專利名稱：基于柔性傾斜梁的用于提高直線電機分辨率的微動平臺的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種微動平臺，更特別地說，是指一種基于柔性傾斜梁的用于提高直線電機分辨率的微動平臺。
背景技術：
在精密工程中一般需要末端執(zhí)行器具有納米級別的分辨率，而末端執(zhí)行器的分辨率取決于所選驅(qū)動器的分辨率。目前最常見的高精度驅(qū)動器主要有壓電陶瓷、音圈電機等。壓電陶瓷是一種將機械能和電能相互轉(zhuǎn)化的無機非金屬材料，當對壓電材料施加壓力，它便會產(chǎn)生電位差，反之施加電壓，則產(chǎn)生機械力。它具有平穩(wěn)、連續(xù)、響應快、納米精度和較大輸出力等優(yōu)點，但是運動范圍非常小，一般為幾個微米到幾十個微米，并且存在遲滯現(xiàn)象；音圈電機運動同樣具有納米分辨率并且行程可達到毫米級，但是驅(qū)動力非常小，很難滿足微納操作中并聯(lián)機構(gòu)對較大輸入力的需求，因此它的應用也得到限制。由于壓電陶瓷和音圈電機價格昂貴，常見的直線電機多為步進電機，它雖然也具有平穩(wěn)、連續(xù)和高速等特點，但是由于自身的機械結(jié)構(gòu)而導致分辨率只能達到微米級別。柔性機構(gòu)是一種依靠材料的變形來傳遞運動或力的新型機構(gòu)。相對剛性機構(gòu)而言，它具有無間隙、無摩擦，可實現(xiàn)高精度運動；無需進行潤滑，避免了污染；免于磨損，提高壽命等優(yōu)點而越來越被應用在精密工程中。此外，先進的加工方法(如線切割)使柔性機構(gòu)的加工成為現(xiàn)實。傳統(tǒng)的運動縮小機構(gòu)如杠桿，多個杠桿相連接，也可達到一定的縮小倍數(shù)，但是杠桿機構(gòu)的剛度差，無法滿足驅(qū)動對高剛度的要求；并且隨著輸入位移的增大，輸入位移與輸出位移之間呈現(xiàn)出非線性，無法獲得固定的縮小比例。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出了一種基于柔性傾斜梁的用于提高直線電機分辨率的微動平臺，該微動平臺為一體化機械加工成型件、且具有兩級運動縮小功能，即減速器功能。將微動平臺與直線電機配合使用能夠使直線電機的分辨率達到納米級別，并且克服了直線電機輸出力較小的問題。該微動平臺采用多邊形變形的構(gòu)形方式，且在同一平面內(nèi)實現(xiàn)。本發(fā)明設計的微動平臺通過改變傾斜梁組的傾斜方向可以得到四種不同的微動平臺。本發(fā)明的一種基于柔性傾斜梁的用于提高直線電機分辨率的微動平臺，其特征在于該微動平臺上設有基座(I)、第一傾斜梁組件(2)、第二傾斜梁組件(3)、第三傾斜梁組件(4 )、第四傾斜梁組件(5 )、第五傾斜梁組件(6 )、第六傾斜梁組件(7 )、第一過渡板(8 )、第二過渡板(10)、第一導向梁組件(12)、第二導向梁組件(13)、輸入板(9)、輸出板(11)、輸出桿(14)；第四傾斜梁組件(5)的結(jié)構(gòu)與第一傾斜梁組件(2)的結(jié)構(gòu)是以橫向?qū)ΨQ中心線對稱相同的；第五傾斜梁組件(6)的結(jié)構(gòu)與第一傾斜梁組件(2)的結(jié)構(gòu)是以縱向?qū)ΨQ中心線對稱相同的；第六傾斜梁組件(7)的結(jié)構(gòu)與第四傾斜梁組件(5)的結(jié)構(gòu)是以縱向?qū)ΨQ中心線對稱相同的；第三傾斜梁組件(4)的結(jié)構(gòu)與第二傾斜梁組件(3)的結(jié)構(gòu)是以橫向?qū)ΨQ中心線對稱相同的；第一導向梁組件(12)與第二導向梁組件(13)的結(jié)構(gòu)相同；第一過渡板(8)的結(jié)構(gòu)與第二過渡板(10)的結(jié)構(gòu)是以橫向?qū)ΨQ中心線對稱相同的；基座(I)的第一支撐臂(101)與第二支撐臂(102)之間設有第一導向梁組件(12)、輸出板(11)和第二導向梁組件(13)；基座(I)的底板(103)與輸出板(11)之間,且在橫向?qū)ΨQ中心線的一側(cè)設有第一傾斜梁組件(2)、第一過渡板(8)和第五傾斜梁組件(6);橫向?qū)ΨQ中心線的另一側(cè)設有第四傾斜梁組件(5)、第二過渡板(10)和第六傾斜梁組件(7)；第一過渡板(8)與第二過渡板(10)之間設有第二傾斜梁組件(3)、輸入板(9)和第三傾斜梁組件(4);輸入板(9)上設有A通孔(9B)，該A通孔(9B)用于放置直線電機(15)的輸出軸(16)，且通過螺釘(9A)實現(xiàn)輸入板(9)與直線電機(15)的輸出軸(16)的連接；輸出桿(14)的螺紋段(14A)安裝在輸出板(11)的螺紋孔(IlA)中；直線電機(15)的殼體通過螺釘(15A)安裝在基座(I)的底板(103)上，且直線電機(15)的輸出軸(16)穿過底板(103)上的B通孔(103A)后置于輸入板(9)的A通孔(9B)內(nèi)，通過螺釘(9A)使得直線電機(15)的輸出軸(16)與輸入板(9)安裝在一起。