专利名称：一种粘滑式旋转定位装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种旋转定位装置，具体涉及一种粘滑式旋转定位装置。
背景技术：
纳米定位技术是纳米操作技术的基础，随着纳米技术的快速发展，越来越多的应用领域需要体积小且具有纳米级定位精度和毫米级运动行程的旋转定位装置，目前现有技术旋转定位装置的应用环境也很极端，不能应用在超低温、超真空、高电场或高磁场等工作场所，且现有技术中的旋转定位装置体积大，定位误差大。
发明内容
本发明为了解决目前旋转定位装置不能应用在超低温、超真空、高电场或高磁场等工作场所，且现有技术中的旋转定位装置体积大，定位误差大的问题，进而提供了 一种粘滑式旋转定位装置。本发明为解决上述问题而采用的技术方案是所述装置包括旋转单元、驱动单元和底座；旋转单元包括第一旋转半圆台和第二旋转半圆台，驱动单元包括驱动弹性台和驱动转板，底座包括基台和压电陶瓷驱动器，第一旋转半圆台的截面圆心处加工有第一 V型槽,第二旋转半圆台的截面圆心处加工有第二 V型槽，第一旋转半圆台和第二旋转半圆台相对安装组合为一个圆台，第一 V型槽和第二 V型槽相对设置，驱动弹性台为长方形板状，驱动弹性台上端面加工有多组对称的柔性铰链，驱动弹性台顶部设有承载端面，承载端面上设有旋转轴，驱动弹性台底端面正对承载端面设有叉形结构，叉形结构的底部加工有槽口，驱动转板为由两个横板之间垂直设置有一个竖直板组成，且两个横板交错设置，基台为长方形板状，基台上加工有第一长方形通孔，靠近长方形通孔的两侧长边分别交错开有一个长方形槽，长方形槽的一端加工有第二长方形通孔，第二长方形通孔与第一长方形通孔连通，两个第二长方形通孔交错设置，第一旋转半圆台和第二旋转半圆台和组合为一体，旋转单元设置在驱动弹性台顶部，且第一 V型槽和第二 V型槽将旋转轴夹持固定在两个V型槽内，驱动弹性台底部的叉形结构的槽口内固定设置有竖直板，驱动弹性台设置在基台上，压电陶瓷驱动器设置在长方形槽内，两个横板分别紧靠压电陶瓷驱动器的一端设置在第二长方形通孔内。本发明的有益效果是本发明可应用在超低温、超真空、高电场或高磁场复杂环境内进行工作，本发明采用粘滑式是指旋转单元I利用与旋转轴2-1-2间的摩擦力为静摩擦力时，两物体不发生相对位移发生连续旋转，当摩擦力为动摩擦力时，两物体发生相对位移，具有径向跳动小、结构紧凑、体积小(可小于10cm3)、定位精度高等优点可达到纳米级定位精度，本发明满足设计的要求、便于操作、可适用性高的特点。
图1是本发明整体结构示意图，图2是本发明通过第一调节螺栓1-3和两个调节弹簧1-4将第一旋转半圆台1-1和第二旋转半圆台1-2和组合为旋转单元I的整体结构示意图，图3是本发明驱动转板2-2的结构示意图，图4是本发明压电陶瓷驱动器3-2的结构示意图，图5是本发明预紧板3-3的结构示意图，图6是本发明将预紧螺钉3-4安装在基台3-1的示意图，图7是本发明将第一固定螺栓2-3安装在驱动弹性台2-1的示意图，图8是本发明通过第一调节螺栓1-3、两个调节弹簧1-4、第一旋转半圆台1-1和第二旋转半圆台
1-2组合的整体结构主视图，图9是本发明驱动弹性台2-1的俯视图，图10是本发明驱动弹性台2-1的主视图，图11是本发明驱动弹性台2-1的侧视图，图12是本发明驱动转板2-2安装在基台3-1内的位置结构主视图，图13是本发明驱动转板2-2安装在驱动弹性台2-1上叉形结构2-1-4的仰视图。
具体实施例方式具体实施方式
