一种柔顺防扭转空间三级位移放大机构

本发明涉及柔顺机构，具体为一种柔顺防扭转空间三级位移放大机构。

背景技术：

1、与传统的刚性机构不同，柔顺机构通过弹性变形实现力和能量的传递，以此实现部分或全部运动。由于柔顺机构没有刚性运动副，这使得柔顺机构相比于刚性机构具有许多优点，使其在许多工程中领域显示出巨大前景。

2、论文ling m,cao j,jiang z,li q.development of a multistage compliantmechanism with new boundary constraint[j].review of scientific instruments,2018,89(1):015009中，利用菱形机构组合设计了一个空间的二级位移放大机构，平面部分菱形机构的输出端是空间部分菱形机构的输入端，该机构实现了位移放大比和频率响应的良好平衡，并且比较紧凑。

3、其存在以下技术问题：

4、一方面，上述技术中的空间二级位移放大机构的平面部分只是一个菱形机构，虽然结构紧凑，但是由于只有一级位移放大，导致平面部分的位移放大比受限；另一方面，虽然空间部分巧妙地应用到了半菱形机构的紧凑优势，但是由于梁单元整体较薄，这将导致机构自身的输出刚度较低。总的来说，由于柔顺位移放大机构存在着位移放大比和输出刚度、位移放大比和频响相互制约的问题，该空间二级位移放大机构虽然具有高频响、大位移、结构紧凑的优点，但是平面部分的位移放大比和机构整体的输出刚度仍然有提升的空间，所以如何在有限的空间内，对这三个性能指标取得合适的权衡，也一直是研究者们要解决的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是：提供一种柔顺防扭转空间三级位移放大机构，结构紧凑，其具有位移放大效率高、高频响和大位移的优点，能够满足精密工程、mems、微纳操作等领域在紧凑空间中对柔顺机构静动力学性能的高设计需求。

2、为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种柔顺防扭转空间三级位移放大机构，包括设置在同一平面的第一基座、第二基座、第一输入端梁、第二输入端梁、第一对称杠杆式机构、第二对称杠杆式机构、第一对称半菱形机构、第二对称半菱形机构、防扭转结构以及垂直于上述平面的第三对称半菱形机构；

4、第一输入端梁和第二输入端梁平行布置；第一输入端梁设于第一对称杠杆式机构中部，第二输入端梁设于第二对称杠杆式机构中部；

5、第一对称半菱形机构两端分别连接于第一对称杠杆式机构和第二对称杠杆式机构的一端；

6、第二对称半菱形机构两端分别连接于第一对称杠杆式机构和第二对称杠杆式机构的另一端；

7、第三对称半菱形机构两端分别通过防扭转结构连接于第一对称半菱形机构和第二对称半菱形机构的中部；第一基座和第二基座以第一输入端梁和第二输入端梁为中轴对称布置，第一基座和第二基座两端均分别连接于第一对称杠杆式机构和第二对称杠杆式机构。

8、进一步地，防扭转结构包括互相垂直的第一防扭转结构主梁和第一对称导向梁、互相垂直的第二防扭转结构主梁和第二对称导向梁；

9、第一防扭转结构主梁一端连接于第一对称半菱形机构的中部和第三对称半菱形机构一端，第一防扭转结构主梁另一端连接于第一对称导向梁的中部，第一对称导向梁两端分别连接于第一基座；

10、第二防扭转结构主梁一端连接于第二对称半菱形机构的中部和第三对称半菱形机构另一端，第二防扭转结构主梁另一端连接于第二对称导向梁的中部，第二对称导向梁两端分别连接于第二基座。

11、进一步地，第一对称杠杆式机构包括第一杠杆式机构和第二杠杆式机构，第一输入端梁两端分别连接于第一杠杆式机构和第二杠杆式机构的一端；

12、第二对称杠杆式机构包括第三杠杆式机构和第四杠杆式机构，第二输入端梁两端分别连接于第三杠杆式机构和第四杠杆式机构的一端；

13、第一对称半菱形机构两端分别连接于第一杠杆式机构和第三杠杆式机构的另一端，第二对称半菱形机构两端分别连接于第二杠杆式机构和第四杠杆式机构的另一端；

14、第一基座两端分别连接于第一杠杆式机构和第三杠杆式机构；第二基座两端分别连接于第二杠杆式机构和第四杠杆式机构。

15、进一步地，还包括红细胞柔性铰链，第一输入端梁两端分别通过红细胞柔性铰链连接于第一杠杆式机构和第二杠杆式机构，第二输入端梁两端分别通过红细胞柔性铰链连接于第三杠杆式机构和第四杠杆式机构，第一基座两端分别通过红细胞柔性铰链连接于第一杠杆式机构和第三杠杆式机构，第二基座两端分别通过红细胞柔性铰链连接于第二杠杆式机构和第四杠杆式机构。

