本发明专利技术公开一种摩擦惯性式微尺度角位移定位装置，最上部是角位移平台，最下部是底座，角位移平台下底面固定连接圆形结构的摩擦凸缘，摩擦凸缘下部是驱动器，销轴垂直间隙穿过角位移平台上中心孔和驱动器上中心孔，角位移平台关于销轴的中心轴对称，驱动器还包括柔性铰链、摩擦凸台和旋转板，旋转板套在销轴上且旋转板关于销轴的中心轴对称，2个柔性铰链连接旋转板和驱动器框架且关于销轴的中心轴对称，在旋转板上固定设有关于销轴的中心轴对称的2个摩擦凸台且2个摩擦凸台的上表面与摩擦凸缘的下表面相接触；控制外作用力随时间变化使角位移平台持续转动定位；本发明专利技术既可长行程角位移步进驱动，也可持续地按一定步距角位移进行角位移定位。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于一种可应用于微观尺度领域的角位移定位装置。
技术介绍
微机电系统(MEMS, MicroElectroMechanical System)包含尺寸从 Ium 到 Imm 之间的器件，如微型机构、微型传感器、微型执行器、微型信号处理和控制电路，以及接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。在微机电技术的研究过程中，微机电系统的加工工艺与装配技术是研究的重点。而微定位是微机电系统加工和装配中一项基本的需求，微定位有直线位移定位和角位移定位两种，微定位可根据加工和装配工艺的要求，确定待装配的微器件在微装配平台位置。目前，关于微装配领域的微定位装置，有德国PI公司设计的直线运动台，利用电 机和精密丝杠机构传动，实现直线定位精度为40纳米。有韩国精密机械研究中心设计的类仿蚯蚓行走装置，利用压电致动器的伸缩性能，在直线导轨面上进行微尺度的直线行走，行走精度达10纳米。而至今未见有关于微尺度角位移定位装置的文献报道。宏观领域的角度定位装置一般采用传统机械传动或伺服电机系统，传统机械传动机构如涡轮蜗杆机构，利用其可完成转台的角位移定位；伺服电机系统如数控转台，通过对伺服电机的角位移闭环控制完成角位移定位；也可通过步进电机的开环控制完成转台的角位移定位。原理上，用于宏观领域的角位移定位机构是可用在微观角位移定位的，但实际中，应用于微观定位时，对机构的各传动部件的精度要求高，或目前的加工工艺和装配工艺还无法满足精度要求，或即便能满足精度要求，也致使制作装置的成本高昂。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种摩擦惯性式微尺度角位移定位装置，在加工和安装工艺要求不高的条件下实现微观长行程角位移定位，满足角位移定位工作台微尺度定位需求。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是最上部是角位移平台，最下部是底座，角位移平台的下底面上固定连接圆形结构的摩擦凸缘，摩擦凸缘的下部是驱动器，驱动器下部是底座，驱动器的驱动器框架与底座固定联接，销轴的下端固接底座且销轴垂直间隙穿过角位移平台上的中心孔和驱动器上的中心孔，角位移平台关于销轴的中心轴对称，摩擦凸缘的中心轴是销轴的中心轴；驱动器还包括柔性铰链、摩擦凸台和旋转板，旋转板套在销轴上且旋转板关于销轴的中心轴对称，2个柔性铰链连接旋转板和驱动器框架且2个柔性铰链关于销轴的中心轴对称，在旋转板上固定设有关于销轴的中心轴对称的2个摩擦凸台且2个摩擦凸台的上表面与摩擦凸缘的下表面相接触；旋转板上有两处关于销轴的中心轴对称的受力点，两处受力点所受外作用力大小相等、转矩方向相同；控制外作用力随时间变化使角位移平台持续转动定位。本专利技术采用上述技术方案后，具有以下有益效果I、本专利技术采用摩擦驱动与惯性滑移原理进行微尺度下角位移驱动，利用摩擦力与惯性作用结合的驱动方式，既可进行长行程角位移步进驱动，也可持续地对微装配中待装配或待操作对象按一定步距角位移进行角位移定位，根据具体应用需求，可控制旋转平台的角位移定位精度，能达到微尺度下的角位移定位要求。2、本专利技术驱动原理独特、结构简单、成本较低。以下结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。附图说明图Ia是本专利技术结构的主视 图Ib是图Ia的俯视 图Ic是图Ib的A-A首I]视 图2是图Ib中驱动器6的结构放大 图3a是图Ia中角位移平台I及摩擦凸缘3的仰视 图3b是图3a的B-B剖视 图4是图2所示驱动器6的工作原理示意图；其中，图4a是驱动器6的驱动行程原理图；图4b是图4a中的驱动器6的行程中角位移平台I发生角位移示意图；图4c是驱动器6的恢复行程原理图；图4d是图4c中的驱动器6的恢复行程中角位移平台I发生角位移示意 图5是驱动器6顺时针驱动时，旋转板10的角位移和作用力随时间变化的曲线 图6是驱动器6顺时针驱动时，角位移平台I的角位移示意 图7是驱动器6逆时针驱动时，旋转板10的角位移和作用力随时间变化的曲线 图8是图4d中驱动器6逆时针驱动时角位移平台I的角位移示意 图9是本专利技术应用例中驱动器6的工作原理示意 图10是当本专利技术的角位移平台I顺时针转动时，图9中压电陶瓷11的驱动力-时间曲线 图11是当本专利技术的角位移平台I逆时针转动时，图9中压电陶瓷11的驱动力-时间曲线 图中1.