一种基于柔顺机构的尺蠖式精密旋转微驱动器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于柔顺机构的尺蠖式精密旋转微驱动器，包括2个驱动机构、2个箝位机构、动子和支架；所述2个驱动机构结构相同，分别为第一驱动机构和第二驱动机构；所述2个箝位机构结构相同，分别为第一箝位机构和第二箝位机构；所述2个驱动机构位于两侧，2个箝位机构位于2个驱动机构之间；所述动子位于支架上，置于所述旋转微驱动器的对称中心，通过输出孔与各个机构相互配合；所述箝位机构可以夹紧或释放动子；夹紧时，动子跟随箝位机构一起旋转；释放时，动子自由运动。本发明专利技术所提供的微驱动器具有行程大、分辨率高、输出负载大、可双向运动等优点。

An inchworm-type precision rotary micro-actuator based on compliant mechanism

【技术实现步骤摘要】
一种基于柔顺机构的尺蠖式精密旋转微驱动器
本专利技术属于精密微操作
，具体涉及一种基于柔顺机构的尺蠖式精密旋转微驱动器，主要应用于超精密加工、精密工程、微机电系统(MEMS)、微电子工程、生物工程、半导体制造等高尖端科学

技术介绍
随着微机械加工、超精密加工与测量、精密光学工程、生物工程、现代医学、半导体制造、航空航天等领域的迅速发展，传统的驱动器受其工作原理和机械结构限制，已无法满足超精密和高精度定位的要求，迫切需要纳米级、亚纳米级精度的超精密直线微驱动器实现其功能。尺蠖式直线驱动器是模仿自然界生物尺蠖的运动规律、能实现微位移累加以获得大行程的驱动器。但是，目前尺蠖式直线驱动器还存在运行速度低、输出负载小、运动稳定性差等问题。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于柔顺机构的尺蠖式精密旋转微驱动器，该驱动器具有行程大、分辨率高、输出负载大、可双向运动等优点。为此，本专利技术采用了以下技术方案：一种基于柔顺机构的尺蠖式精密旋转微驱动器，包括2个驱动机构、2个箝位机构、动子和支架；所述2个驱动机构结构相同，分别为第一驱动机构和第二驱动机构；所述2个箝位机构结构相同，分别为第一箝位机构和第二箝位机构；所述2个驱动机构位于两侧，2个箝位机构位于2个驱动机构之间；所述动子位于支架上，置于所述旋转微驱动器的对称中心，通过输出孔与各个机构相互配合；所述箝位机构可以夹紧或释放动子；夹紧时，动子跟随箝位机构一起旋转；释放时，动子自由运动。优选地，所述箝位机构主要由左右对称布置的2个位移放大杠杆结构、箝位机构定子及箝位输出端组成；2个位移放大杠杆结构分别是第一位移放大杠杆结构和第二位移放大杠杆结构；所述第一位移放大杠杆结构主要由箝位输入端、第一直圆型柔性铰链、第二直圆型柔性铰链、第三直圆型柔性铰链及第一杆件共同组成，其中，第二直圆型柔性铰链为第一位移放大结构的支点，第三直圆型柔性铰链为第一位移放大结构的输出端；所述第二位移放大杠杆结构主要由第四直圆型柔性铰链、第五直圆型柔性铰链、直角型柔性铰链及第三杆件组成，其中，第四直圆型柔性铰链为第二位移放大结构的输入端，第五直圆型柔性铰链为第二位移放大结构的输出端，直角型柔性铰链为第二位移放大结构的支点；2个位移放大结构采用串联连接的形式，第一位移放大杠杆结构的输出端与第二位移放大杠杆结构的输入端通过第二杆件串联相连；所述第二位移放大结构的输出端与箝位输出端直接相连接。优选地，所述箝位输出端的上部连接了由第一直梁柔性铰链、第二直梁柔性铰链组成的平行四边行导向结构；所述箝位机构定子主要由1个放置压电陶瓷的底面挡板、1个压电陶瓷的侧面挡板、4个固定压电陶瓷上表面挡板的螺栓孔、4个箝位机构与驱动机构固定连接的螺栓孔组成。优选地，所述箝位机构还包括箝位活动构件，箝位活动构件上下表面的高度比箝位机构定子的表面低2-3mm，放置压电陶瓷的底面挡板下表面与箝位机构定子的下表面平齐，压电陶瓷的侧面挡板与箝位机构定子等高。