16、进一步地，第一对称半菱形机构、第二对称半菱形机构和第三对称半菱形机构均设有直梁型柔性铰链。

17、进一步地，第三对称半菱形机构中部设有空间部分输出端集中质量。

18、进一步地，第一对称半菱形机构和第二对称半菱形机构以第一输入端梁和第二输入端梁为中轴对称布置。

19、进一步地，第一对称半菱形机构和第二对称半菱形机构的中部均向内侧凹进，第三对称半菱形机构的中部向外侧凸出。

20、进一步地，第三对称半菱形机构以第一输入端梁和第二输入端梁为中轴对称布置。

21、进一步地，第一输入端梁和第二输入端梁之间安装有压电叠堆驱动器。

22、总的说来，本发明具有如下优点：

23、本发明通过组合杠杆式机构和半菱形机构得到了一种柔顺防扭转空间三级位移放大机构，其中平面部分将杠杆式机构和半菱形机构有效结合实现更大的位移放大比，并且杠杆部分的柔性铰链选用红细胞柔性铰链，具有转动精度高，应力分布均匀的优点，半菱形部分的柔性铰链选用直梁型柔性铰链，以保证第一级到第二级的位移有效放大；两个防扭转结构主梁与两个对称导向梁分别相结合，可以有效限制该空间三级位移放大机构的空间扭转，另外，空间第三级的半菱形机构也选用直梁型柔性铰链，由于第三级是输出端，故选用转动范围最大的直梁型柔性铰链，保证较大的输出位移；另外，空间第三级的半菱形机构有加装质量块，保证合适的输出刚度。故整个机构是在有限的工作空间内，提高位移放大比和位移放大效率的同时，保证机构仍然有不错的频响，以及合适的输出刚度。

技术特征：

1.一种柔顺防扭转空间三级位移放大机构，其特征在于：包括设置在同一平面的第一基座、第二基座、第一输入端梁、第二输入端梁、第一对称杠杆式机构、第二对称杠杆式机构、第一对称半菱形机构、第二对称半菱形机构、防扭转结构以及垂直于上述平面的第三对称半菱形机构；

2.根据权利要求1所述的一种柔顺防扭转空间三级位移放大机构，其特征在于：防扭转结构包括互相垂直的第一防扭转结构主梁和第一对称导向梁、互相垂直的第二防扭转结构主梁和第二对称导向梁；

3.根据权利要求1所述的一种柔顺防扭转空间三级位移放大机构，其特征在于：第一对称杠杆式机构包括第一杠杆式机构和第二杠杆式机构，第一输入端梁两端分别连接于第一杠杆式机构和第二杠杆式机构的一端；

4.根据权利要求3所述的一种柔顺防扭转空间三级位移放大机构，其特征在于：还包括红细胞柔性铰链，第一输入端梁两端分别通过红细胞柔性铰链连接于第一杠杆式机构和第二杠杆式机构，第二输入端梁两端分别通过红细胞柔性铰链连接于第三杠杆式机构和第四杠杆式机构，第一基座两端分别通过红细胞柔性铰链连接于第一杠杆式机构和第三杠杆式机构，第二基座两端分别通过红细胞柔性铰链连接于第二杠杆式机构和第四杠杆式机构。

5.根据权利要求1所述的一种柔顺防扭转空间三级位移放大机构，其特征在于：第一对称半菱形机构、第二对称半菱形机构和第三对称半菱形机构均设有直梁型柔性铰链。

6.根据权利要求1所述的一种柔顺防扭转空间三级位移放大机构，其特征在于：第三对称半菱形机构中部设有空间部分输出端集中质量。

7.根据权利要求1所述的一种柔顺防扭转空间三级位移放大机构，其特征在于：第一对称半菱形机构和第二对称半菱形机构以第一输入端梁和第二输入端梁为中轴对称布置。

8.根据权利要求1所述的一种柔顺防扭转空间三级位移放大机构，其特征在于：第一对称半菱形机构和第二对称半菱形机构的中部均向内侧凹进，第三对称半菱形机构的中部向外侧凸出。

9.根据权利要求1所述的一种柔顺防扭转空间三级位移放大机构，其特征在于：第三对称半菱形机构以第一输入端梁和第二输入端梁为中轴对称布置。

10.根据权利要求1所述的一种柔顺防扭转空间三级位移放大机构，其特征在于：第一输入端梁和第二输入端梁之间安装有压电叠堆驱动器。

技术总结本发明涉及一种柔顺防扭转空间三级位移放大机构，第一输入端梁和第二输入端梁平行布置；第一对称半菱形机构两端分别连接于第一对称杠杆式机构和第二对称杠杆式机构的一端；第二对称半菱形机构两端分别连接于第一对称杠杆式机构和第二对称杠杆式机构的另一端；第三对称半菱形机构两端分别连接于第一对称半菱形机构和第二对称半菱形机构的中部；第一基座和第二基座两端均分别连接于第一对称杠杆式机构和第二对称杠杆式机构；第一对称半菱形机构和第二对称半菱形机构的中部输出端分别通过防扭转结构与第三对称半菱形机构相连接。在有限的工作空间内，提高位移放大比和位移放大效率，保证机构仍然有不错的频响，以及合适的输出刚度。技术研发人员：张宪民,袁雷,曾霆俊,赖建豪受保护的技术使用者：华南理工大学技术研发日：技术公布日：2024/9/29