[实用新型]基于菱形柔性机构的二级位移放大机构

说明书

本实用新型公开了一种基于菱形柔性机构的二级位移放大机构，包括初级菱形柔性机构、固定框和次级柔性机构，初级菱形柔性机构固定设置在固定框内，且初级菱形柔性机构的两个初级刚性输入端均通过导向机构与固定框的两个相对内侧面连接，初级菱形柔性机构的刚性输出端均通过定中机构与固定框的另外两个内侧面连接，次级柔性机构的两个次级刚性输入端分别与初级菱形柔性机构的两个初级刚性输出端固定连接，次级柔性机构的次级刚性输出端为位移输出端口。本实用新型一种基于菱形柔性机构的二级位移放大机构为两级放大，其输出刚度与固有频率得到很大提高，在实现高的位移放大比的同时实现高的输出刚度与高的固有频率。

技术领域

本实用新型涉及机构学领域，尤其涉及一种基于菱形柔性机构的二级位移放大机构。

背景技术

菱形柔性机构以及由其衍生出来的桥形柔性机构由于较高的位移放大比、紧凑的结构而被广泛作为微位移放大机构和导向机构应用于精密定位平台、振动控制、形状主动控制等技术领域。但是，传统的菱形柔性机构仍然存在一些问题：由于菱形柔性机构的工作原理是通过固定菱形柔性机构的一个输出端，在两个输入端输入位移，而在另一个输出端实现位移输出和放大，这种约束条件下的菱形柔性机构的输出刚度和固有频率较小，即大位移放大比的菱形柔性机构，其动态性能往往比较差。

随着扫描电镜、原子力显微镜、精密定位平台等对运动速度要求越来越高，学术界和工程界一直在寻找具有大的位移放大比同时又具备高固有频率的菱形位移放大机构，然而目前公知的位移放大机构效果有限。为了提高柔性机构在输出位移方向上的固有频率，传统的方法是通过减小柔性机构中柔性部分的厚度或通过增加约束，牺牲一部分位移放大比，从而提高柔性机构的固有频率，也就是在位移放大比和固有频率之间进行折中选择。

目前的应用中还对菱形柔性机构输出方向上的刚度提出要求。专利号为CN103022339中，提出采用两个或多个菱形柔性机构并联来提高菱形柔性机构的输出刚度，但是这种方法只提高了输出刚度而并不能提高机构的固有频率。专利号为CN102394270中提出了用两级微位移放大机构来提高位移放大比，但是为了减小第二级柔性机构对第一级柔性机构位移放大比的影响，柔性机构的第二级输出刚度也很低。所以现在菱形柔性机构的位移放大比、输出刚度和固有频率之间的制约关系仍然是一个有待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于菱形柔性机构的二级位移放大机构。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

一种基于菱形柔性机构的二级位移放大机构，包括初级菱形柔性机构、固定框和次级柔性机构，所述初级菱形柔性机构固定设置在所述固定框内，且所述初级菱形柔性机构的两个初级刚性输入端均通过导向机构与所述固定框的两个相对内侧面连接，所述初级菱形柔性机构的刚性输出端均通过定中机构与所述固定框的另外两个内侧面连接，所述次级柔性机构的两个次级刚性输入端分别与所述初级菱形柔性机构的两个初级刚性输出端固定连接，所述次级柔性机构的次级刚性输出端为位移输出端口。

具体地，所述初级菱形柔性机构包括柔性臂和驱动元件，四个所述柔性臂通过所述初级刚性输入端和所述初级刚性输出端首尾相连组成菱形结构，所述初级刚性输入端位于所述初级菱形柔性机构的长对角线方向上，所述驱动元件与所述初级菱形柔性机构的长对角线重合，且所述驱动元件的两端分别与两个所述初级刚性输入端的内侧面固定连接，所述初级刚性输出端位于所述初级菱形柔性机构的短对角线方向上。

优选地，所述初级菱形柔性机构的四个所述柔性臂与所述初级刚性输入端和所述初级刚性输出端之间均通过柔性铰链连接。

具体地，所述导向机构包括导向板，所述固定框的内侧面设置有导向槽，所述导向板的两端分别与所述导向槽的两端固定连接，所述导向板的外侧面与所述导向槽之间设置有间隙，所述初级刚性输入端的外侧面与所述导向板的内侧面固定连接。