基于波纹薄片的自装配柔顺旋转铰链、形成方法和平台技术

本发明专利技术公开了一种基于波纹薄片的自装配柔顺旋转铰链、形成方法和平台，涉及精密传动和精密定位技术领域，其包括：公头旋转关节和母头旋转关节，所述公头旋转关节的一端和所述母头旋转关节的一端活动配合并在同一直线上；两半月周期波纹柔性体，两所述半月周期波纹柔性体均具有沿半月弧线周期性扩展形成的多个圆弧段，任意两个所述圆弧段之间相切，两所述半月周期波纹柔性体的两端分别连接在所述公头旋转关节的和所述母头旋转关节，两所述半月周期波纹柔性体沿所述公头旋转关节和所述母头旋转关节形成的直线对称设置，且两所述半月周期波纹柔性体轴线重合。周期波纹柔性体轴线重合。周期波纹柔性体轴线重合。

【技术实现步骤摘要】
基于波纹薄片的自装配柔顺旋转铰链、形成方法和平台


[0001]本专利技术涉及精密传动和精密定位
，具体涉及一种基于波纹薄片的自装配柔顺旋转铰链、形成方法和平台。

技术介绍

[0002]现有技术如专利CN 104332183 A公开的一种新型大行程高精密定位平台，精密定位平台的整体尺寸在60mm
×
60mm以内，其将波纹型薄片用作柔性元件，能获得几毫米的二维平动输出和一维转动输出，可根据具体工作环境改变波纹型薄片的结构尺寸，得到适当的最大行程。采用柔性体呈正三角形分布的结构，提高了输出的稳定性，即降低了运动时轴心的漂移。柔性体部分采用线切割机床一体化加工成型，避免了装配引入的误差。
[0003]但现有技术中的上述高精密定位平台虽然采用正三角布置可以减小轴漂，但从运动控制来说仍存在较大误差，此外，上述高精密定位平台转动运动是通过平动耦合运动进行控制输出的，无论是对定位的控制还是对误差的补偿都存在比较复杂的关系。
[0004]目前，常见的精密定位平台多数采用缺口型柔性铰链作为柔性元件，虽然在配合高性能的驱动器及优良的驱动方式后，其能达到亚微米甚至纳米级的定位精度，但其工作范围只有几十微米。少数微电机驱动的商用精密定位平台，虽然运动范围能达到毫米级，但精度却不够高，而且具有传统机械无法避免的缺点。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的不足，本专利技术提供一种基于波纹薄片的自装配柔顺旋转铰链、形成方法和平台，在实现大行程的运动范围情况下还能获得高精度转角定位性能。<br/>[0006]为实现上述目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种基于波纹薄片的自装配大行程柔顺旋转铰链，其包括：
[0008]公头旋转关节和母头旋转关节，所述公头旋转关节的一端和所述母头旋转关节的一端活动配合并在同一直线上；
[0009]两半月周期波纹柔性体，两所述半月周期波纹柔性体均具有沿半月弧线周期性扩展形成的多个圆弧段，任意两个所述圆弧段之间相切，两所述半月周期波纹柔性体的两端分别连接在所述公头旋转关节和所述母头旋转关节，两所述半月周期波纹柔性体沿所述公头旋转关节和所述母头旋转关节形成的直线对称设置，且两所述半月周期波纹柔性体轴线重合。
[0010]第二方面，本专利技术提供了一种半月周期波纹柔性体的形成方法，其包括：
[0011]所述半月周期波纹柔性体均具有沿半月弧线周期性扩展形成的多个圆弧段，任意两个所述圆弧段之间相切，每个所述圆弧段包括依次连接的波纹周期起始段、波纹周期中间段和波纹周期结束段；
[0012]建立所述波纹周期起始段、所述波纹周期中间段和所述波纹周期结束段的柔度矩
阵；
[0013]根据所述波纹周期起始段、所述波纹周期中间段和所述波纹周期结束段的柔度矩阵建立所述圆弧段的柔度矩阵；
[0014]根据所述圆弧段的柔度矩阵建立所述半月周期波纹柔性体的柔度矩阵。
[0015]第三方面，本专利技术还提供了一种精密定位平台，其包括：
[0016]带有如上所述的基于波纹薄片的自装配大行程柔顺旋转铰链的传动部件。
[0017]本专利技术与现有技术相比，其有益效果在于：
[0018](1)基于波纹薄片的自装配大行程柔顺旋转铰链的整体尺寸在100mm
×
80mm以内，其将周期性分布的波纹型薄片用作柔性元件，能获得
±
40度的平面转动输出，可根据具体工作环境改变波纹型薄片的结构尺寸以及排列周期，得到适当的输出行程。
