[发明专利]一种螺旋型紧凑位移放大装置

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种位移放大装置，特别是一种根据杠杆原理的位移放大装置，结合柔性放大或者铰链机构而设计的一种紧凑螺旋型位移放大装置。

技术背景

超磁致伸缩、压电陶瓷等微驱动器能在极短的时间内快速响应，精度高，输出力大，因此它们在精密工程、精细工程和纳米技术领域有广泛的应用。微型机器人、精密机械手、集成电路及超导元件等精细加工的工作台都离不开微驱动装置设备。

但是在现阶段，磁致伸缩等微驱动器的输出位移较小，仅能达到纳米或者微米级别，通常采用高放大倍数的位移放大机构方可输出需要的位移量。但一般的位移放大机构为了增大放大倍数，需要增加杠杆的长度，或者增加杠杆级数，从而导致体积庞大，偏离了利用微驱动器装置小型化的初衷，限制了微驱动器装置在精密小巧的仪器设备或可便携精密设备上的使用。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现存问题，提供一种螺旋型紧凑设计位移放大装置，能充分利用微驱动器周围的空间，具有放大倍数高，整体结构小型化的优点。

为了实现上述目的，本发明装置的主要结构包括：微驱动器、微驱动器连接器、固定底座、第一级杠杆机构、第二级杠杆机构、第三级杠杆机构以及位移输出机构。三级杠杆机构紧凑的安装在固定底座的三层安装面上，整个杠杆系统呈螺旋状分布，能极大的节省机构空间。微驱动器安装在固定底座中，通过微驱动连接器连接第一级杠杆机构的位移输入端。经过三级杠杆机构的放大，第三级杠杆机构的输出直接驱动位移输出机构运动。通过实践证明，当整个装置的直径为微驱动器的3倍，高度为微驱动器的1.2倍时，放大倍数可以达到150多倍，拥有小型紧凑、放大倍数高的优点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1本发明的多级杠杆机构原理图

图2A本发明的多级杠杆机构示意图

图2B本发明的多级杠杆机构示意俯视图

图3A本发明初始状态时位移输出机构连接示意图

图3B本发明伸长状态时位移输出机构连接示意图

图4A本发明初始状态时微驱动器安装剖面示意图

图4B本发明伸长状态时微驱动器安装剖面示意图

图5A杠杆机构拟用的刚性铰链杠杆结构示意图

图5B杠杆机构拟用的柔性放大杠杆结构示意图

图6A本发明装置初始状态时三维设计总图

图6B本发明装置伸长状态时三维设计总图

图中1.第一级杠杆机构 2.第二级杠杆机构 3.第三级杠杆机构 4.固定底座 5.微驱动器 6.微驱动器连接机构 7.位移输出机构 8.铰链结构 9.柔性放大杆结构。

具体实施方式

如图1所示为本发明装置的原理图。本发明装置利用三级杠杠机构，输入端为C处，位移输出端为D处，根据杠杆原理，在不考虑弹性变形和铰链的影响下，其理论的放大倍数为λ＝(a1×a2×a3)/(b1×b2×b3)，同理，还可以扩展到更多级，用于提高放大倍数。本发明的具体实现的结构示意图如图2A所示，三级杠杆机构呈螺旋状安装在固定底座的三个安装面上，每一级的位移输出端是下一级的位移输入端。第一级杠杆机构1与微驱动器连接器6相接触，第三级杠杆机构3输出位移。多级杠杆机构呈现螺旋状上升结构，如图2B所示。为了提高可靠性，本发明可以采用多组三级杠杆机构并行安装。

第三级杠杆机构3与位移输出机构7相接触输出位移。如图3A所示为本发明初始状态时位移输出机构的连接示意图。位移输出机构7与固定底座4通过多个导杆相连接，在初始状态时，位移输出机构7与固定底座4以及微驱动连接机构6都是相接触的，可以增加系统强度，防止变形。如图3B所示，在微驱动器4工作时，通过多级杠杆机构，位移输出机构7升高输出位移，固定底座4中导杆连接保证了位移输出的可靠性。此外，导杆可以加装阻尼装置或者弹性装置，以防止重力对整个机构安装位置的影响，

如图4A所示为初始状态时微驱动器安装剖面示意图，微驱动器5安装在固定底座4中心孔位，微驱动器连接机构6下端与固定底座4接触，上端与位移输出机构7相接触。微驱动连接机构6伸出部分的个数与每一级的杠杆个数对应，该伸出部分的圆顶球面与每一个第一级杠杆机构1连接，作为整个杠杆机构的位移输入端。如图4B所示，当微驱动器5工作时，带动微驱动连接机构6伸长极小的长度，而位移输出机构7放大倍数能达到150余倍。