角位移平台；2.销轴；3.摩擦凸缘；4.摩擦凸台；5.底座；6.驱动器；7.螺钉；8.受力点；9.柔性铰链；10.旋转板；11.压电陶瓷。具体实施例方式如图la、lb、Ic所示，本专利技术最上部是角位移平台1，最下部是底座5，角位移平台I的下底面上固定连接摩擦凸缘3，摩擦凸缘3为圆形结构，在摩擦凸缘3的下部是驱动器6，驱动器6具有驱动器框架(图中未标出)，驱动器6下部是底座5，驱动器框架与底座5通过螺钉7固定联接。销轴2垂直间隙穿过角位移平台I和驱动器6上的中心孔，使角位移平台I和驱动器6可沿销轴2旋转。销轴2的下端固定于底座5上。角位移平台I的形状要求关于销轴2的中心轴对称。角位移平台I可为圆形或方形(本专利技术图例仅以圆形为例)。如图2所示,驱动器6还包括柔性铰链9、摩擦凸台4和旋转板10 ;旋转板10套在销轴2上，且旋转板10的结构关于销轴2的中心轴对称。柔性铰链9的结构形状有椭圆柔性铰链形式、倒角式柔性铰链形式和矩形柔性铰链形式，通过仿真分析的计算，本专利技术图例仅以采用矩形柔性铰链形式为例。有2个柔性铰链9关于销轴2的中心轴对称，2个柔性铰链9连接旋转板10和驱动器框架。在旋转板10上固定设置关于销轴2的中心轴对称的2个摩擦凸台4，2个摩擦凸台4在高度上相对于旋转板10向上凸出，使2个摩擦凸台4的上表面与摩擦凸缘3的下表面相接触。这样，通过摩擦凸台4限定了角位移平台I在竖直方向的位置，通过销轴2限定了角位移平台I和驱动器6的旋转轴位置。摩擦凸台4、柔性铰链9和旋转板10三者可做在同一实体上。销轴2的中心轴的几何中心为O点，O点也是驱动器6的几何中心。图2中的受力点8是外力作用在旋转板10上的位置，受力点8有两处，位置关于0点对称，且要求两处受力点8所受外力大小相等，方向相反，作用于0点的转矩方向相同。如图3a、3b所示，角位移平台I中心处有安装孔，销轴2插入角位移平台I的安装孔，摩擦凸缘3的中心轴与角位移平台I的中心轴同轴，同为销轴2的中心轴，使摩擦凸缘3与角位移平台I同轴同时旋转。本专利技术工作时，当旋转板10上的受力点8受外力时，柔性铰链9产生变形，外力消除时，变形恢复；由于柔性铰链9关于0点对称，柔性铰链9的变形和变形恢复使得旋转板10产生绕0点微转动角位移和恢复性角位移，同时,摩擦凸台4也产生绕0点的微转动位移和恢复性角位移。而角位移平台I和销轴2的重力通过摩擦凸缘3作用在驱动器6的旋转板10上的摩擦凸台4上，角位移平台I在摩擦凸台4和销轴2的定位下，仅有绕销轴2转动的自由度。这样，当摩擦凸台4绕驱动器6的中心0点产生转动角位移时，摩擦凸台4通过作用在摩擦凸缘3的摩擦力，驱动角位移平台I绕销轴2转动，也产生微转动角位移。具体如下 角位移平台I的转动过程可分为驱动行程过程和恢复行程过程。驱动行程过程如图4a所示，由于旋转板10是通过柔性铰链9与驱动器框架联接的，当作用在旋转板10上受力点8处力由本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种摩擦惯性式微尺度角位移定位装置，最上部是角位移平台（1），最下部是底座（5），其特征是：角位移平台（1）的下底面上固定连接圆形结构的摩擦凸缘（3），摩擦凸缘（3）的下部是驱动器（6），驱动器（6）下部是底座（5），驱动器（6）的驱动器框架与底座（5）固定联接，销轴（2）的下端固接底座（5）且销轴（2）垂直间隙穿过角位移平台（1）上的中心孔和驱动器（6）上的中心孔，角位移平台（1）关于销轴（2）的中心轴对称，摩擦凸缘（3）的中心轴是销轴（2）的中心轴；驱动器（6）还包括柔性铰链（9）、摩擦凸台（4）和旋转板（10），旋转板（10）套在销轴（2）上且旋转板（10）关于销轴（2）的中心轴对称，2个柔性铰链（9）连接旋转板（10）和驱动器框架且2个柔性铰链（9）关于销轴（2）的中心轴对称，在旋转板（10）上固定设有关于销轴（2）的中心轴对称的2个摩擦凸台（4）且2个摩擦凸台（4）的上表面与摩擦凸缘（3）的下表面相接触；旋转板（10）上有两处关于销轴（2）的中心轴对称的受力点，两处受力点所受外作用力大小相等、转矩方向相同；控制外作用力随时间变化使角位移平台（1）持续转动定位。
【技术特征摘要】
1.一种摩擦惯性式微尺度角位移定位装置，最上部是角位移平台(1)，最下部是底座(5)，其特征是角位移平台(I)的下底面上固定连接圆形结构的摩擦凸缘(3)，摩擦凸缘(3)的下部是驱动器(6)，驱动器(6)下部是底座(5)，驱动器(6)的驱动器框架与底座(5)固定联接，销轴(2)的下端固接底座(5)且销轴(2)垂直间隙穿过角位移平台(I)上的中心孔和驱动器(6)上的中心孔，角位移平台(I)关于销轴(2)的中心轴对称，摩擦凸缘(3)的中心轴是销轴(2)的中心轴；驱动器(6)还包括柔性铰链(9)、摩擦凸台(4)和旋转板(10)，旋转板(10)套在销轴(2)上且旋转板...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩江义，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：
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