本發(fā)明微動平臺的優(yōu)點是①采用六個傾斜梁組形成的兩個減速器來實現(xiàn)運動的縮小，在提高剛度的同時實現(xiàn)了在較大運動范圍內(nèi)的線性輸出，避免了傳統(tǒng)杠桿機構(gòu)帶來的剛度差和運動輸入與輸出間的非線性。②傾斜梁組一方面采用了二隔腔三薄板的結(jié)構(gòu)，另一方面采用帶有傾斜角的結(jié)構(gòu)設計，提高了傾斜梁組在柔性變形過程中的剛度。③導向梁組采用了一隔腔二薄板的結(jié)構(gòu)，在驅(qū)動力經(jīng)輸出桿輸出時，在剛-柔-剛-柔-剛的結(jié)構(gòu)設計上能夠保證驅(qū)動力沿X軸方向傳遞。④該微動平臺依靠材料(本發(fā)明采用鋁7075進行線切割加工)的變形來進行運動的傳遞，避免了傳統(tǒng)剛性機構(gòu)中零部件之間的摩擦和間隙等，可進一步提高了運動平臺的運動精度。⑤通過改變傾斜梁組的傾斜方向可以得到四種不同的微動平臺(未包含導向梁組)，兩組輸入方向與輸出方向相反，兩組輸入方向與輸出方向相同。⑥微動平臺在構(gòu)型上采用了緊湊的結(jié)構(gòu)，并且在同一平面上實現(xiàn)了兩級縮小，避免了常見的多級縮小機構(gòu)在空間上的裝配。


圖I是本發(fā)明微動平臺的結(jié)構(gòu)圖。圖IA是圖I的分解圖。
圖2是本發(fā)明未裝配直線電機的微動平臺的等軸結(jié)構(gòu)圖。圖2A是本發(fā)明未裝配直線電機的微動平臺的正視結(jié)構(gòu)圖。圖3A是輸入輸出方向相同的柔性凸凸微動平臺運動變形不意圖。圖3B是輸入輸出方向相同的柔性凹凹微動平臺運動變形示意圖。圖3C是輸入輸出方向相反的柔性凸凹微動平臺運動變形示意圖。圖3D是輸入輸出方向相反的柔性凹凸微動平臺運動變形示意圖。圖4A是未加載導向梁組時的輸出板運動示意圖。圖4B是未加載導向梁組時在Y軸方向上加載作用力下的輸出板運動示意圖。圖4C是加載導向梁組時的輸出板運動示意圖。
I.基座101.第一支撐臂102.第二支撐臂103.底板103A.B通孔104.第一側(cè)臂105.第一側(cè)臂106.第二 L形腔107.第一 L形腔2.第一傾斜梁組件21.第一'薄板22.第二薄板23.第三薄板24.內(nèi)隔腔25.外隔腔26.側(cè)邊平行線3.第二傾斜梁組A31.第四薄板32.第五薄板33.第六薄板34.內(nèi)隔腔35.外隔腔36.底邊平行線4.第三傾斜梁組件5.第四傾斜梁組A6.第五傾斜梁組件7.第六傾斜梁組件8.第一過渡板9.輸入板9A.螺釘9B. A通孔10.第二過渡板11.輸出板11A.螺紋孔12.第一導向梁組件121.外薄板122.內(nèi)薄板123.隔腔13.第二導向梁組件14.輸出桿14A.螺紋段15.直線電機15A.螺釘16.電機輸出軸
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明。參見圖I、圖IA所示，本發(fā)明是一種基于柔性傾斜梁的用于提高直線電機分辨率的微動平臺，該微動平臺為一體化加工結(jié)構(gòu)件，該微動平臺上設有一個基座I ;六個傾斜梁組件(第一傾斜梁組件2、第二傾斜梁組件3、第三傾斜梁組件4、第四傾斜梁組件5、第五傾斜梁組件6、第六傾斜梁組件7)；兩個過渡板(第一過渡板8、第二過渡板10)；兩個導向梁組件(第一導向梁組件12、第二導向梁組件13)；—個輸入板9、一個輸出板11、一個輸出桿14 ；基座I的第一支撐臂101與第二支撐臂102之間設有第一導向梁組件12、輸出板11和第二導向梁組件13 ；基座I的底板103與輸出板11之間，且在橫向?qū)ΨQ中心線(即電機輸出軸的中心線，也是沿X軸方向的軸線)的一側(cè)設有第一傾斜梁組件2、第一過渡板8和第五傾斜梁組件6;橫向?qū)ΨQ中心線的另一側(cè)設有第四傾斜梁組件5、第二過渡板10和第六傾斜梁組件7 ；第一過渡板8與第二過渡板10之間設有第二傾斜梁組件3、輸入板9和第三傾斜梁組件4 ；輸出板11上螺紋連接有輸出桿14,即輸出桿14的螺紋段14A安裝在輸出板11的螺紋孔IlA中；直線電機15的殼體通過螺釘15A安裝在基座I的底板103上，且直線電機15的輸出軸16穿過底板103上的B通孔103A后置于輸入板9的A通孔9B內(nèi)，通過螺釘9A使得直線電機15的輸出軸16與輸入板9安裝在一起。