[0019](2)采用波纹型薄片上下对称的分布结构，提高了输出的稳定性，即降低了运动时轴心的漂移，该对称结构有利于旋转关节的自动复位，提高归零特性。
[0020](3)形变以及受力部分采用周期性分布的波纹型柔性元件，其运动过程具有连续性，具有很高的定位精度，上下两侧的半月周期波纹柔性体的波纹分布具有周期性规律，便于程序化设计与精密运动控制。
[0021](4)公头旋转关节与母头旋转关节采用自装配双稳态设计，能够提供转动约束，同时根据圆弧相切，三点定位，可以精确确定转动关节的轴心，适用于精密的加工条件。
[0022](5)该旋转关节整体都可以采用线切割机床一体化加工成型，避免了外部装配引入的误差，具有很高的柔度与较大的运动范围。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图进行简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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的附图。
[0024]图1是本专利技术基于波纹薄片的自装配大行程柔顺旋转铰链的立体结构示意图。
[0025]图2是本专利技术实施例的半月周期波纹柔性体的结构示意图。
[0026]图3是公头旋转关节的结构示意图。
[0027]图4是母头旋转关节的结构示意图。
[0028]附图中：图1中：1
‑
第一半月周期波纹柔性体；2
‑
公头旋转关节；3
‑
第二半月周期波纹柔性体；4
‑
母头旋转关节。
[0029]图2中：11
‑
波纹周期起始段；12
‑
波纹周期中间段；13
‑
波纹周期结束段。
[0030]图3中：21
‑
公头外切定位端；22
‑
公头传动杆。
[0031]图4中：41
‑
第一柔性卡阻定位体；42
‑
母头内切定位端；43
‑
第二柔性卡阻定位体；44
‑
母头过渡杆段；45
‑
母头传动杆。
具体实施方式
[0032]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本
申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0033]实施例：
[0034]需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，本专利技术实施例的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0035]需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于波纹薄片的自装配大行程柔顺旋转铰链，其特征在于，包括：公头旋转关节和母头旋转关节，所述公头旋转关节的一端和所述母头旋转关节的一端活动配合并在同一直线上；两半月周期波纹柔性体，两所述半月周期波纹柔性体均具有沿半月弧线周期性扩展形成的多个圆弧段，任意两个所述圆弧段之间相切，两所述半月周期波纹柔性体的两端分别连接在所述公头旋转关节和所述母头旋转关节，两所述半月周期波纹柔性体沿所述公头旋转关节和所述母头旋转关节形成的直线对称设置，且两所述半月周期波纹柔性体轴线重合。2.根据权利要求1所述的基于波纹薄片的自装配大行程柔顺旋转铰链，其特征在于，每个所述圆弧段包括依次连接的波纹周期起始段、波纹周期中间段和波纹周期结束段，所述波纹周期起始段、所述波纹周期中间段和所述波纹周期结束段的半径相同且在接触点处相切，所述波纹周期起始段和所述波纹周期结束段的圆心角相同。3.根据权利要求1所述的基于波纹薄片的自装配大行程柔顺旋转铰链，其特征在于，所述公头旋转关节的活动配合端设有公头外切定位端，所述公头外切定位端具有圆柱体的外轮廓面，该圆柱体的侧面作为活动配合面。4.根据权利要求3所述的基于波纹薄片的自装配大行程柔顺旋转铰链，其特征在于，所述母头旋转关节的活动配合端设有母头内切定位端，所述母头内切定位端具有与所述公头外切定位端相切配合的空腔，所述母头内切定位端的两端具有向该空腔内侧突出的柔性卡阻定位体。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：王念峰，商桂升，李巍华，
申请(专利权)人：人工智能与数字经济广东省实验室广州，
类型：发明
国别省市：