一种大柔度高精度柔性铰链的制作方法

本实用新型涉及铰链
技术领域：
，具体是一种大柔度高精度柔性铰链。
背景技术：
：柔性铰链具有无间隙、无润滑、无机械摩擦、结构紧凑、灵敏度高、能量转化率高和位移分辨率高等诸多优点，它利用自身的柔性单元在外力作用下产生的微小变形来传递和转化能量，并且具有弹性恢复力，因而消除了摩擦和回退空程，已经被广泛应用于微机电系统、精密机械、光学工程、超精加工、仿生机器人和微纳定位等诸多领域。传统的缺口型柔性铰链按其缺口形状的不同，可以分为直梁型柔性铰链、椭圆型柔性铰链、圆弧型柔性铰链、双曲线型柔性铰链和抛物线型柔性铰链等。不同柔性铰链的性能也各不相同，比如椭圆柔性铰链转动柔度大，但回转精度较低；圆弧型柔性铰链转动柔度小，但回转精度较高。柔性铰链是柔顺机构的最小单元，其性能的好坏将直接影响柔顺机构的性能。随着精密制造行业和微纳米技术的快速发展，对柔性铰链的性能也提出了更高的要求，因此柔性铰链的转动柔度和回转精度亟待提高。技术实现要素：为了提高柔性铰链的转动柔度和回转精度，首先要打破传统柔性铰链的设计均采用全对称的设计理念，因为全对称的特性将会限制柔性铰链回转范围和回转精度的提高，基于非对称式和复合型柔性铰链的设计理念，本实用新型提供一种大柔度高精度柔性铰链。本实用新型实现发明目的采用如下技术方案：一种大柔度高精度柔性铰链，包括柔性铰链主体，其特征在于,所述柔性铰链主体为长方体结构，所述柔性铰链主体上设置有曲线弧穿孔和矩形穿孔，所述曲线弧穿孔设置有两个，且沿着横轴成镜像对称布置，所述曲线弧穿孔的侧面向内凹，所述矩形穿孔设置有两个，且沿着横轴成镜像对称布置。作为优选，所述曲线弧穿孔和矩形穿孔的切割宽度相同，且与柔性铰链主体的宽度相同。作为优选，所述曲线弧穿孔和矩形穿孔的切割高度相同，且小于柔性铰链主体高度的一半。作为优选，所述曲线弧穿孔和矩形穿孔的切割长度不相同，所述曲线弧穿孔的切割长度小于矩形穿孔的切割长度，所述曲线弧穿孔和矩形穿孔的切割长度之和小于柔性铰链主体的长度。作为优选，所述曲线弧穿孔的曲线弧是正弦函数四分之一周期内的曲线轮廓，且曲线弧穿孔的曲面刚好和矩形穿孔的平面相切。作为优选，所述柔性铰链主体的表面设置有孔隙结构，所述孔隙结构全部为通孔。本实用新型与现有技术相比，其有益效果体现在：本实用新型结构简单，采用混合柔性铰链设计理念，充分发挥了柔性铰链的工作性能。采用非对称式设计，使此种柔性铰链具有旋转中心可调的特性，在结构紧凑的工作条件下，进一步提高柔性铰链的转动能力。在直梁段设置有孔隙结构，更进一步提高了转动幅度，保证了大柔度的转动能力。因此，本实用新型柔性铰链的偏转角度、转动柔度和回转精度均超过传统类型的柔性铰链。附图说明图1是本实用新型提供的一种大柔度高精度柔性铰链的结构示意图；图2是本实用新型提供的一种大柔度高精度柔性铰链的正视示意图；图3是本实用新型提供的一种大柔度高精度柔性铰链的俯视示意图图4是本实用新型提供的一种大柔度高精度柔性铰链的一个具体实施例的结构示意图；图5是现有技术中椭圆柔性铰链一个具体实施例的结构示意图。图中:1-柔性铰链主体；2-曲线弧穿孔；3-矩形穿孔；4-孔隙结构。具体实施方式本实用新型公开了一种大柔度高精度柔性铰链，采用非对称式和复合型柔性铰链的设计理念，保证了较高的回转精度以及转动能力，并在直梁段设置有阵列的孔隙结构，进一步提高其转动能力。下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。参阅图1至图3，本实用新型提供的一种大柔度高精度柔性铰链，包括柔性铰链主体1，其特征在于,所述柔性铰链主体1为长方体结构，所述柔性铰链主体1上设置有曲线弧穿孔2和矩形穿孔3，所述曲线弧穿孔2设置有两个，且沿着横轴成镜像对称布置，所述曲线弧穿孔2的侧面向内凹，所述矩形穿孔3设置有两个，且沿着横轴成镜像对称布置。作为优选，所述曲线弧穿孔2和矩形穿3的切割宽度相同，且与柔性铰链主体1的宽度相同。作为优选，所述曲线弧穿孔2和矩形穿孔3的切割高度相同，且小于柔性铰链主体1高度的一半。作为优选，所述曲线弧穿孔2和矩形穿孔3的切割长度不相同，所述曲线弧穿孔2的切割长度小于矩形穿孔3的切割长度，所述曲线弧穿孔2和矩形穿孔3的切割长度之和小于柔性铰链主体1的长度。作为优选，所述曲线弧穿孔2的曲线弧是正弦函数四分之一周期内的曲线轮廓，且曲线弧穿孔2的曲面刚好和矩形穿孔3的平面相切。作为优选，所述柔性铰链主体1的表面设置有孔隙结构4，所述孔隙结构4全部为通孔。参阅图4和图5，在保证其他几何参数(如最小厚度、切割总长度等)、材料属性、载荷大小等均相同的情况，仅改变缺口的形状，比较本实用新型提供的一种大柔度高精度柔性铰链与传统椭圆型柔性铰链的性能。比较的性能指标有偏转角度、转动柔度、回转精度。各指标的定义如下：偏转角度：外力矩作用下自由端的偏转角度；转动柔度：偏转角度与外力矩的比值；回转精度：定量的用转动中心的偏移量表示，偏移量越小精度越高。将图4和图5中的几何模型导入到ansys中，图中尺寸单位(mm)，材料均设置为铂青铜，载荷均设置为外力矩0.01n·m，求解其变形量，对比结果由表格1给出。表格1：类型偏转角度(rad)转动柔度(rad/nm)回转精度(m)椭圆型0.1030610.3062.768×10-5本实用新型0.1418314.1837.245×10-6通过比较发现，本实用新型柔性铰链具有更广的回转范围、更大的转动柔度和更高的回转精度，验证了本实用新型的有效性。对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。当前第1页12