本發(fā)明微動平臺由直線電機15提供驅(qū)動力，輸入板9作為驅(qū)動力的承載端。本發(fā)明微動平臺的加工材料為鋁7075。(一)基座I參見圖I、圖1A、圖2、圖2A所示，基座I為U形形狀?；鵌上設有第一支撐臂101、第二支撐臂102、底板103、第一側(cè)臂105、第二側(cè)臂104 ;第一側(cè)臂105內(nèi)側(cè)與第一傾斜梁組件2、第一過渡板8、第五傾斜梁組件6和第一導向梁組件12之間是第一 L形腔107 ;第二側(cè)臂104內(nèi)側(cè)與第四傾斜梁組件5、第二過渡板10、第六傾斜梁組件7和第二導向梁組件13之間是第二 L形腔106。第一 L形腔107和第二 L形腔106能夠保證傾斜梁組件在此空間中進行變形運動。在本發(fā)明中，基座I 一方面用于安裝直線電機15，另一方面也是整個微動平臺的支撐。(二)第一傾斜梁組件2參見圖I、圖2、圖2A所示，第一傾斜梁組件2為二隔腔三薄板結(jié)構(gòu)。第一傾斜梁組件2包括有第一薄板21、第二薄板22和第三薄板23，第一薄板21與第二薄板22之間設有內(nèi)隔腔24,第二薄板22與第三薄板23之間設有外隔腔25。為了實現(xiàn)薄板在受力條件下的柔性變形，第一傾斜梁組件2中的薄板加工角(簡稱為第一成形角)記為α，基座I的側(cè)邊邊框平行線(即側(cè)邊平行線)26與第一傾斜梁組件2中的薄板之間的夾角(簡稱為第一傾斜角)記為β，由于本發(fā)明設計的微動平臺為多邊變形結(jié)構(gòu)，因此，α十β = 90度。一般弟一成形角α = 80度 85度。在本發(fā)明中，第四傾斜梁組件5的結(jié)構(gòu)與第一傾斜梁組件2的結(jié)構(gòu)是以橫向?qū)ΨQ中心線對稱相同的，故省略對第四傾斜梁組件5的結(jié)構(gòu)說明。(三)第二傾斜梁組件3參見圖I、圖2、圖2Α所示，第二傾斜梁組件3為二隔腔三薄板結(jié)構(gòu)。第二傾斜梁組件3包括有第四薄板31、第五薄板32和第六薄板33，第四薄板31與第五薄板32之間設有內(nèi)隔腔34,第五薄板32與第六薄板33之間設有外隔腔35。為了實現(xiàn)薄板在受力條件下的柔性變形，第二傾斜梁組件3中的薄板加工角(簡稱為第二成形角)記為Θ，基座I的底邊邊框平行線(即底邊平行線)36與第二傾斜梁組件3中的薄板之間的夾角(簡稱為第二傾斜角)記為Y，由于本發(fā)明設計的微動平臺為多邊變形結(jié)構(gòu)，因此，Θ + y =90度，且第二成形角Θ等于第一成形角α，第一傾斜角β等于第二傾斜角Y。一般第二成形角Θ =80度 85度。在本發(fā)明中，第三傾斜梁組件4的結(jié)構(gòu)與第二傾斜梁組件3的結(jié)構(gòu)是以橫向?qū)ΨQ中心線對稱相同的，故省略對第三傾斜梁組件4的結(jié)構(gòu)說明。在本發(fā)明中，由于本發(fā)明設計的微動平臺在同一平面內(nèi)為多邊變形結(jié)構(gòu)，因此，第五傾斜梁組件6的結(jié)構(gòu)與第一傾斜梁組件2的結(jié)構(gòu)是以縱向?qū)ΨQ中心線對稱相同的，故省略對第五傾斜梁組件6的結(jié)構(gòu)說明。第六傾斜梁組件7的結(jié)構(gòu)與第四傾斜梁組件5的結(jié)構(gòu)是以縱向?qū)ΨQ中心線對稱相同的，故省略對第六傾斜梁組件7的結(jié)構(gòu)說明。(四)第一導向梁組件12第一導向梁組件12與第二導向梁組件13的結(jié)構(gòu)相同。第一導向梁組件12包括有外薄板121、內(nèi)薄板122，外薄板121與內(nèi)薄板122之間是隔腔123。第一導向梁組件12設置在基座I的第一支撐臂101與輸出板11 一端之間，第二導向梁組件13設置在基座I的第二支撐臂102與輸出板11另一端之間。