一种亚微米级精密柔性微动系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种亚微米级精密柔性微动系统，涉及微操作技术领域。亚微米级精密柔性微动系统包括机构本体、驱动器以及二十个直圆型柔性铰链组成柔性铰链机构。微驱动器与机构空心处顶部连接，并通过控制器与电源连接。且基于杠杆原理及柔性导向、传动原理，采用一部分柔性铰链用于保证驱动器在运动过程中不承受横向力及力矩，且不产生非运动方向的附加位移，确保机构本体运动的精密性及平稳性；采用另一部分柔性铰链用于将微动输入机构输入的运动Δu进行精密传动，使得微动输出机构用于输出位移Δv。该机构具备可将直线位移精确输出、定位精度高、不会产生非运动方向附加位移、结构简单、易于控制、运动精度高、性能优良等优点。

A Submicron Precision Flexible Micro-motion System

【技术实现步骤摘要】
一种亚微米级精密柔性微动系统
本技术涉及微操作
，具体而言，涉及一种亚微米级精密柔性微动系统。
技术介绍
随着高科技领域机械系统需求高精度化及微型化趋势迅速发展，精密以及超精密技术在微电子、数控加工、生物医学等高端
方面得到了广泛的应用。宏微驱动技术由于解决了运动大行程和高精度的矛盾而成为实现精密以及超精密技术的重要手段，广泛应用于生物医学、精密电子、军事等
但是，现有技术中提供的微动系统存在精确性与有效性较低的问题。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种亚微米级精密柔性微动系统，基于柔性铰链传动及导向原理，并采用有限元法分别进行了运动性能、强度性能、动态性能分析，分析显示系统最大定位误差值为0.215μm、强度满足设计要求、具有优良的动态性能，同时具有较高的精确性及有效性。本技术的实施例是这样实现的：一种亚微米级精密柔性微动系统，包括：机构本体，机构本体具有微动输入机构以及微动输出机构，微动输入机构用于输入运动Δu，微动输出机构用于输出位移Δv；驱动器，驱动器设置于机构本体，且用于为微动输入机构提供运动位移，微动输入机构在驱动器的驱动作用下用于输入运动Δu；多个直圆型柔性铰链组成的柔性铰链机构，多个直圆型柔性铰链对称设置于机构本体，且多个直圆型柔性铰链包括第一组柔性铰链与第二组柔性铰链，第一组柔性铰链用于保证驱动器在运动过程中不承受横向力及力矩，且不产生非运动方向的附加位移，确保机构本体运动的精密性及平稳性；第二组柔性铰链用于将微动输入机构输入的运动Δu进行精密传动，使得微动输出机构用于输出位移Δv。进一步地，在本技术的较佳实施例中，多个直圆型柔性铰链的数量为二十个，且第一组柔性铰链具有十六个直圆型柔性铰链，第二组柔性铰链具有四个直圆型柔性铰链。进一步地，在本技术的较佳实施例中，第一组柔性铰链的十六个直圆型柔性铰链对称分布于驱动器两侧。进一步地，在本技术的较佳实施例中，机构本体具有对称设置的第一本体与第二本体，且第一本体上设置有十个直圆型柔性铰链，第二本体上设置有十个直圆型柔性铰链，对称分布的直圆型柔性铰链用于组成双轴柔性铰链，双轴柔性铰链用于保证驱动器不承受非运动的方向的力。进一步地，在本技术的较佳实施例中，第一组柔性铰链的十六个直圆型柔性铰链中，其中八个设置于第一本体，另外八个设置于第二本体；第二组柔性铰链的四个直圆型柔性铰链中，其中两个设置于第一本体，另外两个设置于第二本体。进一步地，在本技术的较佳实施例中，第一本体与第二本体上均间隔设置有多个固定组件，且第一本体与第二本体上的多个固定组件对称设置。进一步地，在本技术的较佳实施例中，固定组件为沉头螺钉，固定组件的个数为九个，其中四个沉头螺钉设置于第一本体，四个沉头螺钉对称设置于第二本体，剩下一个设置于第一本体与第二本体的对称轴上。进一步地，在本技术的较佳实施例中，沉头螺钉为M4沉头螺钉。进一步地，在本技术的较佳实施例中，驱动器为压电陶瓷致动器。进一步地，在本技术的较佳实施例中，直圆型柔性铰链的半径均为3mm，且最小距离均为1mm。