一结合图1-图13说明本实施方式，一种粘滑式旋转定位装置，所述装置包括旋转单元1、驱动单元2和底座3 ;旋转单元I包括第一旋转半圆台1-1和第二旋转半圆台1-2，驱动单元2包括驱动弹性台2-1和驱动转板2-2，底座3包括基台3_1和压电陶瓷驱动器3-2，第一旋转半圆台1-1的截面圆心处加工有第一 V型槽1-5，第二旋转半圆台1-2的截面圆心处加工有第二 V型槽1-6，第一旋转半圆台1-1和第二旋转半圆台1-2相对安装组合为一个圆台，第一 V型槽1-5和第二 V型槽1-6相对设置，驱动弹性台2-1为长方形板状，驱动弹性台2-1上端面加工有多组对称的柔性铰链2-1-1，驱动弹性台2-1顶部设有承载端面2-1-3，承载端面2-1-3上设有旋转轴2-1-2，驱动弹性台2_1底端面正对承载端面2-1-3设有叉形结构2-1-4，叉形结构2-1-4的底部加工有槽口 2_1_5，驱动转板
2-2为由两个横板2-2-1之间垂直设置有一个竖直板2-2-2组成,且两个横板2_2_1交错设置，基台3-1为长方形板状，基台3-1上加工有第一长方形通孔3-5，靠近长方形通孔3-5的两侧长边分别交错开有一个长方形槽3-6，长方形槽3-6的一端加工有第二长方形通孔
3-7，第二长方形通孔3-7与第一长方形通孔3-5连通，两个第二长方形通孔3-7交错设置，第一旋转半圆台1-1和第二旋转半圆台1-2和组合为一体，旋转单元I设置在驱动弹性台2-1顶部，且第一 V型槽1-5和第二 V型槽1-6将旋转轴2-1-2夹持固定在两个V型槽内，驱动弹性台2-1底部的叉形结构2-1-4的槽口 2-1-5内固定设置有竖直板2-2-2，驱动弹性台2-1设置在基台3-1上，压电陶瓷驱动器3-2设置在长方形槽3-6内，两个横板
2-2-1分别紧靠压电陶瓷驱动器3-2的一端设置在第二长方形通孔3-7内，本发明的粘滑式旋转定位装置具有径向跳动小、结构紧凑、体积小(可小于10cm3)、定位精度高等优点,旋转单元I轴向定位于旋转轴2-1-2根部的承载端面2_1_3，该端面既承载定位台的轴向载荷，同时其与旋转单元I的接触面积很小，可有效降低承载端面2-1-3摩擦力对旋转定位的影响，本发明的驱动弹性台2-1为整体加工的弹性结构，多组对称加工的柔性铰链2-1-1限制了驱动台中心旋转轴2-1-2三个轴向平移自由度和两个水平轴向旋转，从结构上解决了定位台径向跳动过大的问题，其中心处的旋转轴同时具有转子和旋转轴两个功能，用于传递柔性铰链2-1-1的旋转位移输出，实现旋转单元I的旋转运动，驱动转板2-2与驱动弹性台2-1下部的叉形结构2-1-4配合，限制了驱动转板2-2其他两个方向的转动，另外为压电陶瓷驱动器3-2提供了更大的安装空间，压电陶瓷驱动器3-2具有高位移输出分辨率(亚纳米级)、高频响(可达几十kHz)、高可靠性、体积小、输出力大等优点，本发明的压电陶瓷驱动器3-2被机械固定于底座内，该方式可以有效保护压电陶瓷驱动器3-2不被外力损坏。
具体实施方式
二 结合图1、图2和图8说明本实施方式，一种粘滑式旋转定位装置，所述第一旋转半圆台1-1加工有两个沉头孔1-7，沉头孔1-7的中心线与第一旋转半圆台1-1 一侧的直面垂直，第二旋转半圆台1-2上设有两个第一螺纹孔1-8，且两个第一螺纹孔1-8与两个沉头孔1-7相对设置，其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三结合图1、图2和图8说明本实施方式，一种粘滑式旋转定位装置，所述装置还包括两个第一调节螺栓1-3和两个调节弹簧1-4，调节弹簧1-4套在第一调节螺栓1-3螺杆上，调节弹簧1-4通过沉头孔1-7安装在第一螺纹孔1-8内，通过调节弹簧1-4和第一调节螺栓1-3螺杆可有效固定两个半圆体，该方式可精密调节旋转单元I与旋转轴2-1-2之间的摩擦力使结构紧凑，其它与具体实施方式
二相同。
具体实施方式
四结合图1、图6和图12说明本实施方式，一种粘滑式旋转定位装置，所述基台3-1内两个长方形槽3-6的一侧边分别加工有沉头螺纹孔3-9，沉头的螺纹孔3-9的另一端穿过基台3-1的外侧面，沉头的螺纹孔3-9的中心线与长方形通孔3-5的长边平行，其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