在本發(fā)明中，對于未添加導向梁組件的微動平臺如圖4A、4B所示，當輸出板11未承受Y軸方向上的外力時，來自直線電機15的驅(qū)動力Fx作用于輸入板9上，通過傾斜梁組件間的變形將產(chǎn)生兩個相同的分布力Fx'施加在輸出板11上,使其僅產(chǎn)生沿X軸方向的位移運動量δ ;當輸出板11承受沿Y軸正方向的外力FyW，輸出板11除了產(chǎn)生由驅(qū)動力Fx引起的沿X軸方向的位移運動量δ外，還產(chǎn)生由外力FY$起了沿Y軸正方向的微小位移運動量Λ，這一位移量Λ將直接影響到微動平臺的定位精度。同理，當輸出板11承受沿Y軸負方向的外力Fy時，會產(chǎn)生沿Y軸負方向的微小位移運動量。當在輸出板11的兩端添加導向梁組件時如圖4C所示，由于第一導向梁組件12與第二導向梁組件13沿X軸(即橫向?qū)ΨQ中心線)對稱分布，因此不會影響到輸出板11沿X軸方向的運動。當輸出板11承受沿Y軸正方向的外力Fy時，輸出板11會有沿Y軸正方向的運動趨勢，但是第一導向梁組件12會對其產(chǎn)生沿Y軸負方向的拉力阻礙其沿Y軸正方向運動，而第二導向梁組件13會對輸出板11產(chǎn)生沿Y軸負方向的斥力進一步阻礙其沿Y軸正方向運動，因此避免了輸出板11在外力作用力Fy下沿Y軸正方向的運動，進而起到了對輸出板11沿X軸方向的導向作用。同理，當輸出板11承受沿Y軸負方向的外力Fy時，導向梁組件也會對輸出板11起到沿X軸方向的導向作用。在本發(fā)明中，第一導向梁組件12采用一隔腔二薄板的結(jié)構(gòu)，在驅(qū)動力經(jīng)輸出桿輸出時，在剛-柔-剛-柔-剛的結(jié)構(gòu)設計上能夠保證驅(qū)動力沿X軸方向傳遞。(五)輸入板9輸入板9上設有A通孔9Β,該A通孔9Β用于放置直線電機15的輸出軸16,且通過螺釘9Α實現(xiàn)輸入板9與直線電機15的輸出軸16的連接。在本發(fā)明中，輸入板9作為承載驅(qū)動力的載體，在驅(qū)動力的作用下，輸入板9引導六個傾斜梁組件實現(xiàn)柔性變形。(六)輸出板11輸出板11上設有螺紋孔11Α，該螺紋孔IlA用于安裝輸出桿14的螺紋段14Α。輸出板11的兩端分別是第一導向梁組件12和第二導向梁組件13，由于導向梁組件為一隔腔一薄板結(jié)構(gòu)，在驅(qū)動力的作用下，為了保證輸出力沿X軸方向運動，在微動平臺結(jié)構(gòu)設計上，輸出板11為剛性，導向梁組件為柔性，基底為剛性，故得到了微動平臺的輸出為剛-柔-剛-柔-剛的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明設計的微動平臺，橫向?qū)ΨQ中心線與縱向?qū)ΨQ中心線的交點為坐標原點0，橫向?qū)ΨQ中心線為X軸方向，縱向?qū)ΨQ中心線為Y軸方向建立XYZ平面坐標系。因此，直線電機15的前進方向記為XYZ坐標系的X軸正方向，在直線電機的驅(qū)動力的作用下，六個傾斜梁的傾向方向存在有四種變化結(jié)構(gòu)，其中(—)柔性凸凸微動平臺運動變形結(jié)構(gòu)參見圖3A所示，當來自直線電機15的驅(qū)動力作用于輸入板9時，輸入板9可沿X軸正方向作直線運動；在驅(qū)動力的作用下輸入板9的運動引起了第二傾斜梁組件3和第三傾斜梁組4的變形,進一步引起第一過渡板8在沿y軸正方向運動的同時也沿X軸正方向有一定量的微小運動；而第二過渡板10在沿y軸負方向運動的同時也有沿X軸正方向一定量的微小運動，此時基座I、第一傾斜梁組2、第一過渡板8、第二傾斜梁組3、輸入板9、第三傾斜梁組4、第二過渡板10和第四傾斜梁組5構(gòu)成了第一級減速器；第一過渡板8和第二過渡板10沿兩個方向的運動引起了第五傾斜梁組6和第六傾斜梁組7的變形，進一步實現(xiàn)輸出板11沿X軸正方向運動，此時基座I、第一傾斜梁組件2、第一過渡板8、第五傾斜梁組件6、輸出板11、第六傾斜梁組件7、第二過渡板10、第四傾斜梁組件5和基座I構(gòu)成了第二級減速器，因此輸出板11經(jīng)兩個減速器實現(xiàn)了運動的兩級縮小。其中輸出板11沿X軸運動的正方向由第一過渡板8和第二過渡板10沿X軸的正運動方向決定，由于本發(fā)明微動平臺的對稱性設計，輸出板11沿X軸的運動量為第一過渡板8和第二過渡板10沿X軸運動量的兩倍。