优选地，所述驱动机构主要由1个驱动支链和1对相对布置的驱动机构定子组成；所述驱动支链主要由1个旋转圆环、4个驱动机构旋转圆环与箝位机构固定连接的螺栓孔、2个相对布置的角位移放大杠杆结构组成；所述角位移放大杠杆结构主要由第三位移放大杠杆结构和位移转换结构组成；所述第三位移放大杠杆结构主要由驱动机构驱动端、第六直圆型柔性铰链、第四杆件以及第七直圆型柔性铰链共同组成，所述第六直圆型柔性铰链为第三位移放大杠杆结构的支点；所述位移转换机构主要由第五杆件、第八直圆型柔性铰链以及和旋转圆环直接相连接的第六杆件组成；所述第三位移放大杠杆结构与位移转换结构之间通过第五杆件连接；所述驱动机构定子主要由驱动定子端块、驱动机构定子与支架固定连接的螺栓孔、压电陶瓷底面挡板、第七杆件、第八杆件以及驱动机构中心孔共同组成，所述驱动定子端块与支架直接固定连接。优选地，所述第六直圆型柔性铰链与第七直圆型柔性铰链之间的距离大于第六直圆型柔性铰链到驱动机构驱动端的距离时，驱动机构驱动端的位移被第三位移放大杠杆结构放大并通过第五杆件传递给第八直圆型柔性铰链，第八直圆型柔性铰链再通过第六杆件将直线输入位移转化为旋转圆环的旋转运动，实现放大的直线位移转化为旋转圆环的旋转位移。优选地，所述动子分别与支架、驱动机构中心孔配合且被箝位机构的箝位片夹紧或松开。优选地，所述动子为细长圆柱形结构，其两端各设有一段螺纹，用于联接负载。优选地，所述支架主要由2个竖直放置和1个水平放置的薄板共同组成，竖直放置的薄板表面设有6个用于固定驱动机构定子的螺栓孔、1个和动子相配合的竖直支架中心孔，侧面设有与水平支架固定连接的螺栓孔，底面设有3个用于和其他平台固定的螺栓孔；水平放置的薄板设有水平支架定位端、与竖直支架固定连接的螺栓孔，用于两个竖直支架的水平定位，使整个结构处于稳定状态。优选地，所述微驱动器采用驱动机构驱动箝位机构作往复旋转运动、箝位机构通过箝位片钳紧动子以带动动子作往复旋转运动的运动形式仿生尺蠖的运动规律。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术的微驱动器采用柔性铰链传递微位移运动，与传统微驱动器相比，具有精度高的特点。(2)本专利技术的微驱动器，箝位机构采用对称布置的2个具有柔性铰链的二级位移放大杠杆结构传递钳紧力和1对具有平行导向结构的箝位片及双侧对钳方式实现对动子的夹紧作用，具有钳紧力大、钳位牢固稳定、承载能力强的特点。(3)本专利技术的微驱动器，驱动机构采用放大的直线位移转为旋转圆环旋转位移的角位移放大杠杆结构，具有单步输出位移大、运动分辨率高的特点。(4)本专利技术的微驱动器，采用驱动机构驱动箝位机构，箝位机构带动动子运动实现仿生尺蠖运动规律，采用细长圆柱形轴作为驱动器的动子，具有运动速度快的特点。(5)本专利技术的微驱动器，第一箝位机构、第一驱动机构与第二箝位机构、第二驱动机构采用左右对称布置，动子具有顺时或逆时双向转动的特点。(6)适用范围广，本专利技术的微驱动器可应用于超精密加工、精密工程、微机电系统、微电子工程、生物工程、半导体制造等领域。附图说明图1是本专利技术所提供的一种基于柔顺机构的尺蠖式精密旋转微驱动器的结构组成示意图。图2是本专利技术所提供的一种基于柔顺机构的尺蠖式精密旋转微驱动器的剖面结构示意图。图3是本专利技术所提供的一种基于柔顺机构的尺蠖式精密旋转微驱动器中箝位机构的结构示意图。图4是本专利技术所提供的一种基于柔顺机构的尺蠖式精密旋转微驱动器中箝位机构的轴侧结构示意图。图5是本专利技术所提供的一种基于柔顺机构的尺蠖式精密旋转微驱动器中驱动机构的结构示意图。图6是本专利技术所提供的一种基于柔顺机构的尺蠖式精密旋转微驱动器中驱动机构的轴侧结构示意图。图7是本专利技术所提供的一种基于柔顺机构的尺蠖式精密旋转微驱动器中动子的结构示意图。图8是本专利技术所提供的一种基于柔顺机构的尺蠖式精密旋转微驱动器中支架的结构示意图。图9是本专利技术所提供的一种基于柔顺机构的尺蠖式精密旋转微驱动器的设计原理示意图。