五结合图1、图6和图12说明本实施方式，一种粘滑式旋转定位装置，所述装置还包括两个预紧板3-3和两个预紧螺钉3-4，预紧螺钉3-4安装在沉头螺纹孔
3-9内，预紧板3-3设置在预紧螺钉3-4和压电陶瓷驱动器3-2之间，预紧板3_3设置在预紧螺钉3-4和压电陶瓷驱动器3-2之间可有效防止预紧螺钉3-4对压电陶瓷驱动器3-2的磨损，预紧螺钉3-4可进行旋进和旋出顶住预紧板3-3和压电陶瓷驱动器3-2，进而顶住驱动转板2-2，其它与具体实施方式
四相同。
具体实施方式
六结合图1、图6和图7说明本实施方式，一种粘滑式旋转定位装置，驱动弹性台2-1上端面的两个对角处分别设有凹槽2-6，凹槽2-6内设有通孔2-7，基台
3-1的两个对角处设有第二螺纹3-8，其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
七结合图1、图6和图7说明本实施方式，一种粘滑式旋转定位装置，所述装置还包括两个第一固定螺栓2-3，第一固定螺栓2-3穿过通孔2-7固定在第二螺纹3-8内，通过第一固定螺栓2-3将驱动弹性台2-1和基台3-1固定在一起，其它与具体实施方式
六相同。
具体实施方式
八结合图3、图10和图11说明本实施方式，一种粘滑式旋转定位装置，所述槽口 2-1-5的两侧板上相对加工有通孔2-1-6，竖直板2-2-2上加工有第三螺纹孔2-2-3,其它与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
九结合图3、图9、图10、图11和图13说明本实施方式，一种粘滑式旋转定位装置，所述装置还包括第二固定螺栓2-4，第二固定螺栓2-4通过通孔2-1-6安装在第三螺纹孔2-2-3内，通过第二固定螺栓2-4将驱动转板2-2和叉形结构2_1_4紧密固定在一起，其它与具体实施方式
八相同。工作原理工作时，将预紧螺钉3-4安装在基台3-1内，通过挤压预紧板3-3使压电陶瓷驱动器3-2紧贴于驱动转板2-2上。装置安装调试完成后，将一定的承载物置于旋转单元I的上端面，通过控制压电陶瓷驱动器3-2的运动方式，即输入不同的锯齿波信号，压电陶瓷驱动器3-2将输出周期性步进直线位移，压电陶瓷驱动器3-2推动驱动转板2-2发生周期性步进旋转，此时驱动弹性台2-1上的柔性铰链2-1-1和旋转轴2-1-2跟随驱动转板2-2共同进行步进旋转，旋转单元I利用与旋转轴2-1-2间的摩擦力为静摩擦力时，两物体不发生相对位移发生连续旋转，当摩擦力为动摩擦力时，两物体发生相对位移，通过运动实现旋转单元I的旋转定位，进而实现物体的纳米级精密定位。
权利要求
1.一种粘滑式旋转定位装置，其特征在于所述装置包括旋转单元(I)、驱动单元(2) 和底座(3);旋转单元(I)包括第一旋转半圆台(1-1)和第二旋转半圆台(1-2)，驱动单元(2)包括驱动弹性台(2-1)和驱动转板(2-2)，底座(3)包括基台(3-1)和压电陶瓷驱动器(3-2)，第一旋转半圆台(1-1)的截面圆心处加工有第一 V型槽(1-5)，第二旋转半圆台 (1-2)的截面圆心处加工有第二 V型槽(1-6)，第一旋转半圆台(1-1)和第二旋转半圆台 (1-2)相对安装组合为一个圆台，第一 V型槽(1-5)和第二 V型槽(1-6)相对设置，驱动弹性台(2-1)为长方形板状，驱动弹性台(2-1)上端面加工有多组对称的柔性铰链(2-1-1)， 驱动弹性台(2-1)顶部设有承载端面(2-1-3)，承载端面(2-1-3)上设有旋转轴(2-1-2)， 驱动弹性台(2-1)底端面正对承载端面(2-1-3)设有叉形结构(2-1-4)，叉形结构(2-1-4) 的底部加工有槽口(2-1-5)，驱动转板(2-2)为由两个横板(2-2-1)之间垂直设置有一个竖直板(2-2-2)组成，且两个横板(2-2-1)交错设置，基台(3-1)为长方形板状，基台(3_1) 