上述方案的有益效果：本技术提供了一种亚微米级精密柔性微动系统，包括机构本体、驱动器以及多个直圆型柔性铰链组成的柔性铰链机构。其中，机构本体为各部件的运动与安装提供了基础与保证，机构本体具有微动输入机构以及微动输出机构，微动输入机构用于输入运动Δu，微动输出机构用于输出位移Δv。同时，驱动器设置于机构本体，且用于为微动输入机构提供运动位移，微动输入机构在驱动器的驱动作用下用于输入运动Δu。驱动器主要用于为微动输入机构提供驱动力，使得微动输出机构可以输出运动Δv。并且，多个直圆型柔性铰链对称设置于机构本体，且多个直圆型柔性铰链包括第一组柔性铰链与第二组柔性铰链，第一组柔性铰链用于保证驱动器在运动过程中不承受横向力及力矩，且不产生非运动方向的附加位移，确保机构本体运动的精密性及平稳性；第二组柔性铰链用于将微动输入机构输入的运动Δu进行精密传动，使得微动输出机构用于输出位移Δv。第一组柔性铰链充分保证了机构本体的运动平稳性，同时确保驱动器在运动过程中不承受横向力及力矩，且不产生非运动方向的附加位移。第二组柔性铰链结构在第一组柔性铰链机构的基础之上进行位移的传动，最终精确地输出位移Δv。综上所述，该亚微米级精密柔性微动系统基于柔性铰链传动及导向原理，并采用有限元法分别进行了运动性能、强度性能、动态性能分析，分析显示系统最大定位误差值为0.215μm、强度满足设计要求、具有优良的动态性能，同时具有较高的精确性及有效性。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本技术的实施例提供的亚微米级精密柔性微动系统在第一视角下的结构示意图；图2为本技术的实施例提供的亚微米级精密柔性微动系统在第二视角下的结构示意图；图3为本技术的实施例提供的亚微米级精密柔性微动系统的表面印记图；图4为本技术的实施例提供的亚微米级精密柔性微动系统的有限元网格划分模型图；图5为本技术的实施例提供的亚微米级精密柔性微动系统中，输入值为1.5μm时的系统运动有限元分析结果示意图；图6为本技术的实施例提供的亚微米级精密柔性微动系统的最大模拟应力分析图；图7为本技术的实施例提供的亚微米级精密柔性微动系统前六阶固有频率图。图标：100-亚微米级精密柔性微动系统；101-机构本体；103-微动输入机构；105-微动输出机构；107-驱动器；109-第一组柔性铰链；111-第二组柔性铰链；1-第一柔性铰链；2-第二柔性铰链；3-第三柔性铰链；4-第四柔性铰链；5-第五柔性铰链；6-第六柔性铰链；7-第七柔性铰链；8-第八柔性铰链；9-第九柔性铰链；10-第十柔性铰链；11-第十一柔性铰链；12-第十二柔性铰链；13-第十三柔性铰链；14-第十四柔性铰链；15-第十五柔性铰链；16-第十六柔性铰链；17-第十七柔性铰链；18-第十八柔性铰链；19-第十九柔性铰链；20-第二十柔性铰链；113-第一本体；115-第二本体；117-沉头螺钉。具体实施方式为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本技术实施例的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种亚微米级精密柔性微动系统，其特征在于，包括：机构本体，所述机构本体具有微动输入机构以及微动输出机构，所述微动输入机构用于输入运动Δu，利用柔性铰链传动及导向原理，所述微动输出机构用于输出位移Δv；驱动器，所述驱动器设置于所述机构本体，且用于为所述微动输入机构提供运动位移，所述微动输入机构在所述驱动器的驱动作用下用于输入运动Δu；多个直圆型柔性铰链组成的柔性铰链机构，多个所述直圆型柔性铰链对称设置于所述机构本体，且多个直圆型柔性铰链包括第一组柔性铰链与第二组柔性铰链，所述第一组柔性铰链用于保证驱动器在运动过程中不承受横向力及力矩，且不产生非运动方向的附加位移，确保所述机构本体运动的精密性及平稳性；所述第二组柔性铰链用于将所述微动输入机构输入的运动Δu进行精密传动，使得所述微动输出机构用于输出位移Δv；多个所述直圆型柔性铰链的数量为二十个，且所述第一组柔