左邊第一杠桿211和右邊第一杠桿212之間設(shè)有空位；所述左邊第一杠桿211的右側(cè)底面通過第二鉸鏈B鉸接于所述底板，所述右邊第一杠桿212的左側(cè)底面通過第二鉸鏈B鉸接于所述底板110；

所述一級放大機構(gòu)210還包括左側(cè)第一位移傳導(dǎo)桿213和右側(cè)第一位移傳導(dǎo)桿214，所述左側(cè)第一位移傳導(dǎo)桿213下端通過鉸鏈A鉸接于所述左邊第一杠桿211的上表面右邊，所述右側(cè)第一位移傳導(dǎo)桿214下端通過鉸鏈A鉸接于所述右邊第一杠桿212的上表面左邊；

所述一級放大機構(gòu)210還包括輸入平臺215，所述輸入平臺215呈長方體狀，所述左側(cè)第一位移傳導(dǎo)桿213和右側(cè)第一位移傳導(dǎo)桿214的上端分別通過鉸鏈A鉸接于所述輸入平臺215底面的左邊和右邊；

所述底板110設(shè)有所述壓電陶瓷400，所述壓電陶瓷400端部抵緊于所述輸入平臺215下表面。

一級放大機構(gòu)210直接發(fā)放大了壓電陶瓷400的位移量，而壓電陶瓷400的位移將輸入平臺215頂起，從而輸入平臺215帶動左側(cè)第一位移傳導(dǎo)桿213和右側(cè)第一位移傳導(dǎo)桿214，進而左邊第一杠桿211和右邊第一杠桿212將位移量進行了放大；隨后左邊第一杠桿211和右邊第一杠桿212帶動左側(cè)第二位移傳導(dǎo)桿221和右側(cè)第二位移傳導(dǎo)桿222；裝置采用了對稱式放大結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)更緊湊，整體剛性更大，并基本消除耦合誤差，更加適應(yīng)現(xiàn)實中的需求。

此外，所述二級放大機構(gòu)220包括左側(cè)第二位移傳導(dǎo)桿221和右側(cè)第二位移傳導(dǎo)桿222；

所述左側(cè)第二位移傳導(dǎo)桿221下端通過鉸鏈A鉸接于所述左邊第一杠桿211上表面左邊，所述右側(cè)第二位移傳導(dǎo)桿222的下端通過鉸鏈A鉸接于所述右邊第一杠桿212上表面右邊；

所述二級放大機構(gòu)220還包括左邊第二杠桿223和右邊第二杠桿224，所述左邊第二杠桿223和右邊杠桿均呈水平狀設(shè)置；所述左邊第二杠桿223的左端面通過第二鉸鏈鉸接于所述左立柱120，所述左側(cè)第二位移傳導(dǎo)桿的上端通過第二鉸鏈鉸接于所述左邊第二杠桿223底面的左邊；所述右邊第二杠桿224的右端面通過鉸鏈A鉸接于所述右立柱130，所述右側(cè)第二位移傳導(dǎo)桿222的上端通過鉸鏈A鉸接于所述右邊第二杠桿224的右邊；

所述左邊第二杠桿223的上表面的右邊設(shè)有輸出端支鏈C，所述右邊第二杠桿224的上表面左邊設(shè)有輸出端支鏈C，所述輸出端300的底面左邊和右邊分別鉸接于左邊和右邊的輸出端支鏈C。

左側(cè)第二位移傳導(dǎo)桿221和右側(cè)第二位移傳導(dǎo)桿帶動左邊第二杠桿223和右邊第二杠桿224，左邊第二杠桿223和右邊第二杠桿224再一次將位移量放大后，傳遞到輸出端；一級放大機構(gòu)210加上二級放大機構(gòu)220，構(gòu)成二級對稱放大結(jié)構(gòu)，進一步放大了位移量；此外，對稱式放大結(jié)構(gòu)其結(jié)構(gòu)更緊湊，整體剛性更大，并基本消除耦合誤差，更加適應(yīng)現(xiàn)實中的需求。滿足實際中高速高精密運動的目的。

其中，所述鉸鏈A為圓弧形柔性鉸鏈，所述第二鉸鏈B為倒圓角直梁型鉸鏈。

圓弧型柔性鉸鏈有較大的轉(zhuǎn)動范圍，并且不存在機械摩擦，還具有運動靈敏度高和無間隙的優(yōu)點，適合緊密微動調(diào)整，鉸鏈A使用圓弧型柔性鉸鏈更便于傳動；直梁型柔性鉸鏈的運動精度較高，但運動行程受到很大的限制，只能實現(xiàn)微小幅度的轉(zhuǎn)動。最普通的形式是繞一個軸彈性彎曲，且這種彈性變形是可逆的，第二鉸鏈B采用直梁型柔性鉸鏈在壓電陶瓷400不施加作用力時，放大機構(gòu)200能夠迅速復(fù)位。

此外，所述輸入平臺215下表面中心為梯形凸塊。

凸塊的設(shè)置使壓電陶瓷400施加的作用力能夠均勻的作用于輸入平臺215，并且凸塊使輸入平臺215整體的結(jié)構(gòu)強度更大，不易產(chǎn)生變形，避免了位移量的損失，使位移量的傳遞更精確。

作為對上述技術(shù)的補充，所述左邊第二杠桿223上面設(shè)有加厚層，所述加厚層由所述左邊第二杠桿223上表面左起向右呈由高到低逐漸過渡；所述右邊第二杠桿224上面設(shè)有加厚層，所述加厚層由所述右邊第二杠桿224上表面右起向左呈由高到低逐漸過渡。

加厚層的設(shè)置同樣是增加了輸入平臺215的結(jié)構(gòu)強度，避免放大機構(gòu)200在使用中在放大位移量時左邊第二杠桿223和右邊第二杠桿224在受力后產(chǎn)生形變，保證了放大機構(gòu)200能夠更精確的傳遞位移量。

此外，所述輸出端支鏈C為呈傾斜狀設(shè)置，兩個所述輸出端支鏈C的設(shè)置方式呈開口的喇叭狀，所述輸出端支鏈C為柔性鉸鏈。

將輸出端支鏈C設(shè)置成傾斜狀，使第二放大機構(gòu)220會產(chǎn)生形變，這個形變會將傾斜狀的輸出端支鏈C擠壓成垂直狀，從而能夠進一步增大輸出端的位移。

以上結(jié)合具體實施例描述了本發(fā)明的技術(shù)原理。這些描述只是為了解釋本發(fā)明的原理，而不能以任何方式解釋為對本發(fā)明保護范圍的限制?；诖颂幍慕忉專绢I(lǐng)域的技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性的勞動即可聯(lián)想到本發(fā)明的其它具體實施方式，這些方式都將落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。