上加工有第一长方形通孔(3-5)，靠近长方形通孔(3-5)的两侧长边分别交错开有一个长方形槽(3-6)，长方形槽(3-6)的一端加工有第二长方形通孔(3-7)，第二长方形通孔(3-7) 与第一长方形通孔(3-5)连通，两个第二长方形通孔(3-7)交错设置，第一旋转半圆台(1-1)和第二旋转半圆台(1-2)和组合为一体，旋转单元(I)设置在驱动弹性台(2-1)顶部，且第一 V型槽(1-5)和第二 V型槽(1-6)将旋转轴(2-1-2)夹持固定在两个V型槽内，驱动弹性台(2-1)底部的叉形结构(2-1-4)的槽口(2-1-5)内固定设置有竖直板(2-2-2)，驱动弹性台(2-1)设置在基台(3-1)上，压电陶瓷驱动器(3-2)设置在长方形槽(3-6)内，两个横板(2-2-1)分别紧靠压电陶瓷驱动器(3-2)的一端设置在第二长方形通孔(3-7)内。
2.根据权利要求1所述一种粘滑式旋转定位装置，其特征在于所述第一旋转半圆台 (1-1)加工有两个沉头孔(1-7)，沉头孔(1-7)的中心线与第一旋转半圆台(1-1) 一侧的直面垂直，第二旋转半圆台(1-2)上设有两个第一螺纹孔(1-8)，且两个第一螺纹孔(1-8)与两个沉头孔(1-7)相对设置。
3.根据权利要求2所述一种粘滑式旋转定位装置，其特征在于所述装置还包括两个第一调节螺栓(1-3)和两个调节弹簧(1-4)，调节弹簧(1-4)套在第一调节螺栓(1-3)螺杆上，调节弹簧(1-4)通过沉头孔(1-7)安装在第一螺纹孔(1-8)内。
4.根据权利要求1所述一种粘滑式旋转定位装置，其特征在于所述基台(3-1)内两个长方形槽(3-6)的一侧边分别加工有沉头的螺纹孔(3-9)，沉头螺纹孔(3-9)的另一端穿过基台(3-1)的外侧面，沉头的螺纹孔(3-9)的中心线与长方形通孔(3-5)的长边平行。
5.根据权利要求4所述一种粘滑式旋转定位装置，其特征在于所述装置还包括两个预紧板(3-3)和两个预紧螺钉(3-4)，预紧螺钉(3-4)安装在沉头螺纹孔(3-9)内，预紧板 (3-3)设置在预紧螺钉(3-4)和压电陶瓷驱动器(3-2)之间。
6.根据权利要求1所述一种粘滑式旋转定位装置，其特征在于驱动弹性台(2-1)上端面的两个对角处分别设有凹槽(2-6)，凹槽(2-6)内设有通孔(2-7)，基台(3-1)的两个对角处设有第二螺纹(3-8)。
7.根据权利要求6所述一种粘滑式旋转定位装置，其特征在于所述装置还包括两个第一固定螺栓(2-3)，第一固定螺栓(2-3)穿过通孔(2-7)固定在第二螺纹(3-8)内。
8.根据权利要求1所述一种粘滑式旋转定位装置，其特征在于所述槽口(2-1-5)的两侧板上相对加工有通孔(2-1-6)，竖直板(2-2-2)上加工有第三螺纹孔(2-2-3)。
9.根据权利要求1所述一种粘滑式旋转定位装置，其特征在于所述装置还包括第二固定螺栓(2-4)，第二固定螺栓(2-4)通过通孔(2-1-6)安装在第三螺纹孔(2-2-3)内。
全文摘要
本发明涉及一种旋转定位装置，具体涉及一种粘滑式旋转定位装置，本发明为了解决目前旋转定位装置不能应用在超低温、超真空、高电场或高磁场等工作场所，且现有技术中的旋转定位装置体积大，定位误差大的问题，所述装置包括旋转单元、驱动单元和底座，旋转单元包括第一旋转半圆台和第二旋转半圆台，驱动单元包括驱动弹性台和驱动转板，底座包括基台和压电陶瓷驱动器，驱动弹性台上端面加工有多组柔性铰链，驱动弹性台底端面设有叉形结构，叉形结构的底部设有驱动转板，旋转单元设置在驱动弹性台顶部，驱动弹性台设置在基台上，压电陶瓷驱动器设置在基台内，本发明用于微纳操作试验研究中。
文档编号B82B3/00GK103011069SQ201210539659
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月13日 优先权日2012年12月13日
发明者荣伟彬, 张世忠, 聂斌斌, 周杰, 李东洁 申请人:哈尔滨工业大学