(二)柔性凹凹微動平臺運動變形結(jié)構(gòu)參見圖3B所示，當來自直線電機15的驅(qū)動力作用于輸入板9時，輸入板9可沿x軸正方向作直線運動；在驅(qū)動力的作用下輸入板9的運動引起了第二傾斜梁組件3和第三傾斜梁組4的變形,進一步引起第一過渡板8在沿y軸負方向運動的同時也沿X軸正方向有一定量的微小運動；而第二過渡板10在沿y軸正方向運動的同時也有沿X軸正方向一定量的微小運動，此時基座I、第一傾斜梁組2、第一過渡板8、第二傾斜梁組3、輸入板9、第三傾斜梁組4、第二過渡板10和第四傾斜梁組5構(gòu)成了第一級減速器；第一過渡板8和第二過渡板10沿兩個方向的運動引起了第五傾斜梁組6和第六傾斜梁組7的變形，進一步實現(xiàn)輸出板11沿X軸正方向運動，此時基座I、第一傾斜梁組件2、第一過渡板8、第五傾斜梁組件6、輸出板11、第六傾斜梁組件7、第二過渡板10、第四傾斜梁組件5和基座I構(gòu)成了第二級減速器，因此輸出板11經(jīng)兩個減速器實現(xiàn)了運動的兩級縮小。其中輸出板11沿X軸運動的正方向由第一過渡板8和第二過渡板10沿X軸的正運動方向決定，由于本發(fā)明微動平臺的對稱性設計，輸出板11沿X軸的運動量為第一過渡板8和第二過渡板10沿X軸運動量的兩倍。(三)柔性凸凹微動平臺運動變形結(jié)構(gòu)參見圖3C所示，當來自直線電機15的驅(qū)動力作用于輸入板9時，輸入板9可沿X軸正方向作直線運動；在驅(qū)動力的作用下輸入板9的運動引起了第二傾斜梁組件3和第三傾斜梁組4的變形,進一步引起第一過渡板8在沿y軸負方向運動的同時也沿X軸負方向有一定量的微小運動；而第二過渡板10在沿y軸正方向運動的同時也有沿X軸負方向一定量的微小運動，此時基座I、第一傾斜梁組2、第一過渡板8、第二傾斜梁組3、輸入板9、第三傾斜梁組4、第二過渡板10和第四傾斜梁組5構(gòu)成了第一級減速器；第一過渡板8和第二過渡板10沿兩個方向的運動引起了第五傾斜梁組6和第六傾斜梁組7的變形，進一步實現(xiàn)輸出板11沿X軸負方向運動，此時基座I、第一傾斜梁組件2、第一過渡板8、第五傾斜梁組件6、輸出板11、第六傾斜梁組件7、第二過渡板10、第四傾斜梁組件5和基座I構(gòu)成了第二級減速器，因此輸出板11經(jīng)兩個減速器實現(xiàn)了運動的兩級縮小。其中輸出板11沿X軸運動的負方向由第一過渡板8和第二過渡板10沿X軸的負運動方向決定，由于本發(fā)明微動平臺的對稱性設計，輸出板11沿X軸的運動量為第一過渡板8和第二過渡板10沿X軸運動量的兩倍。(四)柔性凹凸微動平臺運動變形結(jié)構(gòu)參見圖3D所示，當來自直線電機15的驅(qū)動力作用于輸入板9時，輸入板9可沿X軸正方向作直線運動；在驅(qū)動力的作用下輸入板9的運動引起了第二傾斜梁組件3和第三傾斜梁組4的變形,進一步引起第一過渡板8在沿y軸正方向運動的同時也沿X軸負方向有一定量的微小運動；而第二過渡板10在沿y軸負方向運動的同時也有沿X軸負方向一定量的微小運動，此時基座I、第一傾斜梁組2、第一過渡板8、第二傾斜梁組3、輸入板9、第三傾斜梁組4、第二過渡板10和第四傾斜梁組5構(gòu)成了第一級減速器；第一過渡板8和第二過渡板10沿兩個方向的運動引起了第五傾斜梁組6和第六傾斜梁組7的變形，進一步實現(xiàn)輸出板11沿X軸負方向運動，此時基座I、第一傾斜梁組件2、第一過渡板8、第五傾斜梁組件6、輸出板11、第六傾斜梁組件7、第二過渡板10、第四傾斜梁組件5和基座I構(gòu)成了第二級減速器，因此輸出板11經(jīng)兩個減速器實現(xiàn)了運動的兩級縮小。其中輸出板11沿X軸運動的負方向由第一過渡板8和第二過渡板10沿X軸的負運動方向決定，由于本發(fā)明微動平臺的對稱性設計，輸出板11沿X軸的運動量為第一過渡板8和第二過渡板10沿X軸運動量的兩倍。通過以上四種傾斜梁變形比較可發(fā)現(xiàn)由于本發(fā)明微動平臺的對稱性設計，傾斜梁組件可以分為兩種傾斜梁組件(2、5、6和7)與傾斜梁組件(3和4)，每組傾斜梁傾斜的方向有兩種，只要改變一次傾斜梁組的方向即可以改變輸出板11的方向，而改變兩次傾斜梁組的方向不改變輸出板11的方向。例如圖3B與圖3A相比較，兩組傾斜梁組的傾斜方向都發(fā)生了改變，因此圖3B機構(gòu)中輸出板11的方向與圖3A機構(gòu)中輸出板11的方向相同；圖3C與圖3A相比較，只改變了傾斜梁組(3和4)的傾斜方向，因此圖3C機構(gòu)中輸出板11的方向與圖3A機構(gòu)中輸出板11的方向相反；圖3D與圖3A相比較，只改變了傾斜梁組(2、