附图标记说明：1、第一驱动单元；2、第一箝位单元；3、第二驱动单元；4、第二箝位单元；5、输出单元；6、箝位输入端；7、第一直圆型柔性铰链；8、第二直圆型柔性铰链；9、第一杆件；10、第三直圆型柔性铰链；11、第二杆件本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于柔顺机构的尺蠖式精密旋转微驱动器，包括2个驱动机构、2个箝位机构、动子(56)和支架(57)，其特征在于：所述2个驱动机构结构相同，分别为第一驱动机构(52)和第二驱动机构(55)；所述2个箝位机构结构相同，分别为第一箝位机构(53)和第二箝位机构(54)；所述2个驱动机构位于两侧，2个箝位机构位于2个驱动机构之间；所述动子(56)位于支架(57)上，置于所述旋转微驱动器的对称中心，通过输出孔与各个机构相互配合；所述箝位机构可以夹紧或释放动子(56)；夹紧时，动子(56)跟随箝位机构一起旋转；释放时，动子(56)自由运动。

【技术特征摘要】
1.一种基于柔顺机构的尺蠖式精密旋转微驱动器，包括2个驱动机构、2个箝位机构、动子(56)和支架(57)，其特征在于：所述2个驱动机构结构相同，分别为第一驱动机构(52)和第二驱动机构(55)；所述2个箝位机构结构相同，分别为第一箝位机构(53)和第二箝位机构(54)；所述2个驱动机构位于两侧，2个箝位机构位于2个驱动机构之间；所述动子(56)位于支架(57)上，置于所述旋转微驱动器的对称中心，通过输出孔与各个机构相互配合；所述箝位机构可以夹紧或释放动子(56)；夹紧时，动子(56)跟随箝位机构一起旋转；释放时，动子(56)自由运动。2.根据权利要求1所述的一种基于柔顺机构的尺蠖式精密旋转微驱动器，其特征在于：所述箝位机构主要由左右对称布置的2个位移放大杠杆结构、箝位机构定子(26)及箝位输出端(18)组成；2个位移放大杠杆结构分别是第一位移放大杠杆结构(20)和第二位移放大杠杆结构(19)；所述第一位移放大杠杆结构(20)主要由箝位输入端(6)、第一直圆型柔性铰链(7)、第二直圆型柔性铰链(8)、第三直圆型柔性铰链(10)及第一杆件(9)共同组成，其中，第二直圆型柔性铰链(8)为第一位移放大结构(20)的支点，第三直圆型柔性铰链(10)为第一位移放大结构(20)的输出端；所述第二位移放大杠杆结构(19)主要由第四直圆型柔性铰链(12)、第五直圆型柔性铰链(15)、直角型柔性铰链(14)及第三杆件(13)组成，其中，第四直圆型柔性铰链(12)为第二位移放大结构(19)的输入端，第五直圆型柔性铰链(15)为第二位移放大结构(19)的输出端，直角型柔性铰链(14)为第二位移放大结构(19)的支点；2个位移放大结构采用串联连接的形式，第一位移放大杠杆结构(20)的输出端与第二位移放大杠杆结构(19)的输入端通过第二杆件(11)串联相连；所述第二位移放大结构(19)的输出端与箝位输出端(18)直接相连接。3.根据权利要求2所述的一种基于柔顺机构的尺蠖式精密旋转微驱动器，其特征在于：所述箝位输出端(18)的上部连接了由第一直梁柔性铰链(16)、第二直梁柔性铰链(17)组成的平行四边行导向结构；所述箝位机构定子(26)主要由1个放置压电陶瓷的底面挡板(22)、1个压电陶瓷的侧面挡板(23)、4个固定压电陶瓷上表面挡板的螺栓孔(21)、4个箝位机构与驱动机构固定连接的螺栓孔(24)组成。4.根据权利要求3所述的一种基于柔顺机构的尺蠖式精密旋转微驱动器，其特征在于：所述箝位机构还包括箝位活动构件(25)，箝位活动构件(25)上下表面的高度比箝位机构定子(26)的表面低2-3mm，放置压电陶瓷的底面挡板(22)下表面与箝位机构定子(26)的下表面平齐，压电陶瓷的侧面挡板(23)与箝位机构定子(26)等高。5.根据权利要求1所述的一种基于柔顺机构的尺蠖式精密旋转微驱动器，其特征在于：所述驱动机构主要由1个驱动...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡俊峰，何建康，杨展宏，
申请(专利权)人：江西理工大学，
类型：发明
国别省市：江西,36