性铰链具有十六个所述直圆型柔性铰链，所述第二组柔性铰链具有四个所述直圆型柔性铰链；其中，所述第一组柔性铰链包括对称分布于所述驱动器两侧的第一柔性铰链、第二柔性铰链、第三柔性铰链、第四柔性铰链、第五柔性铰链、第六柔性铰链、第七柔性铰链、第八柔性铰链、第九柔性铰链、第十柔性铰链、第十一柔性铰链、第十二柔性铰链、第十三柔性铰链、第十四柔性铰链、第十五柔性铰链以及第十六柔性铰链；第二组柔性铰链包括第十七柔性铰链、第十八柔性铰链、第十九柔性铰链以及第二十柔性铰链；并且，所述第一柔性铰链与第二柔性铰链相对设置；所述第三柔性铰链与所述第四柔性铰链相对设置，且位于所述第一柔性铰链与所述第二柔性铰链的下方，所述第九柔性铰链与所述第十柔性铰链相对设置，且位于所述第三柔性铰链与所述第四柔性铰链的下方，所述第十一柔性铰链与所述第十二柔性铰链相对设置，且位于所述第九柔性铰链与所述第十柔性铰链的下方，所述第五柔性铰链与所述第六柔性铰链相对设置，且位于所述第一柔性铰链与所述第二柔性铰链的对侧，所述第七柔性铰链与所述第八柔性铰链相对设置，且位于所述第五柔性铰链与所述第六柔性铰链的下方，位于所述第三柔性铰链以及所述第四柔性铰链的对侧，所述第十三柔性铰链与所述第十四柔性铰链位于所述第七柔性铰链与所述第八柔性铰链的下方，且位于所述第九柔性铰链以及所述第十柔性铰链的对侧，所述第十五柔性铰链与所述第十六柔性铰链相对设置，且位于所述第十三柔性铰链与所述第十四柔性铰链的下方，位于所述第九柔性铰链与所述第十柔性铰链的对侧，所述第十七柔性铰链与所述第十八柔性铰链相对设置且位于上方，所述第十九柔性铰链与所述第二十柔性铰链相对设置，且位于所述第十七柔性铰链与所述第十八柔性铰链的右侧。...

【技术特征摘要】
1.一种亚微米级精密柔性微动系统，其特征在于，包括：机构本体，所述机构本体具有微动输入机构以及微动输出机构，所述微动输入机构用于输入运动Δu，利用柔性铰链传动及导向原理，所述微动输出机构用于输出位移Δv；驱动器，所述驱动器设置于所述机构本体，且用于为所述微动输入机构提供运动位移，所述微动输入机构在所述驱动器的驱动作用下用于输入运动Δu；多个直圆型柔性铰链组成的柔性铰链机构，多个所述直圆型柔性铰链对称设置于所述机构本体，且多个直圆型柔性铰链包括第一组柔性铰链与第二组柔性铰链，所述第一组柔性铰链用于保证驱动器在运动过程中不承受横向力及力矩，且不产生非运动方向的附加位移，确保所述机构本体运动的精密性及平稳性；所述第二组柔性铰链用于将所述微动输入机构输入的运动Δu进行精密传动，使得所述微动输出机构用于输出位移Δv；多个所述直圆型柔性铰链的数量为二十个，且所述第一组柔性铰链具有十六个所述直圆型柔性铰链，所述第二组柔性铰链具有四个所述直圆型柔性铰链；其中，所述第一组柔性铰链包括对称分布于所述驱动器两侧的第一柔性铰链、第二柔性铰链、第三柔性铰链、第四柔性铰链、第五柔性铰链、第六柔性铰链、第七柔性铰链、第八柔性铰链、第九柔性铰链、第十柔性铰链、第十一柔性铰链、第十二柔性铰链、第十三柔性铰链、第十四柔性铰链、第十五柔性铰链以及第十六柔性铰链；第二组柔性铰链包括第十七柔性铰链、第十八柔性铰链、第十九柔性铰链以及第二十柔性铰链；并且，所述第一柔性铰链与第二柔性铰链相对设置；所述第三柔性铰链与所述第四柔性铰链相对设置，且位于所述第一柔性铰链与所述第二柔性铰链的下方，所述第九柔性铰链与所述第十柔性铰链相对设置，且位于所述第三柔性铰链与所述第四柔性铰链的下方，所述第十一柔性铰链与所述第十二柔性铰链相对设置，且位于所述第九柔性铰链与所述第十柔性铰链的下方，所述第五柔性铰链与所述第六柔性铰链相对设置，且位于所述第一柔性铰链与所述第二柔性铰链的对侧，所述第七柔性铰链与所述第八柔性铰链相对设置，且位于所述第五柔性铰链与所述第六柔性铰链的下方，位于所述第三柔...

【专利技术属性】
技术研发人员：张传伟，许可俊，杨满芝，郭卫，李妞妞，柴蓉霞，陈鹤，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：新型
国别省市：陕西,61