5、6和7)的傾斜方向，因此圖3D機構(gòu)中輸出板11的方向與圖3A機構(gòu)中輸出板11的方向相反。本發(fā)明微動平臺的對稱性設計是指(A)第一傾斜梁組件2以橫向?qū)ΨQ中心線與第四傾斜梁組件5對稱；(B)第五傾斜梁組件6以橫向?qū)ΨQ中心線與第六傾斜梁組件7對稱；(C)第二傾斜梁組件3以橫向?qū)ΨQ中心線與第三傾斜梁組件4對稱；(D)第一傾斜梁組件2以縱向中心線與第五傾斜梁組件6對稱；(E)第四傾斜梁組件5以縱向中心線與第六傾斜梁組件7對稱。本發(fā)明微動平臺的工作原理來自直線電機15的驅(qū)動力作用在輸入板9上，引起第二傾斜梁組件3和第三傾斜梁組件4發(fā)生變形；在第二傾斜梁組件3和第三傾斜梁組件4的變形下，第一過渡板8和第二過渡板10發(fā)生平移，從而引起第一傾斜梁組件2和第四傾斜梁組件5發(fā)生變形；在第一過渡板8和第二過渡板10的平移條件下，引起第五傾斜梁組件6和第六傾斜梁組件7發(fā)生變形，使得輸出板11產(chǎn)生平移，進而使得輸出桿14平移作用到物體上。在輸入板9承載力的作用下，基座I、第一傾斜梁組件2、第二傾斜梁組件3、輸入板9、第三傾斜梁組件4、第四傾斜梁組件5和基座I形成一個閉環(huán)的第一級減速器；基座I、第一傾斜梁組件2、第一過渡板8、第五傾斜梁組件6、輸出板11、第六傾斜梁組件7、第二過渡板10、第四傾斜梁組件5和基座I形成一個閉環(huán)的第二級減速器。其中，第一導向梁組件12和第二導向梁組件13作為Y軸加載力的導向限制，能夠保證輸出板11 (或者輸出桿14)的運動沿X軸方向運動。
權利要求
1.一種基于柔性傾斜梁的用于提高直線電機分辨率的微動平臺，其特征在于該微動平臺上設有基座(I)、第一傾斜梁組件(2)、第二傾斜梁組件(3)、第三傾斜梁組件(4)、第四傾斜梁組件(5)、第五傾斜梁組件(6)、第六傾斜梁組件(7)、第一過渡板(8)、第二過渡板 (10)、第一導向梁組件(12)、第二導向梁組件(13)、輸入板(9)、輸出板(11)、輸出桿(14)；第四傾斜梁組件(5)的結(jié)構(gòu)與第一傾斜梁組件(2)的結(jié)構(gòu)是以橫向?qū)ΨQ中心線對稱相同的；第五傾斜梁組件(6)的結(jié)構(gòu)與第一傾斜梁組件(2)的結(jié)構(gòu)是以縱向?qū)ΨQ中心線對稱相同的；第六傾斜梁組件(7)的結(jié)構(gòu)與第四傾斜梁組件(5)的結(jié)構(gòu)是以縱向?qū)ΨQ中心線對稱相同的；第三傾斜梁組件(4)的結(jié)構(gòu)與第二傾斜梁組件(3)的結(jié)構(gòu)是以橫向?qū)ΨQ中心線對稱相同的；第一導向梁組件(12)與第二導向梁組件(13)的結(jié)構(gòu)相同；第一過渡板(8)的結(jié)構(gòu)與第二過渡板(10)的結(jié)構(gòu)是以橫向?qū)ΨQ中心線對稱相同的；基座(I)的第一支撐臂(101)與第二支撐臂(102)之間設有第一導向梁組件(12)、輸出板(11)和第二導向梁組件(13)；基座(I)的底板(103)與輸出板(11)之間，且在橫向?qū)ΨQ中心線的一側(cè)設有第一傾斜梁組件(2)、第一過渡板(8)和第五傾斜梁組件(6);橫向?qū)ΨQ中心線的另一側(cè)設有第四傾斜梁組件(5)、第二過渡板(10)和第六傾斜梁組件(7);第一過渡板(8)與第二過渡板(10)之間設有第二傾斜梁組件(3)、輸入板(9)和第三傾斜梁組件(4);輸入板(9)上設有A通孔(9B)，該A通孔(9B)用于放置直線電機(15)的輸出軸(16)，且通過螺釘(9A)實現(xiàn)輸入板(9)與直線電機(15)的輸出軸(16)的連接；輸出桿(14)的螺紋段(14A)安裝在輸出板(11)的螺紋孔(IlA)中；直線電機(15 )的殼體通過螺釘(15A)安裝在基座(I)的底板(103 )上，且直線電機(15 ) 的輸出軸(16)穿過底板(103)上的B通孔(103A)后置于輸入板(9)的A通孔(9B)內(nèi)，通過螺釘(9A)使得直線電機(15)的輸出軸(16)與輸入板(9)安裝在一起。
2.根據(jù)權利要求I所述的基于柔性傾斜梁的用于提高直線電機分辨率的微動平臺，其特征在于該微動平臺的加工材料為鋁7075。
