[实用新型]一种基于柔顺机构的一维平动微操作平台

说明书

技术领域

本实用新型属于微操作技术领域，尤其涉及应用柔顺机构设计的一维平动微操作平台。

背景技术

随着MEMS技术的发展和人们研究领域的不断扩展，操作对象已从宏观领域深入到微观领域，微操作平台已被广泛运用于生物工程、医疗科学、微型机械制造超精密加工、集成电路制造、扫描探针显微镜、光纤对接、光学微处理、航空航天等领域。而微电子技术、计算机技术、特种加工技术、集成技术、纳米技术和激光技术等高新技术的迅猛发展不断地向微操作技术及设备提出了更高、更新的要求，要求操作速度更快、灵敏度更高、动态性能更好、质量更轻等。柔顺机构是采用柔性构件的弹性变形传递和转换运动、力或能量的一种新型结构，柔顺机构具有免摩擦、免润滑、整体化制造、运动灵敏度高等优点，柔顺机构这些优点使得其适合于作为微操作平台的执行机构。

微操作平台的操作空间和动态响应性能是相互制约、相互矛盾的，比如提高平台的动态响应能力可通过增大其柔性铰链的厚度，但与此同时会减小平台的位移放大倍数，缩小机构的工作空间。因此设计操作空间大同时动态响应速度快的微操作平台具有重要意义。目前主要利用杠杆放大原理、三角放大原理和压杆失稳原理等刚性机构放大原理来增大微操作平台的操作空间，但是，利用三角放大原理设计的位移放大机构，其弹性铰链的应力会随着放大倍数的增大而增大，易造成铰链的疲劳破坏；利用压杆失稳原理设计的机构要求铰链厚度小和宽度大，难以满足强度要求；而杠杆放大原理结构简单紧凑、放大倍数大且输入输出保持运动线性关系，因此应用最为广泛。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种一维平动微操作平台，该平台在工作空间内实现一维单向快速移动，平台具有刚度大、动态响应速度快和操作空间大的优点。

本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型的一维平动微操作平台，包括动平台、静平台和连接动平台和静平台的支链。其中支链由一级放大杠杆机构和二级杠杆放大机构组成。

所述一级杠杆放大机构由杆(3.1)、(3.2)、(3.3)和直圆型柔性铰链(4.1)、(4.2)、(4.3)构成。输入杆(3.1)通过直圆型铰链(4.1)与传递杆(3.2)相连，传递杆(3.2)通过铰链(4.3)与杠杆(3.3)相连以传递输入位移，直圆型铰链(4.3)作为杠杆机构的支点连接杠杆(3.3)和固定杆(1)。对于杠杆(3.3)，满足CD的长度大于BC。

所述二级杠杆放大机构由杆(3.1)、(3.4)、(2)、直圆型铰链(4.4)和直角型柔性铰链(5.1)、(5.2)构成。杠杆(3.4)通过直圆型铰链(D)与一级杠杆放大机构的输出相连、通过直角铰链(5.1)与输入杆(3.1)相连，且通过直角铰链(5.2)与动平台相连。对于杠杆(3.4)，满足FD的长度大于DE的长度，且当一级杠杆放大机构输出位移作为位移输入时，铰链(5.1)为杠杆机构支点，当杆(3.1)输入位移作为位移输入时，铰链(5.2)为杠杆机构支点，二级放大杠杆机构的放大倍数是两种情况综合作用的效果。

所述微操作平台连接动平台与静平台的支链为左右对称结构，支链左侧与右侧各有一个一级杠杆放大机构与二级杠杆放大机构以实现机构的平动。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

(1)本实用新型的一维平动微操作平台利用直圆型柔性铰链和直角型柔性铰链相结合的方式传递力和位移，相对于利用传统运动副传递力和位移，具有高精度、高刚度和高运动灵敏度等优点。

(2)本实用新型的一维平动微操作平台中一级杠杆放大机构和二级杠杆放大机构构成差动式杠杆放大机构，能对输入位移二次放大，提高平台的位移放大倍数。相对于现有技术，本实用新型具有操作空间大的特点。

(3)本实用新型的一维平动微操作平台为对称机构，通过两条完全对称的运动支链连接动平台和静平台，结构紧凑，具有整体刚度高和动态响应速度快的特点。

附图说明

图1是一维平动微操作平台设计原理图

图2是一维平动微操作平台结构图

图中：1表示静平台，2表示动平台，3.1表示输入杆，3.2表示传递杆，3.3、3.4表示杠杆，4.1、4.2、4.3、4.4表示直圆型柔性铰链，5.1、5.2表示直角型柔性铰链，6.1、6.2、6.3、6.4、6.5表示杆件，7.1、7.2、7.3、7.4、7.5表示运动副，8表示一级杠杆放大机构，9表示二级杠杆放大机构。