3.根據(jù)權利要求I所述的基于柔性傾斜梁的用于提高直線電機分辨率的微動平臺， 其特征在于基座(I)上設有第一支撐臂(101)、第二支撐臂(102)、底板(103)、第一側(cè)臂 (105)、第二側(cè)臂(104);第一側(cè)臂(105)內(nèi)側(cè)與第一傾斜梁組件(2)、第一過渡板(8)、第五傾斜梁組件(6)和第一導向梁組件(12)之間是第一 L形腔(107);第二側(cè)臂(104)內(nèi)側(cè)與第四傾斜梁組件(5)、第二過渡板(10)、第六傾斜梁組件(7)和第二導向梁組件(13)之間是第二 L形腔(106)。
4.根據(jù)權利要求I所述的基于柔性傾斜梁的用于提高直線電機分辨率的微動平臺，其特征在于第一傾斜梁組件(2)為二隔腔三薄板結(jié)構(gòu)；第一傾斜梁組件(2)包括有第一薄板(21)、第二薄板(22)和第三薄板(23)，第一薄板(21)與第二薄板(22)之間設有內(nèi)隔腔 (24)，第二薄板(22)與第三薄板(23)之間設有外隔腔(25)；為了實現(xiàn)薄板在受力條件下的柔性變形，第一傾斜梁組件(2)中的第一成形角α =80度 85度，第一傾斜角為β，且α + β = 90度。
5.根據(jù)權利要求I所述的基于柔性傾斜梁的用于提高直線電機分辨率的微動平臺，其特征在于第二傾斜梁組件(3)為二隔腔三薄板結(jié)構(gòu)；第二傾斜梁組件(3)包括有第四薄板(31)、第五薄板(32)和第六薄板(33)，第四薄板(31)與第五薄板(32)之間設有內(nèi)隔腔 (34)，第五薄板(32)與第六薄板(33)之間設有外隔腔(35)；為了實現(xiàn)薄板在受力條件下的柔性變形，第二傾斜梁組件(3)中的第二成形角Θ =80 度 85度，第二傾斜角為Y，且θ + γ =90度；第二成形角Θ等于第一成形角a ’第一傾斜角β等于第二傾斜角Y。
6.根據(jù)權利要求I所述的基于柔性傾斜梁的用于提高直線電機分辨率的微動平臺，其特征在于第一導向梁組件(12 )包括有外薄板(121)、內(nèi)薄板(122 )，外薄板(121)與內(nèi)薄板 (122)之間是隔腔(123)；第一導向梁組件(12 )設置在基座(I)的第一支撐臂(101)與輸出板(11) 一端之間，第二導向梁組件(13)設置在基座(I)的第二支撐臂(102)與輸出板(11)另一端之間。
7.根據(jù)權利要求I所述的基于柔性傾斜梁的用于提高直線電機分辨率的微動平臺，其特征在于輸出板(11)的兩端分別是第一導向梁組件(12)和第二導向梁組件(13)，由于導向梁組件為一隔腔一薄板結(jié)構(gòu)，在驅(qū)動力的作用下，為了保證輸出力沿X軸方向運動，在微動平臺結(jié)構(gòu)設計上，輸出板(11)為剛性，導向梁組件為柔性，基底為剛性，故得到了微動平臺的輸出為剛_柔-剛-柔-剛的結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權利要求I所述的基于柔性傾斜梁的用于提高直線電機分辨率的微動平臺，其特征在于在直線電機的驅(qū)動力的作用下，六個傾斜梁的傾向方向存在有四種變化結(jié)構(gòu)；(一)柔性凸凸微動平臺運動變形結(jié)構(gòu)當來自直線電機(15)的驅(qū)動力作用于輸入板(9)時，輸入板(9)可沿X軸正方向作直線運動；在驅(qū)動力的作用下輸入板(9)的運動引起了第二傾斜梁組件(3)和第三傾斜梁組(4) 的變形，進一步引起第一過渡板(8)在沿y軸正方向運動的同時也沿X軸正方向有一定量的微小運動；而第二過渡板(10)在沿y軸負方向運動的同時也有沿X軸正方向一定量的微小運動，此時基座(I)、第一傾斜梁組(2 )、第一過渡板(8 )、第二傾斜梁組(3 )、輸入板(9 )、 第三傾斜梁組(4)、第二過渡板(10)和第四傾斜梁組(5)構(gòu)成了第一級減速器；第一過渡板 (8)和第二過渡板(10)沿兩個方向的運動引起了第五傾斜梁組(6)和第六傾斜梁組(7)的變形，進一步實現(xiàn)輸出板(11)沿X軸正方向運動，此時基座(I)、第一傾斜梁組件(2)、第一過渡板(8)、第五傾斜梁組件(6)、輸出板(11)、第六傾斜梁組件(7)、第二過渡板(10)、第四傾斜梁組件(5)和基座(I)構(gòu)成了第二級減速器，因此輸出板(11)經(jīng)兩個減速器實現(xiàn)了運動的兩級縮小；(二)柔性凹凹微動平臺運動變形結(jié)構(gòu)當來自直線電機(15)的驅(qū)動力作用于輸入板(9)時，輸入板(9)可沿X軸正方向作直線運動；在驅(qū)動力的作用下輸入板(9)的運動引起了第二傾斜梁組件(3)和第三傾斜梁組(4) 的變形，進一步引起第一過渡板(8)在沿y軸負方向運動的同時也沿X軸正方向有一定量的微小運動；而第二過渡板(10)在沿y軸正方向運動的同時也有沿X軸正方向一定量的微小運動，此時基座(I)、第一傾斜梁組(2 )、第一過渡板(8 )、第二傾斜梁組(3 )、輸入板(9 )、 第三傾斜梁組(4)、第二過渡板(10)和第四傾斜梁組(5)構(gòu)成了第一級減速器；第一過渡板(8)和第二過渡板(10)沿兩個方向的運動引起了第五傾斜梁組(6)和第六傾斜梁組(7)的變形，進一步實現(xiàn)輸出板(11)沿X軸正方向運動，此時基座(I)、第一傾斜梁組件(2)、第一過渡板(8)、第五傾斜梁組件(6)、輸出板(11)、第六傾斜梁組件(7)、第二過渡板(10)、第四傾斜梁組件(5)和基座(I)構(gòu)成了第二級減速器，因此輸出板(11)經(jīng)兩個減速器實現(xiàn)了運動的兩級縮??；(三)柔性凸凹微動平臺運動變形結(jié)構(gòu)當來自直線電機15的驅(qū)動力作用于輸入板9時，輸入板9可沿X軸正方向作直線運動； 在驅(qū)動力的作用下輸入板9的運動引起了第二傾斜梁組件3和第三傾斜梁組4的變形，進一步引起第一過渡板8在沿y軸負方向運動的同時也沿X軸負方向有一定量的微小運動； 而第二過渡板10在沿y軸正方向運動的同時也有沿X軸負方向一定量的微小運動，此時基座I、第一傾斜梁組2、第一過渡板8、第二傾斜梁組3、輸入板9、第三傾斜梁組4、第二過渡板10和第四傾斜梁組5構(gòu)成了第一級減速器；第一過渡板8和第二過渡板10沿兩個方向的運動引起了第五傾斜梁組6和第六傾斜梁組7的變形，進一步實現(xiàn)輸出板11沿X軸負方向運動，此時基座I、第一傾斜梁組件2、第一過渡板8、第五傾斜梁組件6、輸出板11、第六傾斜梁組件7、第二過渡板10、第四傾斜梁組件5和基座I構(gòu)成了第二級減速器，因此輸出板 11經(jīng)兩個減速器實現(xiàn)了運動的兩級縮小；(四)柔性凹凸微動平臺運動變形結(jié)構(gòu)當來自直線電機(15)的驅(qū)動力作用于輸入板(9)時，輸入板(9)可沿X軸正方向作直線運動；在驅(qū)動力的作用下輸入板(9)的運動引起了第二傾斜梁組件(3)和第三傾斜梁組(4) 的變形，進一步引起第一過渡板(8)在沿y軸正方向運動的同時也沿X軸負方向有一定量的微小運動；而第二過渡板(10)在沿y軸負方向運動的同時也有沿X軸負方向一定量的微小運動，此時基座(I)、第一傾斜梁組(2 )、第一過渡板(8 )、第二傾斜梁組(3 )、輸入板(9 )、 第三傾斜梁組(4)、第二過渡板(10)和第四傾斜梁組(5)構(gòu)成了第一級減速器；第一過渡板(8)和第二過渡板(10)沿兩個方向的運動引起了第五傾斜梁組(6)和第六傾斜梁組(7)的變形，進一步實現(xiàn)輸出板(11)沿X軸負方向運動，此時基座(I)、第一傾斜梁組件(2)、第一過渡板(8)、第五傾斜梁組件(6)、輸出板(11)、第六傾斜梁組件(7)、第二過渡板(10)、第四傾斜梁組件(5)和基座(I)構(gòu)成了第二級減速器，因此輸出板(11)經(jīng)兩個減速器實現(xiàn)了運動的兩級縮小。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于柔性傾斜梁的用于提高直線電機分辨率的微動平臺，該微動平臺上設有基座、六個傾斜梁組件、兩個過渡板、一個輸入板、一個輸出板、兩個導向梁組件。在微動平臺的輸出板上安裝有輸出桿，直線電機的輸出軸與微動平臺的輸入板連接，從而實現(xiàn)將驅(qū)動力作用到微動平臺上。本發(fā)明微動平臺在同一平面內(nèi)具有兩級減速器的功能，利用運動縮小的原理來提高直線電機的分辨率，克服了直線電機分辨率較低的缺點。
文檔編號G12B5/00GK102930904SQ201210382559
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月10日 優(yōu)先權日2012年10月10日
發(fā)明者孫先濤, 陳偉海, 周銳, 張建斌 申請人:北京航空航天大學